JPH10270343A

JPH10270343A - ステージ制御方法及び走査型露光装置

Info

Publication number: JPH10270343A
Application number: JP9088731A
Authority: JP
Inventors: Toshio Ueda; 稔夫上田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】マスクが搭載されるマスク側微動ステージと
感応基板が搭載される基板ステージとの整定時間短縮及
び同期誤差低減を図る。【解決手段】露光に先立って、第１のマスクステージ
３４と感応基板Ｗが搭載された基板ステージ４４とが投
影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度で走査方向に相対
走査され、この際に生じる両ステージ３４、４４の速度
誤差が検出される。そして、露光の際には、上記検出さ
れた速度誤差のデータを用いてステージ３４及びステー
ジ４４の内の一方の速度指令値が補正され、該補正後の
一方のステージの速度指令値と他方のステージの所定の
速度指令値とをそれぞれ用いてステージ３４とステージ
４４との相対走査が行なわれ、この相対走査中に、ステ
ージ４４に対するマスクＲの相対速度誤差、相対位置誤
差が補正されるように第２のマスクステージ３６が制御
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステージ制御方法
及び走査型露光装置に係り、更に詳しくはマスクと感応
基板とを同期して所定の走査方向に相対走査しつつ、マ
スクのパターンの像を投影光学系を介して感応基板上に
投影露光する走査型露光装置及びこの装置に適用される
ステージ制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をリソグ
ラフィ工程で製造する際に、露光光の下でフォトマスク
又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）のパター
ン像を投影光学系を介して感応基板上に投影する投影露
光装置が使用されている。かかる装置としては、従来
は、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光
装置（いわゆるステッパー）が主流であったが、半導体
素子の高集積化によるパターンの微細化に伴い、より高
精度な露光が可能なステップ・アンド・スキャン方式等
の走査型露光装置が多く用いられるようになってきた。

【０００３】かかる走査型露光装置として、初期の頃は
レチクルを保持するレチクルステージと、感応基板、例
えばウエハを保持するウエハステージとを同期して投影
光学系に対して互いに逆向きに投影光学系の投影倍率に
応じた速度比で相対走査することにより、レチクルのパ
ターンの像を投影光学系を介してウエハ上に投影する装
置が用いられていた。しかし、この装置では比較的大き
な重量を持つレチクルステージ及びウエハステージが用
いられていたため、走査露光時の両ステージの応答性が
悪い等の不都合があった。

【０００４】かかる不都合を解消すべく、図７に示され
る如く、レチクル側のステージを走査方向に移動するレ
チクル走査ステージＲＣＳＴと、このレチクル走査ステ
ージＲＣＳＴ上に搭載され、レチクルＲを保持してレチ
クルＲの面と平行な面内で微小移動可能なレチクル微動
ステージＲＦＳＴとを設けた走査型露光装置が最近にな
って提案されている（詳しくは例えば、特開平６−１４
０３０５号公報等参照）。

【０００５】この図７に示される新型のタイプの走査型
露光装置では、投影光学系ＰＬとして投影倍率が例えば
１／４のものを用いる場合には、走査露光時には、ウエ
ハステージＷＳＴにある速度指令値を与えると同時に、
この速度指令値の４倍の指令値をレチクル走査ステージ
ＲＣＳＴに与え、それぞれのステージの速度制御ループ
によりフィードバック制御を行なうことにより、ウエハ
ステージＷＳＴとレチクル走査ステージＲＣＳＴとを
１：４の速度比で等速制御しようとするが、現実の露光
装置では応答遅れ等があるため、両ステージＲＣＳＴ，
ＷＳＴ間には図８（Ａ）に示されるような相対速度誤差
が発生する。そこで、この誤差をレチクル微動ステージ
ＲＦＳＴが吸収してウエハステージＷＳＴとレチクル微
動ステージＲＦＳＴの相対速度と位置とが正確に１：４
になるように補正する、レチクル微動ステージの制御が
なされていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７を
用いて説明した上記従来の走査型露光装置のステージ制
御方法にあっては、ウエハステージＷＳＴとレチクル走
査ステージＲＣＳＴとが等速同期状態に達し露光が開始
されても、レチクル走査ステージＲＣＳＴとウエハステ
ージＷＳＴの速度誤差をレチクル微動ステージＲＦＳＴ
が吸収しきれず、露光中に図８（Ｂ）に示されるような
ウエハステージとレチクル微動ステージの速度差が残る
という不都合があった。

【０００７】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項１ないし４に記載の発明の目的は、マスクが
搭載されるマスク側微動ステージと感応基板が搭載され
る基板ステージとの整定時間短縮及び同期誤差低減を図
ることができるステージ制御方法を提供することにあ
る。

【０００８】また、請求項５及び６に記載の発明の目的
は、マスクが搭載されるマスク側微動ステージと感応基
板が搭載される基板ステージとの整定時間短縮及び同期
誤差低減を図ることができる走査型露光装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、パターンが形成されたマスク（Ｒ）を所定の走査方
向に移動させる第１のマスクステージ（３４）と、前記
第１のマスクステージ（３４）上に搭載され、当該第１
のマスクステージ（３４）とは独立に前記マスク（Ｒ）
をその面に平行な面内で微少駆動する第２のマスクステ
ージ（３６）と、感応基板（Ｗ）を少なくとも前記走査
方向に移動させる基板ステージ（４４）と、前記マスク
（Ｒ）上のパターンの像を前記感応基板（Ｗ）上に投影
する投影光学系（ＰＬ）とを備え、前記マスク（Ｒ）を
所定の照明領域に対して前記走査方向に移動させるのに
同期して、前記照明領域と共役な露光領域に対して前記
走査方向に感応基板（Ｗ）を相対移動させることによ
り、前記マスク（Ｒ）のパターンの像を前記投影光学系
（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ）上に投影露光する走査
型露光装置（１０）に用いられる、ステージの制御方法
であって、前記第１のマスクステージ（３４）を所定の
速度で前記走査方向に移動させるのと同期して、前記投
影光学系（ＰＬ）の投影倍率に応じた速度で前記基板ス
テージ（４４）を前記走査方向に相対移動させるととも
に、この際に生じる前記第１のマスクステージ（３４）
と前記基板ステージ（４４）との速度誤差を検出する第
１工程と；露光の際に、前記第１工程において検出され
た速度誤差のデータを用いて前記第１のマスクステージ
（３４）及び前記基板ステージ（４４）の内の一方のス
テージの速度指令値を補正するとともに該補正後の前記
一方のステージの速度指令値と他方のステージの所定の
速度指令値とをそれぞれ用いて前記第１のマスクステー
ジ（３４）と前記基板ステージ（４４）との相対走査を
行なう第２工程と；前記第２工程における前記両ステー
ジ（３４，４４）の相対走査中に、前記基板ステージ
（４４）に対する前記マスク（Ｒ）の相対速度誤差、相
対位置誤差が補正されるように前記第２のマスクステー
ジ（３６）を制御する第３工程とを含む。

【００１０】これによれば、第１工程において、露光に
先立って、第１のマスクステージ（３４）と基板ステー
ジ（４４）とが投影光学系（ＰＬ）の投影倍率に応じた
速度で走査方向に相対走査され、この際に生じる両ステ
ージ（３４、４４）の速度誤差が検出される。そして、
露光の際には、第２工程において、第１工程において検
出された速度誤差のデータを用いて第１のマスクステー
ジ（３４）及び基板ステージ（４４）の内の一方のステ
ージの速度指令値が補正され、該補正後の一方のステー
ジの速度指令値と他方のステージの所定の速度指令値と
をそれぞれ用いて第１のマスクステージ（３４）と基板
ステージ（４４）との相対走査が行なわれ、この第２工
程における両ステージ（３４，４４）の相対走査中に、
基板ステージ（４４）に対するマスク（Ｒ）の相対速度
誤差、相対位置誤差が補正されるように第２のマスクス
テージ（３６）が制御される。

【００１１】このため、第２工程における露光の際の両
ステージ（３４，４４）の相対走査中に生ずる相対速度
誤差が速度指令値が補正された分だけ小さくなり、結果
的に第２のマスクステージの速度補償負担が軽くなり、
第３工程における第２のマスクステージ（３６）による
基板ステージ（４４）に対するマスク（Ｒ）の相対速度
誤差、相対位置誤差の補正量が小さくて済む。従って、
マスクが搭載される第２のマスクステージと感応基板が
搭載される基板ステージとの整定時間の短縮及び同期誤
差の低減を図ることが可能となる。

【００１２】この場合において、第１工程における速度
誤差の検出は、１回だけ行なっても良いが、請求請２に
記載の発明の如く、第１工程における前記速度誤差の検
出を複数回行い、その複数回の検出結果の単純平均ある
いは加重平均データに基づいて前記第２工程において前
記一方のステージの速度指令値を補正するようにしても
良い。このようにすれば、１回だけ速度誤差の検出を行
なった場合と比べ、平均化効果等により一層確実なデー
タに基づいて第２工程における速度指令値の補正が可能
である。

【００１３】また、第１工程における速度誤差の検出に
際しては、両ステージは投影光学系の投影倍率に応じた
速度比で相対走査されれば、各ステージの速度は特に限
定されるものではないが、例えば、請求項３に記載の発
明の如く、前記第１工程における前記両ステージ（３
４、４４）の走査速度は、ともに最高速度であることが
望ましい。このようにした場合には、両ステージ（３
４、４４）間に生じ得る最大の速度誤差の情報が得られ
る確率が最も高いから、これを用いて第２工程において
一方のステージの速度の指令値を補正することで両ステ
ージ（３３、３４）間の速度誤差を最も確実に補正でき
る効果が期待できるからである。その上、請求項３に記
載の発明の如く、第１工程における両ステージ（３４、
４４）の走査速度を、ともに最高速度にして速度誤差の
検出を行なった場合には、請求項４に記載の発明の如
く、前記第２工程における速度指令値の補正を、現実の
走査速度と最高速度との比に基づいて行なうことによ
り、両ステージ（３３、３４）間の速度誤差を確実に補
正できる。

【００１４】請求項５に記載の発明は、パターンが形成
されたマスク（Ｒ）を所定の照明領域に対して走査方向
に移動させるのに同期して、前記照明領域と共役な露光
領域に対して前記走査方向に感応基板（Ｗ）を相対移動
させることにより、前記マスク（Ｒ）のパターンの像を
投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板上に投影露光する
走査型露光装置であって、前記マスク（Ｒ）を前記走査
方向に移動させる第１のマスクステージ（３４）と；前
記第１のマスクステージ（３４）上に搭載され、当該第
１のマスクステージ（３４）とは独立に前記マスク
（Ｒ）をその面に平行な面内で微少駆動する第２のマス
クステージ（３６）と；前記感応基板（Ｗ）を少なくと
も前記走査方向に移動させる基板ステージ（４４）と；
前記第１のマスクステージ（３４）が前記照明領域に対
して所定の速度で前記走査方向に相対走査されるのと同
期して、前記投影光学系（ＰＬ）の投影倍率に応じた速
度で前記基板ステージ（４４）が前記露光領域に対して
前記走査方向に相対走査されるように、前記第１のマス
クステージ（３４）と前記基板ステージ（４４）とをそ
れぞれの速度指令値に基づいて制御する第１のステージ
制御系（５２、５４）と；前記第１のステージ制御系
（５２、５４）による前記両ステージの相対走査中に、
前記基板ステージ（４４）に対する前記マスク（Ｒ）の
相対速度誤差、相対位置誤差が補正されるように前記第
２のマスクステージ（３６）の前記走査方向の移動を制
御する第２のステージ制御系（５６）と；前記第１のス
テージ制御系（５２、５４）による前記両ステージ（３
４、４４）の相対走査中に発生する前記両ステージ（３
４、４４）間の相対速度誤差が小さくなるような速度指
令値の補正値を前記第１のステージ制御系（５２、５
４）に送出する速度指令補正手段（８０）とを有する。

【００１５】これによれば、露光時に、第１のステージ
制御系（５２、５４）により第１のマスクステージ（３
４）が照明領域に対して所定の速度で走査方向に相対走
査されるのと同期して、投影光学系（ＰＬ）の投影倍率
に応じた速度で基板ステージ（４４）が露光領域に対し
て走査方向に相対走査されるように、第１のマスクステ
ージ（３４）と基板ステージ（４４）とがそれぞれの速
度指令値に基づいて制御される。この両ステージ（３
４、４４）の相対走査中に、速度指令補正手段（８０）
では、両ステージ（３４、４４）の相対走査中に発生す
る両ステージ（３４、４４）間の相対速度誤差が小さく
なるような速度指令値の補正値を第１のステージ制御系
（５２、５４）に送出しており、また、第２のステージ
制御系（５６）では基板ステージ（４４）に対するマス
ク（Ｒ）の相対速度誤差、相対位置誤差が補正されるよ
うに第２のマスクステージ（３６）の走査方向の移動を
制御している。

【００１６】このため、露光の際の両ステージ（３４，
４４）の相対走査中に生ずる相対速度誤差が速度指令補
正手段（８０）によって速度指令値が補正された分だけ
小さくなり、結果的に第２のマスクステージの速度補償
負担が軽くなり、第２のステージ制御系（５６）による
基板ステージ（４４）に対するマスク（Ｒ）の相対速度
誤差、相対位置誤差の補正のための制御量が小さくて済
む。従って、マスクが搭載される第２のマスクステージ
（３６）と感応基板が搭載される基板ステージ（４４）
との整定時間の短縮及び同期誤差の低減を図ることが可
能となる。

【００１７】この場合において、速度指令補正手段から
第１のステージ制御系に送出される速度指令値の補正値
の決定の方法としては、例えばシミュレーション結果等
に基づいて定める等種々の方法が考えられるが、請求項
６に記載の発明の如く、前記速度指令補正手段（８０）
から前記第１のステージ制御系（５２、５４）に送出さ
れる速度指令値の補正値は、予め前記第１のマスクステ
ージ（３４）を所定の速度で前記走査方向に走査するの
と同期して、前記投影光学系（ＰＬ）の投影倍率に応じ
た速度で前記基板ステージ（４４）を前記走査方向に相
対走査するとともに、この際に生じる前記第１のマスク
ステージ（３４）と前記基板ステージ（４４）との速度
誤差を検出した結果に基づいて定められる値であること
が望ましい。かかる場合には、露光に先立って、露光に
使用されるのと同一の露光装置を用いて実際に計測した
計測結果に基づいて定められた補正値により、露光時に
第１のマスクステージ（３４）及び基板ステージ（４
４）の内の一方のステージの速度指令値が補正されるの
で、結果的に両ステージ（３４、４４）間の速度誤差が
確実に補正されると期待できるからである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
ないし図６に基づいて説明する。

【００１９】図１には、一実施形態に係る走査型露光装
置１０の概略構成が示されている。この走査型露光装置
１０は、露光光ＩＬによりマスクとしてのレチクルＲを
照明する照明系１２と、レチクルＲをＹ軸方向（図１に
おける左右方向）に走査するとともにＸＹ面内で微少駆
動するレチクル側ステージ系１４と、このレチクル側ス
テージ系１４の下方に配置された投影光学系ＰＬと、こ
の投影光学系ＰＬの下方に配置され感応基板としてのウ
エハＷをＸＹ面内で２次元移動させるウエハ側ステージ
系１６と、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピ
ュータ（又はミニコンピュータ）から成る主制御系１８
とを備えている。

【００２０】前記照明系１２は、光源系２０、ミラー２
２、視野絞りとしてのレチクルブラインド２４、リレー
レンズ２６、ミラー２８及びコンデンサレンズ３０等を
含んで構成されている。この内、光源系２０は、例えば
超高圧水銀ランプ又はレーザ光源等の光源及びオプティ
カルインテグレータ等より構成されている。また、レチ
クルブラインド２４は、レチクルＲの下面のパターン形
成面と共役な位置に配置されている。

【００２１】光源系２０から出射された露光光ＩＬは、
ミラー２２、レチクルブラインド２４、リレーレンズ２
６、ミラー２８及びコンデンサレンズ３０を経て均一な
照度で、レチクルＲ上のレチクルブラインド２４によっ
て設定されたスリット状の照明領域を照明する。この場
合、スリット状の照明領域の長手方向がＸ方向（図１に
おける紙面直交方向）に設定され、レチクルＲとそのス
リット状の照明領域との相対走査の方向はＹ方向である
とする。

【００２２】前記レチクル側ステージ系１４は、ＸＹ平
面に平行に配置され、その上面に不図示のリニアガイド
がＹ軸方向に延設されたレチクル側ベース３２と、この
レチクル側ベース３２上を上記リニアガイドに沿って移
動する第１のマスクステージとしてのレチクル走査ステ
ージ３４と、このレチクル走査ステージ３４上に載置さ
れレチクルＲを保持してＸＹ平面内での微動（回転を含
む）する第２のマスクステージとしてのレチクル微動ス
テージ３６とを有している。

【００２３】レチクル微動ステージ３６上には、移動鏡
３８が設けられており、この移動鏡３８にレーザビーム
を投射し、その反射光を受光することによりレチクル微
動ステージ３６の位置を検出するレチクルレーザ干渉計
４０が、移動鏡３８に対向して設けられている。ここ
で、実際には、移動鏡は、Ｘ軸方向に直交する反射面を
有するＸ移動鏡と、Ｙ軸方向に直交する反射面を有する
２つのＹ移動鏡の合計３つの移動鏡が設けられ、これに
対応してレチクルレーザ干渉計もＸ軸方向位置計測用干
渉計と２つのＹ軸方向位置計測用干渉計との合計３つが
設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡３
８、レチクルレーザ干渉計４０として示されている。

【００２４】これらの３つのレチクルレーザ干渉計の出
力は、主制御系１８に供給されており、主制御系１８で
はＸ軸方向位置計測用干渉計の出力に基づいてレチクル
微動ステージ３６のＸ位置を計測し、２つのＹ軸方向位
置計測用干渉計の出力の平均値に基づいてレチクル微動
ステージ３６のＹ位置を算出し、２つのＹ軸方向位置計
測用干渉計の出力の差分に基づいてレチクル微動ステー
ジ３６のＸＹ面内での回転角を算出するようになってい
る。

【００２５】前記投影光学系ＰＬとしては、その光軸方
向がＸＹ平面に直交するＺ軸方向とされ、例えば両側テ
レセントリックで所定の縮小倍率β（ここでは、β＝１
／４とする）を有する屈折光学系が用いられている。こ
のため、露光時には、レチクルＲのパターン領域内のス
リット状の照明領域のパターンの縮小像が投影光学系Ｐ
Ｌを介してその表面にフォトレジストが塗布されたウエ
ハＷ上の照明領域に共役な露光領域に投影露光される。

【００２６】前記ウエハ側ステージ系１６は、ＸＹ平面
に平行に配置されたウエハ側ベース４２と、このウエハ
側ベース４２上をウエハＷを保持してＸＹ２次元方向に
自在に移動する基板ステージとしてのウエハステージ４
４とを有している。ここで、ウエハステージ４４は、実
際には、ウエハ側ベース４２上に不図示のエアパッドを
介して浮上支持され、ベース４２上面に沿って２次元移
動するＸＹステージと、このＸＹステージ上に設けられ
たレベリング用のステージと、このレベリング用のステ
ージ上に配置され、ウエハを保持するＺ・θステージ等
を含んで構成されるが、図１ではこれらが代表的にウエ
ハステージ４４として示されている。

【００２７】ウエハステージ４４上には、移動鏡４６が
設けられており、この移動鏡に４６にレーザビームを投
射し、その反射光を受光することによりウエハステージ
４４の位置を検出するウエハレーザ干渉計４８が、移動
鏡４６に対向して設けられている。ここで、実際には、
移動鏡は、Ｙ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡
と、Ｘ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設
けられ、これに対応してウエハレーザ干渉計として、Ｙ
移動鏡からの反射光を受光するＹ軸方向位置計測用干渉
計と、Ｘ移動鏡からの反射光を受光するＸ軸方向位置計
測用干渉計及び回転計測用干渉計との合計３つが設けら
れているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡４６、ウ
エハレーザ干渉計４８として示されている。

【００２８】これらの３つのウエハレーザ干渉計の出力
は、主制御系１８に供給されており、主制御系１８では
Ｘ軸方向位置計測用干渉計の出力に基づいてウエハステ
ージ４４のＸ位置を計測し、Ｙ軸方向位置計測用干渉計
の出力に基づいてウエハステージ４４のＹ位置を計測
し、Ｘ軸方向位置計測用干渉計の出力に対する回転計測
用干渉計の出力に基づいてウエハステージ４４のＸＹ面
内での回転角を算出するようになっている。

【００２９】主制御系１８は、露光時に、例えば、不図
示の相対走査用の駆動装置を介してレチクル走査ステー
ジ３４を所定の走査速度Ｖ_Rで＋Ｙ方向に走査するのと
同期して不図示の駆動装置を介してウエハステージ４４
を−Ｙ方向に走査速度Ｖ_W（Ｖ_W＝β・Ｖ_R）で走査
し、この際に生ずるレチクル走査ステージ３４とウエハ
ステージ４４との相対速度誤差を吸収し、レチクルＲと
ウエハＷとの相対速度と位置が４：１になるように不図
示の微動制御用の駆動装置を介してレチクル微動ステー
ジ３６の動作を制御する。これにより、露光光ＩＬで照
明されたスリット状の照明領域に対してレチクルＲが＋
Ｙ方向に走査されるのと同期して照明領域と共役な露光
領域に対してウエハＷが投影光学系ＰＬの縮小倍率に応
じた速度で−Ｙ方向に走査され、レチクルＲのパターン
形成面に形成されたパターンの像がウエハＷ上のショッ
ト領域に逐次転写される。なお、この露光時の各ステー
ジの具体的な制御方法については後に詳述する。

【００３０】また、１つのショット領域の露光が終了す
ると、主制御系１８では、ウエハステージ４４を非走査
方向（Ｘ方向に）所定距離移動して、次のショットの露
光開始位置へのステッピング動作を行った後、走査露光
を行い、このようにしてステップ・アンド・スキャン方
式で露光を行なう。

【００３１】図２には、本実施形態に係る走査型露光装
置１０のステージ制御系の制御ブロック図が示されてい
る。この図２に示されるステージ制御系は、図１の主制
御系１８の機能（ソフトウェアにて実現される）を制御
ブロック図にて示したものであるが、各構成要素を対応
する個々のハードウェアにて構成しても良いことは勿論
である。

【００３２】このステージ制御系は、不図示のメインコ
ンピュータからの指示に応じ、ウエハステージの速度指
令値Ｖ_Wを出力するスキャン速度発生器５０と、このス
キャン速度発生器５０からの速度指令値Ｖ_W、これを１
／β倍（ここでは４倍）した速度指令値Ｖ_Rにそれぞれ
基づいてウエハステージ４４、レチクル走査ステージ３
４の速度をそれぞれ制御するウエハステージ速度制御系
５２、レチクル走査ステージ速度制御系５４と、ウエハ
ステージ４４の位置を４倍した位置情報に基づいてレチ
クル微動ステージ３６の位置（及び速度）を制御する第
２のステージ制御系としてのレチクル微動ステージ制御
系５６とを備えている。本実施形態ではウエハステージ
速度制御系５２とレチクル走査ステージ速度制御系５４
とによって第１のステージ制御系が構成されている。

【００３３】これを更に詳述すると、ウエハステージ速
度制御系５２は、速度指令値Ｖ_Wと後述する第１の積分
回路６２の出力をゲインＫRW倍したウエハステージ４４
の速度との差である速度偏差を演算する減算器５８と、
この減算器５８からの速度偏差を動作信号として（比例
＋積分）制御動作を行なうＰＩコントローラ（伝達関数
Ｇ₂（ｓ）で表示）６０と、このＰＩコントローラ６０
からの推力により駆動されるウエハステージ４４の加速
度を積分する前記第１の積分回路６２とを含んで構成さ
れている。ここで、実際には、ウエハステージ４４の位
置は、ウエハレーザ干渉計４８によって計測されてお
り、このウエハレーザ干渉計４８の計測値を微分するこ
とによりウエハステージ４４の速度が求められるのであ
って、ウエハステージ４４の加速度が直接的に計測さ
れ、これを積分してウエハステージ４４の速度が求めら
れるのではないが、説明の便宜上及び制御ブロック図の
書き方の慣習に従って図２の如く示されているものであ
る。従って、第１の積分回路６２及びこの出力を積分す
る第２の積分回路６４は実際には存在しないものであ
る。

【００３４】前記レチクル走査ステージ速度制御系５４
は、レチクル走査ステージ３４の速度指令値Ｖ_RCと後述
する第３の積分回路７０の出力をゲインＫRRC 倍したレ
チクル走査ステージ３４の速度との差である速度偏差を
演算する減算器６６と、この減算器６６からの速度偏差
を動作信号として（比例＋積分）制御動作を行なうＰＩ
コントローラ（伝達関数Ｇ₁（ｓ）で表示）６８と、こ
のＰＩコントローラ６８からの推力により駆動されるレ
チクル走査ステージ３４の加速度を積分する前記第３の
積分回路７０とを含んで構成されている。

【００３５】また、前記レチクル微動ステージ制御系５
６は、第２積分回路６４の出力であるウエハステージ４
４の位置情報（ウエハ干渉計４８の計測値に相当）を４
倍した位置情報を目標位置として入力し、この目標位置
と後述する加算器７８の出力であるレチクル微動ステー
ジ３６の位置情報（レチクル干渉計４０の出力に相当）
との差である位置偏差を算出する減算器７４と、この減
算器７４の出力である位置偏差を位置ループのゲインｋ
ｐ倍した電圧を入力し、対応する速度情報に変換する速
度ループの応答ゲインＫｖと、この速度ループの応答ゲ
インｋｖを経て出力される速度情報を積分して位置情報
（レチクル走査ステージ３４上の基準点からのレチクル
微動ステージ３６の相対位置情報）に変換する第５の積
分回路７６と、この第５の積分回路７６の出力である位
置情報と、前述した第３の積分回路７０の出力を積分し
た第４の積分回路７２の出力であるレチクル走査ステー
ジ３４の位置情報とを加算した位置情報を演算する加算
器７８とを含んで構成されている。ここで、速度ループ
の応答ゲインｋｖは、実際にはレチクル微動ステージ３
６も含む速度ループの応答ゲインであって、１Ｖ（ボル
ト）の入力によりレチクル微動ステージ３６が何ｍｍ／
ｓｅｃで走るかをゲインｋｖとして示したもので、実際
には前述したレチクル走査ステージ速度制御系５４と同
様の速度ループから構成されるが、速度ループの応答ゲ
インｋｖとしても大きな誤差が生じないので簡単のた
め、このような形で示されている。

【００３６】また、ここで、実際には、レチクル微動ス
テージ３６は、レチクル走査ステージ３４上を移動する
ので、第４の積分回路７２の出力であるレチクル走査ス
テージ３４の位置情報が加算器７８に入力され、この位
置情報と第５の積分回路７６の出力であるレチクル走査
ステージ３４上の基準点からのレチクル微動ステージ３
６の相対位置情報とが加算されている。従って、加算器
７８の出力がレチクル干渉計４０の出力に相当する。す
なわち、実際にはレチクル走査ステージ３４の位置及び
速度は直接的に計測されておらず、レチクル微動ステー
ジ３６の位置がレチクルレーザ干渉計３８によって計測
されているのみであるが、説明の便宜上及び制御ブロッ
ク図の書き方の慣習に従って図２の如く示されているも
のである。従って、第３の積分回路７０、この出力を積
分する第４の積分回路、及び第５の積分回路７６は実際
には存在しないものである。

【００３７】更に、本実施形態では、速度指令補正手段
としての誤差速度補正器８０が設けられており、この誤
差速度補正器８０からの速度指令値の補正値が加算器８
２に入力され、この加算器８２では速度指令値Ｖ_Rと速
度指令値の補正値との和である補正後の速度指令値Ｖ_RC
を演算して前記減算器６６にレチクル走査ステージ３４
の速度指令値Ｖ_RCとして送出するようになっている。

【００３８】ここで、本実施形態の特徴部分である誤差
速度補正器８０から出力される速度指令値の補正値の具
体的内容等について説明する。

【００３９】本実施形態では、予め、図２の誤差速度補
正器８０の機能をオフにした状態で、スキャン速度発生
器５０からウエハステージ４４の速度指令値Ｖ_W＝Ｖ
_Wmax＝８０（ｍｍ／ｓ）を出力し、このスキャン速度発
生器５０からの速度指令値Ｖ_W、これを４倍した速度指
令値Ｖ_R＝Ｖ_Rmax＝３２０（ｍｍ／ｓ）にそれぞれ基づ
いてウエハステージ速度制御系５２、レチクル走査ステ
ージ速度制御系５４によりウエハステージ４４、レチク
ル走査ステージ３４の速度をそれぞれ制御して、ウエハ
ステージ４４、レチクル走査ステージ３４の相対走査を
行ない、その際に生じるレチクル走査ステージ３４とウ
エハステージ４４の速度誤差を検出（測定）している。

【００４０】この時の検出結果が、図３に示されてい
る。この図３において、横軸が時間縦軸が速度誤差であ
る。この図３に示されるような速度誤差データの符号を
逆転した補正データがテーブルデータとして、主制御系
１８内の不図示のメモリに記憶されている。

【００４１】ところで、一般に走査型の露光装置では、
露光量（あるいはウエハ上のレジスト感度）に応じて走
査速度を変更することが必須であるため、実際の露光時
に、誤差速度補正器８０から出力される速度指令値の補
正値Ｃｐ（ｔ）は、次式（１）に基づいて定められる。

【００４２】Ｃｐ（ｔ）＝（Ｖ_W／Ｖ_Wmax）×table_data（ｔ） ………（１）ここで、table_data（ｔ）は、上記不図示のメモリ内に
記憶されている図３に示されるような最高走査速度時の
速度誤差データの符号を逆転した補正データである。

【００４３】この補正データＣｐ（ｔ）が、加算器８２
にレチクル走査ステージの目標速度の補正データ（速度
指令値の補正値）として与えられ、加算器８２では速度
指令値Ｖ_R＝４Ｖ_Wにこの補正データＣｐ（ｔ）を加算
し、その加算結果である補正後の速度指令値Ｖ_RCを図２
のレチクル走査ステージ速度制御系５４に目標速度とし
て与える。

【００４４】従って、実際の露光時に、レチクル走査ス
テージ速度制御系５４に与えられる目標速度Ｖ_RCは、次
式（２）で示される。

【００４５】Ｖ_RC＝４Ｖ_W＋Ｃｐ（ｔ） ………（２）この目標速度Ｖ_RCは、補正なしの時のウエハステージ４
４、レチクル走査ステージ３４の速度誤差を時間軸で補
正したものであるから、この目標速度Ｖ_RCに基づいてレ
チクル走査ステージ速度制御系５４によりレチクル走査
ステージ３４が制御されれば、レチクル走査ステージ３
４とウエハステージ４４の速度誤差はほぼ零になる。

【００４６】図４には、図２の誤差速度補正器８０の機
能をオンにした状態で、図３と同一条件で、すなわちス
キャン速度発生器５０からウエハステージ４４の速度指
令値Ｖ_Wmax＝８０（ｍｍ／ｓ）を出力し、このスキャン
速度発生器５０からの速度指令値Ｖ_Wmax、これを４倍
した速度指令値Ｖ_Rmax＝３２０（ｍｍ／ｓ）にそれぞれ
基づいてウエハステージ速度制御系５２、レチクル走査
ステージ速度制御系５４によりウエハステージ４４、レ
チクル走査ステージ３４の速度をそれぞれ制御して、ウ
エハステージ４４、レチクル走査ステージ３４の相対走
査を行ない、その際に生じるレチクル走査ステージ３６
とウエハステージ４４の速度誤差を検出（測定）した結
果が示されている。

【００４７】この図４と図３とを比較すれば明らかなよ
うに、本実施形態のように、式（２）で示される速度補
正機能を有する誤差速度補正器８０及び加算器８２をレ
チクル走査ステージ速度制御系５４の入力段に設けるこ
とにより、ウエハステージ４４と、レチクル走査ステー
ジ３４との相対速度誤差を大きく減少させることが可能
であることが判る。

【００４８】また、式（２）で示される通りの補正を実
施すれば、走査速度が変更された時の速度誤差も図５
（Ａ），（Ｂ）に示されるように、補正前よりも格段に
少なくなる。ここで、図５（Ａ）はウエハステージ走査
速度Ｖ_W＝４０ｍｍ／ｓの場合であり、図５（Ｂ）はウ
エハステージ走査速度Ｖ_W＝２０ｍｍ／ｓの場合であ
る。

【００４９】以上説明したように、本実施形態による
と、誤差速度補正器８０及び加算器８２の作用により、
走査時のレチクル走査ステージ３４とウエハステージ４
４との速度誤差が減少することから、両ステージ３４、
４４の相対走査時にウエハステージ４４とレチクルＲと
の相対速度誤差、相対位置誤差を補正するようにレチク
ル微動ステージ３４の移動を制御するレチクル微動ステ
ージ制御系５６の負担が軽減され、結果的にレチクル微
動ステージ３６とウエハステージ４４との同期整定時間
の短縮と同期精度の向上を図ることができる。

【００５０】ここで、これについて、図６（Ａ）〜
（Ｃ）を用いて具体的に説明する。図６（Ａ）には、ウ
エハステージ４４を目標速度８０ｍｍ／ｓで走査する際
のウエハステージ４４の速度変化の様子が示されてお
り、図６（Ｂ）には、これに対応してレチクル走査ステ
ージ３６が３２０ｍｍ／ｓで走査された際のレチクル走
査ステージ３６の速度変化の様子が示されている。ま
た、図６（Ｃ）には、図６（Ａ），（Ｂ）のように両ス
テージが相対走査される際に、本実施形態に係るレチク
ル微動ステージ３４とウエハステージ４４の位置誤差の
時間変化の様子が示されている。

【００５１】図６（Ａ）、（Ｂ）を見ると、走査開始
後、０．２秒の時点では両ステージ３４、４４は、等速
同期状態に達しており、この時点では、図６（Ｃ）から
明らかなように、レチクル微動ステージ３６とウエハス
テージ４４の位置誤差はほぼ零になっており、このこと
よりウエハステージ４４とレチクル走査ステージ３４と
が等速同期状態に達し露光が開始された時点では、レチ
クル走査ステージ３４とウエハステージ４４の速度誤差
をレチクル微動ステージ３６が完全に吸収していること
が判る。

【００５２】なお、上記実施形態では、予め、図２の誤
差速度補正器８０の機能をオフにした状態で、最高走査
速度でウエハステージ速度制御系５２、レチクル走査ス
テージ速度制御系５４によりウエハステージ４４、レチ
クル走査ステージ３４の速度をそれぞれ制御して、ウエ
ハステージ４４、レチクル走査ステージ３４の相対走査
を行ない、その際に生じるレチクル走査ステージ３６と
ウエハステージ４４の速度誤差を検出（測定）している
が、この速度誤差の検出は、１回だけ行なっても良い
が、複数回行い、その複数回の検出結果の単純平均ある
いは加重平均データを主制御系３６内のメモリに記憶し
ておいても良い。そして、これらのデータを用いて露光
の際に、前述の如くしてレチクル走査ステージ３４の速
度指令値の補正を行なうようにしても良い。このように
すれば、１回だけ速度誤差の検出を行なった場合と比
べ、平均化効果等により一層確実なデータに基づいて速
度指令値の補正が可能である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし４
に記載の発明によれば、マスクが搭載されるマスク側微
動ステージ（第２のマスクステージ）と感応基板が搭載
される基板ステージとの整定時間短縮及び同期誤差低減
を図ることができるという従来にない優れた効果があ
る。

【００５４】また、請求項５及び６に記載の発明によれ
ば、マスクが搭載されるマスク側微動ステージと感応基
板が搭載される基板ステージとの整定時間短縮及び同期
誤差低減を図ることができ、この結果、マスクと感応基
板とが等速同期状態に達した時点ではマスクと感応基板
に相対位置誤差が殆ど残存しない高精度な走査露光が可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る走査型露光装置の構成を概略
的に示す図である。

【図２】図１の装置のステージ制御系の構成を示すブロ
ック図である。

【図３】図２の誤差速度補正器の機能をオフにした状態
で、最高走査速度でウエハステージとレチクル走査ステ
ージとを相対走査し、この時得られた両ステージの速度
誤差のデータを示す線図である。

【図４】図２の誤差速度補正器の機能をオンにした状態
で、最高走査速度でウエハステージとレチクル走査ステ
ージとを相対走査し、この時得られた両ステージの速度
誤差のデータを示す線図である。

【図５】図２の誤差速度補正器の機能をオンにした状態
で、最高走査速度以外の走査速度でウエハステージとレ
チクル走査ステージとを相対走査し、この時得られた両
ステージの速度誤差のデータを示す線図であって、
（Ａ）はウエハステージ走査速度４０ｍｍ／ｓの場合を
示し、（Ｂ）はウエハステージ走査速度２０ｍｍ／ｓの
場合を示す。

【図６】一実施形態の効果を説明するための図であっ
て、（Ａ）は最高目標走査速度時のウエハステージの速
度変化を示し、（Ｂ）は最高目標走査速度時のレチクル
走査ステージの速度変化を示し、（Ｃ）は（Ａ）、
（Ｂ）に対応するウエハステージとレチクル微動ステー
ジとの位置誤差の時間変化を示す。

【図７】従来例を示す説明図である。

【図８】（Ａ）は、従来の走査型露光装置における走査
時のウエハステージとレチクル走査ステージとの間に生
ずる速度誤差を示す線図、（Ｂ）は（Ａ）に対応するウ
エハステージとレチクル微動ステージとの速度誤差の時
間変化を示す線図である。

【符号の説明】

１０走査型露光装置３４レチクル走査ステージ（第１のマスクステージ）３６レチクル微動ステージ（第２のマスクステージ）４４ウエハステージ（基板ステージ）５２ウエハステージ速度制御系（第１のステージ制御
系の一部）５４レチクル走査ステージ速度制御系（第１のステー
ジ制御系の一部）５６レチクル微動ステージ制御系（第２のステージ制
御系）８０誤差速度補正器（速度指令補正手段）Ｒレチクル（マスク）Ｗウエハ（感応基板）ＰＬ投影光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターンが形成されたマスクを所定の走
査方向に移動させる第１のマスクステージと、前記第１
のマスクステージ上に搭載され、当該第１のマスクステ
ージとは独立に前記マスクをその面に平行な面内で微少
駆動する第２のマスクステージと、感応基板を少なくと
も前記走査方向に移動させる基板ステージと、前記マス
ク上のパターンの像を前記感応基板上に投影する投影光
学系とを備え、前記マスクを所定の照明領域に対して前
記走査方向に移動させるのに同期して、前記照明領域と
共役な露光領域に対して前記走査方向に感応基板を相対
移動させることにより、前記マスクのパターンの像を前
記投影光学系を介して感応基板上に投影露光する走査型
露光装置に用いられる、ステージの制御方法であって、前記第１のマスクステージを所定の速度で前記走査方向
に移動させるのと同期して、前記投影光学系の投影倍率
に応じた速度で前記基板ステージを前記走査方向に相対
移動させるとともに、この際に生じる前記第１のマスク
ステージと前記基板ステージとの速度誤差を検出する第
１工程と；露光の際に、前記第１工程において検出され
た速度誤差のデータを用いて前記第１のマスクステージ
及び前記基板ステージの内の一方のステージの速度指令
値を補正するとともに該補正後の前記一方のステージの
速度指令値と他方のステージの所定の速度指令値とをそ
れぞれ用いて前記第１のマスクステージと前記基板ステ
ージとの相対走査を行なう第２工程と；前記第２工程に
おける前記両ステージの相対走査中に、前記基板ステー
ジに対する前記マスクの相対速度誤差、相対位置誤差が
補正されるように前記第２のマスクステージを制御する
第３工程とを含むステージの制御方法。
【請求項２】前記第１工程における前記速度誤差の検
出を複数回行い、その複数回の検出結果の単純平均ある
いは加重平均データに基づいて前記第２工程において前
記一方のステージの速度指令値を補正することを特徴と
する請求項１に記載のステージの制御方法。
【請求項３】前記第１工程における前記両ステージの
走査速度は、ともに最高速度であることを特徴とする請
求項１に記載のステージ制御方法。
【請求項４】前記第２工程における速度指令値の補正
は、現実の走査速度と最高速度との比に基づいて行われ
ることを特徴とする請求項１に記載のステージ制御方
法。
【請求項５】パターンが形成されたマスクを所定の照
明領域に対して走査方向に移動させるのに同期して、前
記照明領域と共役な露光領域に対して前記走査方向に感
応基板を相対移動させることにより、前記マスクのパタ
ーンの像を投影光学系を介して感応基板上に投影露光す
る走査型露光装置であって、前記マスクを前記走査方向に移動させる第１のマスクス
テージと；前記第１のマスクステージ上に搭載され、当
該第１のマスクステージとは独立に前記マスクをその面
に平行な面内で微少駆動する第２のマスクステージと；
前記感応基板を少なくとも前記走査方向に移動させる基
板ステージと；前記第１のマスクステージが前記照明領
域に対して所定の速度で前記走査方向に相対走査される
のと同期して、前記投影光学系の投影倍率に応じた速度
で前記基板ステージが前記露光領域に対して前記走査方
向に相対走査されるように、前記第１のマスクステージ
と前記基板ステージとをそれぞれの速度指令値に基づい
て制御する第１のステージ制御系と；前記第１のステー
ジ制御系による前記両ステージの相対走査中に、前記基
板ステージに対する前記マスクの相対速度誤差、相対位
置誤差が補正されるように前記第２のマスクステージの
前記走査方向の移動を制御する第２のステージ制御系
と；前記第１のステージ制御系による前記両ステージの
相対走査中に発生する前記両ステージ間の相対速度誤差
が小さくなるような速度指令値の補正値を前記第１のス
テージ制御系に送出する速度指令補正手段とを有する走
査型露光装置。
【請求項６】前記速度指令補正手段から前記第１のス
テージ制御系に送出される速度指令値の補正値は、予め
前記第１のマスクステージを所定の速度で前記走査方向
に走査するのと同期して、前記投影光学系の投影倍率に
応じた速度で前記基板ステージを前記走査方向に相対走
査するとともに、この際に生じる前記第１のマスクステ
ージと前記基板ステージとの速度誤差を検出した結果に
基づいて定められる値であることを特徴とする請求項５
に記載の走査型露光装置。