JPH1041205A

JPH1041205A - 走査型露光装置

Info

Publication number: JPH1041205A
Application number: JP8189153A
Authority: JP
Inventors: Susumu Makinouchi; 進牧野内
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 1998-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】走査露光時にステージ系の機械的な共振等を
励起することなく、レチクルとウエハとの間の位置ずれ
量を小さくする。【解決手段】干渉計１７で計測されたウエハステージ
の４箇所の位置ＷＸ１，ＷＸ２，ＷＹ１，ＷＹ２を演算
手段１５ｃに供給し、演算手段１５ｃ及び差分器３１Ｘ
〜３１Ｒではその位置より求めたレチクルステージの目
標位置と実際のレチクルステージの位置との誤差ΔＲ
Ｘ，ΔＲＬ，ΔＲＲを求め、この誤差をレチクルステー
ジ制御系１７にフィードバックする。更に、ウエハステ
ージとレチクルステージとの走査方向の傾斜角に対応す
る補正速度αＸ・Ｖ_W ^*を演算手段１５ｄで求め、この補
正速度をレチクルステージ制御系１７にフィードフォワ
ード方式で供給して、その傾斜角の補正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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フォトリソグラフィ工程中
で、マスクパターンを感光基板上に転写するために使用
される露光装置に関し、更に詳しくはマスクと感光基板
とを投影光学系に対して同期走査して転写を行うステッ
プ・アンド・スキャン方式の投影露光装置のような走査
型露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子を製造する際に、マス
クとしてのレチクルのパターンをフォトレジストが塗布
されたウエハの各ショット領域に転写するための露光装
置として、従来はステップ・アンド・リピート方式（一
括露光方式）の縮小投影型露光装置（ステッパー）が多
用されていた。これに対して最近、投影光学系に対する
負担をあまり重くすることなく、高精度に大面積の回路
パターンを転写するという要請に応えるために、レチク
ル上のパターンの一部を投影光学系を介してウエハ上に
投影した状態で、レチクルとウエハとを投影光学系に対
して同期走査することにより、レチクル上のパターンの
像を逐次ウエハ上の各ショット領域に転写する所謂ステ
ップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置が開発され
ている。

【０００３】従来より知られている、一体型のステージ
による１回の走査露光でレチクル全面のパターンを等倍
の正像でウエハの全面に転写するアライナは、走査型露
光装置の原型とも言えるものである。これに対して、ス
テップ・アンド・スキャン方式では通常縮小倍率の投影
光学系が使用されるため、レチクルステージとウエハス
テージとをその縮小倍率に応じた速度比で独立に駆動す
る必要があり、且つ各ショット領域間の移動はステッピ
ング方式で行うため、ステージ系の機構は複雑で、極め
て高度な制御が必要である。

【０００４】従来のステップ・アンド・スキャン方式の
投影露光装置のステージ系の制御方式は、一例として次
のようになっていた。即ち、走査開始前にレチクルステ
ージとウエハステージとのアライメントを行った後、ウ
エハステージを所定方向に所定速度で走査するのと同期
して、その所定速度に対応する速度で且つ対応する方向
にレチクルステージを走査すると共に、両ステージの走
査方向、及び非走査方向（走査方向に垂直な方向）への
位置ずれ量をレーザ干渉計によって計測し、このように
計測された位置ずれ量をサーボ制御方式で小さくするよ
うにしていた。言い換えると従来は、クローズド・ルー
プ中で計測された位置ずれ量をフィードバックして、そ
の位置ずれ量を小さくするようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のス
テップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置では、走
査露光時にサーボ制御方式で位置ずれ量をフィードバッ
クすることによって、レチクルステージとウエハステー
ジとの走査方向、及び非走査方向への位置ずれ量を小さ
くするようにしていた。しかしながら、そのような位置
ずれ量に追従して動作するフィードバック系の応答速度
には所定の限界があるため、通常或る程度の追従誤差
（位置ずれ量）が残存するという不都合があった。

【０００６】具体的に、例えばウエハステージとレチク
ルステージとの走査方向は平行であるべきであるが、機
械的な組立誤差等によってそれらの走査方向の間に所定
の角度誤差の存在することがある。このような角度誤差
が存在すると、走査露光時にレチクルステージ側では常
時非走査方向への位置ずれ量が発生するため、その位置
ずれ量をフィードバックすることによって、その位置ず
れ量を補正するような付勢力が発生する。しかしなが
ら、フィードバック系の応答速度には限界があるため、
常に非走査方向に対して或る程度の追従誤差が残存する
ことになる。

【０００７】これに関して、そのような追従誤差を減少
させるための手法の１つに、フィードバック系のゲイン
を高める手法もある。しかしながら、単にフィードバッ
ク系のゲインを高めると、ステージ系の機械的な共振現
象が励起され易くなり、且つ走査露光中にステージ系が
振動する恐れがある。本発明は斯かる点に鑑み、走査露
光時にステージ系の機械的な共振等を励起することな
く、レチクルとウエハとの間の位置ずれ量を小さくでき
る走査型露光装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による走査型露光
装置は、転写用のパターンが形成されたマスク（１２）
を移動するマスク側ステージ（９〜１１）と、感光性の
基板（５）を移動する基板側ステージ（１〜４）とを有
し、マスク（１２）を露光用の照明光で照明した状態
で、マスク側ステージ（９〜１１）を介してマスク（１
２）を所定方向に走査するのと同期して、基板側ステー
ジ（１〜４）を介して基板（５）をその所定方向に対応
する方向に走査することにより、基板（５）上にマスク
（１２）のパターンを逐次露光する走査型露光装置にお
いて、そのマスク側ステージ及びその基板側ステージの
動作を所定の位置関係を保って制御するための制御情報
を生成する演算制御手段（１５ｃ，３１Ｘ，３２Ｘ）
と、そのマスク側ステージとその基板側ステージとの予
め計測してある位置関係の誤差を補正するための補正情
報を演算制御手段（１５ｃ，３１Ｘ）で生成されるその
制御情報に加算する誤差補正手段（１５ｄ，３３）と、
を有するものである。

【０００９】斯かる本発明によれば、例えば図２に示す
ように、マスク側ステージ（９〜１１）の位置及び回転
角は、非走査方向に所定間隔で配置された２箇所の計測
点での走査方向の位置（ＲＲ，ＲＬ）、及び非走査方向
の位置（ＲＸ）により表され、基板側ステージ（１〜
４）の位置及び回転角は、２箇所の計測点での走査方向
の位置（ＷＹ１，ＷＹ２）、及び２箇所の計測点での非
走査方向の位置（ＷＸ１，ＷＸ２）により表される。こ
の場合の位置（ＲＲ，ＲＬ，ＲＸ，ＷＹ１，ＷＹ２，Ｗ
Ｘ１，ＷＸ２）は、例えばレーザ干渉計によって高精度
に計測される。

【００１０】そして、予め走査開始前にマスク（１２）
と基板（５）との位置合わせを行った状態で、そのマス
ク側ステージとその基板側ステージとの位置関係を求め
ておき、走査開始後に、演算制御手段（１５ｃ，３１
Ｘ，３２Ｘ）では例えば基板側ステージ（１〜４）の位
置（ＷＹ１，ＷＹ２，ＷＸ１，ＷＸ２）に所定の演算を
施すことによって、対応するマスク側ステージ（９〜１
１）の目標位置（ＲＲ^*,ＲＬ^*,ＲＸ^*)を求める。更に、
演算制御手段（１５ｃ，３１Ｘ，３２Ｘ）ではその目標
位置（ＲＲ^*,ＲＬ^*,ＲＸ^*)からそのマスク側ステージの
実際の位置（ＲＲ，ＲＬ，ＲＸ）を差し引いて、制御情
報としての位置ずれ量（ΔＲＲ，ΔＲＬ，ΔＲＸ）を得
てフィードバックし、その位置ずれ量を例えば（０，
０，０）にするようにそのマスク側ステージの位置を補
正する。

【００１１】更に本発明では、予めそのマスク側ステー
ジとその基板側ステージとの間の位置関係の誤差を計測
しておく。そして、誤差補正手段（１５ｄ，３３）で
は、その位置関係の誤差を補正するための補正情報を求
め、この補正情報を演算制御手段（１５ｃ，３１Ｘ）で
生成されるその制御情報に加算する。この加算結果に基
づいてそのマスク側ステージの位置が補正される。これ
は、その補正情報に基づいてフィードフォワード方式で
そのマスク側ステージが駆動されることを意味する。こ
れによって、前者のフィードバック系のゲインを上げる
ことなく、即ち、ステージ系の機械的な共振等を励起す
ることなく、そのマスク側ステージとその基板側ステー
ジとの位置関係の誤差、ひいてはマスク（１２）と基板
（５）との位置ずれ量が小さくなる。

【００１２】この場合、その予め計測してある位置関係
の誤差の一例は、機械的な組立誤差である。この機械的
な組立誤差とは、例えばそのマスク側ステージの走査方
向とその基板側ステージの走査方向との角度誤差、又は
何れかのステージで走査位置に応じて発生するヨーイン
グ等である。このような機械的な組立誤差は、予め高精
度に計測しておくことができるため、本発明によってフ
ィードフォワード方式で高速に補正できる。

【００１３】また、そのマスク側ステージ又はその基板
側ステージの一方のステージが走査用の粗動ステージ
（９，１０）と位置補正用の微動ステージ（１１）とか
ら構成され、その予め計測してある位置関係の誤差が粗
動ステージ（９，１０）の移動方向の角度誤差である場
合に、演算制御手段（１５ｃ，３１Ｘ，３２Ｘ）は、そ
の制御情報として微動ステージ（１１）の速度情報（Ｇ
ＰＸ・ΔＲＸ）を生成し、誤差補正手段（１５ｄ，３
３）はその粗動ステージの角度誤差を補正するための補
正速度情報（αＸ・ＶＷ）を演算制御手段（１５ｃ，３
１Ｘ，３２Ｘ）により生成されるその微動ステージの速
度情報（ＧＰＸ・ΔＲＸ）に加算することが望ましい。

【００１４】この場合、例えば粗動ステージ（９，１
０）は一定速度で駆動され、残存する位置ずれ量を補正
するように微動ステージ（１１）が駆動される。微動ス
テージ（１１）は軽量化できるため、高い応答速度で位
置ずれ量が補正できる。更に、例えば図４に示すよう
に、基板側ステージ（１〜４）の走査方向（２３）と粗
動ステージ（９，１０）の走査方向（２４）との間に角
度誤差φが存在する場合には、基板側ステージ（１〜
４）と粗動ステージ（９，１０）との間の非走査方向の
位置ずれ量は次第に増加する。そして、演算制御手段
（１５ｃ，３１Ｘ，３２Ｘ）によって算出される位置ず
れ量も増加するため、この位置ずれ量に応じた速度（Ｇ
ＰＸ・ΔＲＸ）で微動ステージ（１１）が非走査方向に
駆動される。但し、この動作はフィードバック方式であ
るため、そのままでは応答速度の限界によって一定の誤
差が残存する。

【００１５】そこで、誤差補正手段（１５ｄ，３３）に
よってその角度誤差φに応じた速度（αＸ・ＶＷ）で、
フィードフォワード方式で微動ステージ（１１）を非走
査方向に駆動することによって、その角度誤差φが実質
的にほぼリアルタイムで補正される。また、微動ステー
ジ（１１）を速度で制御しているため、その角度誤差φ
を補正するためには、微動ステージ（１１）を単に非走
査方向に一定速度で駆動するのみでよく、制御が簡単で
ある。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明による走査型露光装
置の実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。
本例はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置
に本発明を適用したものである。図１は本例の投影露光
装置を示し、この図１において、図示省略された照明光
学系からの露光用の照明光ＩＬによる矩形の照明領域
（以下、「スリット状の照明領域」という）２１Ｒによ
り、レチクル１２のパターン形成面のパターンが照明さ
れ、その照明領域２１Ｒ内のパターンが投影光学系８を
介して倍率β（βは例えば１／４，１／５等）で縮小さ
れて、ウエハ５上のスリット状の露光領域２１Ｗに投影
露光される。以下、投影光学系８の光軸に平行な方向に
Ｚ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行に
Ｘ軸、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。走査
露光方式で露光が行われている際には、照明領域２１Ｒ
に対して、レチクル１２が−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に
速度Ｖ_Rで走査されるのに同期して、ウエハ５は＋Ｙ方
向（又は−Ｙ方向）に速度β・Ｖ_Rで走査される。

【００１７】レチクル１２及びウエハ５の駆動系につい
て説明すると、レチクル支持台９上にＹ方向に駆動され
るレチクルＹ軸駆動ステージ１０が載置され、レチクル
Ｙ軸駆動ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ１
１が載置され、レチクル微小駆動ステージ１１上にレチ
クル１２が真空吸着により保持されている。レチクル微
小駆動ステージ１１は、投影光学系８の光軸に垂直な面
内で図１の紙面に平行なＸ方向、Ｙ方向及び回転方向
（θ方向）にそれぞれ微小量だけ且つ高精度にレチクル
１２の位置制御を行う。レチクル微小駆動ステージ１１
上には移動鏡１３が配置され、レチクル支持台９上に配
置されたレチクル側の干渉計１４によって、常時レチク
ル微小駆動ステージ１１のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の
位置がモニターされている。干渉計１４により得られた
位置情報Ｓ１が主制御系１５に供給されている。

【００１８】一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ方向に駆
動されるウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その上
にＸ方向に駆動されるウエハＸ軸駆動ステージ３が載置
され、その上にＺθ軸駆動ステージ４が設けられ、この
Ｚθ軸駆動ステージ４上にウエハ５が真空吸着によって
保持されている。Ｚθ軸駆動ステージ４上にも移動鏡６
が固定され、外部に配置されたウエハ側の干渉計７によ
り、Ｚθ軸駆動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向
の位置がモニターされ、干渉計７により得られた位置情
報も主制御系１５に供給されている。主制御系１５は、
ウエハステージ制御系１６を介してウエハＹ軸駆動ステ
ージ２〜Ｚθ軸駆動ステージ４の動作を制御し、レチク
ルステージ制御系１７を介してレチクルＹ軸駆動ステー
ジ１０、及びレチクル微小駆動ステージ１１の動作を制
御すると共に、装置全体の動作を統轄的に制御する。

【００１９】また、Ｚθ軸駆動ステージ４上には、レチ
クル１２及びウエハ５のアライメントの基準となる基準
マークが形成された基準マーク部材（不図示）が固定さ
れ、レチクル１２の上方には、その基準マークとレチク
ル１２上のマークとの位置ずれ量を検出するためのレチ
クルアライメント顕微鏡（不図示）が配置されている。
更に、投影光学系８のＹ方向の側面部に、ウエハ５上の
アライメント用のウエハマークの位置を検出するための
オフ・アクシス方式のアライメントセンサ１８が配置さ
れている。これらの基準マーク部材、及びアライメント
センサ１８等によって、レチクル１２とウエハ５とのア
ライメントが行われる。

【００２０】次に、図２を参照してウエハステージ及び
レチクルステージの詳細な構成につき説明する。図２
（ａ）はウエハステージの平面図であり、この図２
（ａ）において、Ｚθ軸駆動ステージ４の上にウエハ５
が載置されている。Ｚθ軸駆動ステージ４上には、Ｘ軸
用移動鏡６Ｘ及びＹ軸用移動鏡６Ｙが固定され、露光時
にはウエハ５上のスリット状の露光領域２１Ｗに、レチ
クルのパターン像が投影されるようになっている。そし
て、Ｚθ軸駆動ステージ４は、Ｙ方向（走査方向）には
図１のウエハＹ軸駆動ステージ２によりリニアモータ方
式で駆動され、Ｘ方向にはウエハＸ軸駆動ステージ３に
より送りねじ方式で駆動されるようになっている。

【００２１】その移動鏡６Ｘには、Ｘ軸用の干渉計７Ｘ
１及び７Ｘ２より、Ｘ軸に平行で且つそれぞれ投影光学
系８の光軸及びアライメントセンサ１８の光軸を通る光
路に沿って間隔Ｌでレーザビーム１９Ｘ１及び１９Ｘ２
が照射され、移動鏡６Ｙには、Ｙ軸用の干渉計７Ｙ１及
び７Ｙ２よりＹ軸に平行な光路に沿って、間隔Ｌでレー
ザビーム１９Ｙ１及び１９Ｙ２が照射されている。本例
では、Ｚθ軸駆動ステージ４の位置情報として、干渉計
７Ｘ１及び７Ｘ２によるＸ軸の計測値ＷＸ１及びＷＸ２
と、干渉計７Ｙ１及び７Ｙ２によるＹ軸の計測値ＷＹ１
及びＷＹ２とからなる４自由度の情報が使用される。従
って、本例ではＺθ軸駆動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向
の位置の他に、ヨーイングに起因する回転角も検出でき
るようになっている。なお、例えば干渉計７Ｘ２、又は
干渉計７Ｙ２を省略しても回転角を検出できるが、本例
のように４自由度の位置情報を検出して、平均化効果を
得ることにより、位置及びヨーイングの検出精度が高ま
っている。

【００２２】また、オフ・アクシス方式のアライメント
センサ１８を使用する場合のＸ方向の位置は、レーザビ
ーム１９Ｘ２を使用する干渉計７Ｘ２の計測値に基づい
て制御している。これにより、所謂アッベ誤差が生じな
い様になっている。図２（ｂ）は、レチクルステージの
平面図であり、この図２（ｂ）において、レチクルＹ軸
駆動ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ１１が
載置され、その上にレチクル１２が保持されている。ま
た、レチクル微小駆動ステージ１１にはＸ軸用の移動鏡
１３Ｘ及びＹ軸用の２個のコーナキューブ１３Ｌ，１３
Ｒが固定され、移動鏡１３Ｘには干渉計１４ＸからＸ軸
に平行にレーザビーム２０Ｘが照射されている。また、
Ｙ軸用の干渉計１４Ｌ及び１４Ｒからそれぞれコーナキ
ューブ１３Ｌ及び１３Ｒに対して、Ｙ軸に平行に間隔Ｍ
でレーザビーム２０Ｌ及び２０Ｒが照射されている。

【００２３】そして、コーナキューブ１３Ｌ，１３Ｒで
反射されたレーザビーム２０Ｌ，２０Ｒはそれぞれ反射
ミラー２２Ｌ，２２Ｒを介してコーナキューブ１３Ｌ，
１３Ｒに戻された後、干渉計１４Ｌ，１４Ｒに戻されて
いる。即ち、レチクル用の干渉計１４Ｌ及び１４Ｒはダ
ブルパス干渉計であり、これによって、レチクル微小駆
動ステージ１１の回転によるレーザビームの位置ずれが
生じない構成になっている。また、露光時には、レチク
ル１２上のスリット状の照明領域２１Ｒが露光光により
均一な照度で照明される。

【００２４】本例のレチクルＹ軸駆動ステージ１０は、
レーザビーム２０Ｌ及び２０Ｒにほぼ平行な２つの駆動
軸に沿ってＹ方向にそれぞれリニアモータ方式で駆動さ
れ、レチクル微小駆動ステージ１１は、レチクルＹ軸駆
動ステージ１０に対してレーザビーム２０Ｘにほぼ平行
な駆動軸に沿ってＸ方向に不図示のアクチュエータで駆
動されている。この場合、Ｙ軸の２つのリニアモータの
駆動量のバランスを変化させることにより、所定範囲内
でレチクルＹ軸駆動ステージ１０、ひいてはレチクル微
小駆動ステージ１１を回転できるようになっている。即
ち、レチクル微小駆動ステージ１１は全体として３自由
度の駆動系で駆動されている。

【００２５】そして、レチクル微小駆動ステージ１１の
Ｘ方向への位置情報として、干渉計１４Ｘによる計測値
ＲＸが使用され、レチクル微小駆動ステージ１１の２つ
のリニアモータの駆動軸に沿ったＹ方向への位置情報と
して、干渉計１４Ｌ及び１４Ｒによる計測値ＲＬ及びＲ
Ｒが使用されるようになっている。図１及び図２より分
かるように、図１のレチクル側の干渉計１４は３個の干
渉計１４Ｘ，１４Ｒ，１４Ｌを総称しており、ウエハ側
の干渉計７は４個の干渉計７Ｘ１，７Ｘ２，７Ｙ１，７
Ｙ２を総称している。

【００２６】なお、レチクルＹ軸駆動ステージ１０に対
してレチクル微小駆動ステージ１１を、ほぼレーザビー
ム２０Ｌ，２０Ｒ，２０Ｘに平行な駆動軸に沿って３自
由度で微動できるようにした構成を採用してもよい。こ
の場合、レチクル側のステージは、全体として５つの自
由度で駆動されるが、例えばレチクルＹ軸駆動ステージ
１０をＹ方向に駆動するための２つのリニアモータをオ
ープンループで一定速度で駆動し、レチクル１２とウエ
ハ５との位置ずれを補正するためにレチクル微小駆動ス
テージ１１を微動するための３自由度の駆動系をクロー
ズドループで制御することにより、本例の制御系がほぼ
そのまま使用できる。

【００２７】次に、図３を参照して本例の投影露光装置
の走査露光時のステージ系の同期制御方法につき説明す
る。図３は本例のステージ系の制御系の構成を示し、こ
の図３において、レチクルとウエハとのアライメントが
行われて、レチクル及びウエハがそれぞれ走査開始位置
に位置決めされているものとする。そして、主制御系１
５内の制御手段１５ａが走査露光開始のコマンドを速度
指令発生手段１５ｂ、演算手段１５ｃ、及び乗算手段１
５ｄに供給すると、速度指令発生手段１５ｂからウエハ
ステージ制御系１６及び乗算手段１５ｄに対して、図２
のウエハ側のＺθ軸駆動ステージ４のＸ方向への目標速
度（通常は０）、及びＹ方向への目標走査速度Ｖ_W ^*を示
す速度指令信号が供給される。後者のＹ方向への目標走
査速度Ｖ_W ^*は、０から次第に増大して一定の走査速度Ｖ
_W0に達して所定時間経過した後、再び次第に０に戻ると
いうように、時間に対して台形状に変化する。なお、制
御手段１５ａ、速度指令発生手段１５ｂ、演算手段１５
ｃ、及び乗算手段１５ｄはそれぞれコンピュータのソフ
トウェア上の機能である。

【００２８】それに応じて、乗算手段１５ｄでは、その
目標走査速度Ｖ_W ^*に後述のように予め定められて記憶さ
れている係数αＸを乗算し、この結果得られる補正速度
αＸ・Ｖ_W ^*をレチクルステージ制御系１７内の加算器３
３の一方の入力部に供給する。また、ウエハステージ制
御系１６は、オープンループ制御で図１のウエハＹ軸駆
動ステージ２をその目標走査速度Ｖ_W ^*でＹ方向に駆動
し、必要に応じてウエハＸ軸駆動ステージ３を目標速度
でＸ方向に駆動する。この際に、図２（ａ）の４個の干
渉計７Ｘ１，７Ｘ２，７Ｙ１，７Ｙ２で計測されるＺθ
軸駆動ステージ４の位置ＷＸ１，ＷＸ２，ＷＹ１，ＷＹ
２が、所定のサンプリング周波数で図３の演算手段１５
ｃに供給される。演算手段１５ｃでは、先ず図２（ａ）
の２つのレーザビーム１９Ｘ１，１９Ｘ２の間隔Ｌ、及
びレーザビーム１９Ｙ１，１９Ｙ２の間隔Ｌを用いて、
計測値ＷＸ１，ＷＸ２，ＷＹ１，ＷＹ２よりなるベクト
ルに次式で定義される行列Ｔ１を乗算して、Ｚθ軸駆動
ステージ４のＸ方向の位置ＷＸ、Ｙ方向の位置ＷＹ、及
び回転角Ｗθよりなるベクトルに換算する。

【００２９】

【数１】

【００３０】次に、演算手段１５ｃでは、アライメント
によって求められたレチクル１２とウエハ５との相対的
な回転角θ、及びレチクル１２からウエハ５への投影倍
率βの関数を成分とする次式の行列Ｔ３，Ｔ２、及びオ
フセットベクトルＢを導入する。そして、Ｚθ軸駆動ス
テージ４の位置、及び回転角を成分とするベクトル（Ｗ
Ｘ，ＷＹ，Ｗθ）から、図２（ｂ）のレチクル微小駆動
ステージ１１のＸ方向の目標位置ＲＸ^*、Ｙ方向の目標
位置ＲＹ^*、及び目標回転角Ｒθ^*を成分とするベクト
ル（ＲＸ^*,ＲＹ^*,Ｒθ^*)を算出する。

【００３１】

【数２】

【００３２】更に、演算手段１５ｃは、次式のように図
２（ｂ）のレーザビーム２０Ｌ，２０Ｒの間隔Ｍを成分
とする行列Ｔ４を用いて、ベクトル（ＲＸ^*,ＲＹ^*,Ｒθ
^*)を図２（ｂ）のレチクル微小駆動ステージ１１の３軸
の駆動軸に対応する目標位置よりなるベクトル（ＲＸ^*,
ＲＬ^*,ＲＲ^*)に変換する。言い換えると、ベクトル（Ｒ
Ｘ^*,ＲＬ^*,ＲＲ^*)は、走査露光時に干渉計１４Ｘ，１４
Ｌ，１４Ｒによって計測されるべきレチクル微小駆動ス
テージ１１の目標位置を示すベクトルである。そのベク
トルの各要素ＲＸ^*,ＲＬ^*,ＲＲ^* はそれぞれ差分器３１
Ｘ，３１Ｌ，３１Ｒの加算側の入力部に供給される。

【００３３】

【数３】

【００３４】また、図３において、差分器３１Ｘ，３１
Ｌ，３１Ｒの減算側の入力部にはそれぞれ、レチクル側
の干渉計１４Ｘ，１４Ｌ，１４Ｒによって実際に計測さ
れる位置ＲＸ，ＲＬ，ＲＲも供給されている。差分器３
１Ｘ，３１Ｌ，３１Ｒでは全体として、次式のようにレ
チクル微小駆動ステージ１１の目標位置を示すベクトル
（ＲＸ^*,ＲＬ^*,ＲＲ^*)から、レチクル微小駆動ステージ
１１の実際の位置を示すベクトル（ＲＸ，ＲＬ，ＲＲ）
を差し引いて誤差ベクトル（ΔＲＸ，ΔＲＬ，ΔＲＲ）
を求める。この誤差ベクトルは、上述のＺθ軸駆動ステ
ージ４の位置を示すベクトル（ＷＸ１，ＷＸ２，ＷＹ
１，ＷＹ２）、及び行列Ｔ１〜Ｔ４等の演算式としても
表されている。

【００３５】

【数４】

【００３６】そして、差分器３１Ｘ，３１Ｌ，３１Ｒか
らそれぞれその誤差ベクトルの要素ΔＲＸ，ΔＲＬ，Δ
ＲＲがレチクルステージ制御系１７に供給（フィードバ
ック）され、レチクルステージ制御系１７では、供給さ
れた誤差ベクトルの要素ΔＲＸ，ΔＲＬ，ΔＲＲがそれ
ぞれ０となるように、図２（ｂ）のレチクル微小駆動ス
テージ１１の３自由度の駆動系の制御を行う。

【００３７】また、本例ではその誤差ベクトルの要素を
速度に変換して、レチクル微小駆動ステージ１１の駆動
系の速度を制御している。即ち、レチクルステージ制御
系１７において、誤差ベクトルの要素ΔＲＸ，ΔＲＬ，
ΔＲＲはそれぞれ位置ゲイン器３２Ｘ，３２Ｌ，３２Ｒ
に供給され、位置ゲイン器３２Ｘ，３２Ｌ，３２Ｒでそ
れぞれ位置ゲインＧＰＸ，ＧＰＬ，ＧＰＲが乗算されて
速度に変換される。そして、位置ゲイン器３２Ｘから出
力される速度ＧＰＸ・ΔＲＸは加算器３３の他方の入力
部に供給され、加算器３３で乗算手段１５ｄからの補正
速度αＸ・Ｖ_W ^*とその速度ＧＰＸ・ΔＲＸとを加算して
得られる速度が速度ゲイン器３４Ｘに供給される。この
速度ゲイン器３４Ｘでその供給された速度が駆動電力に
変換され、この駆動電力でＸ軸のアクチュエータ用のモ
ータ３５Ｘが駆動されて、レチクル微小駆動ステージ１
１がＸ方向に微動する。なお、実際には速度ゲイン器３
４Ｘの入力部の直前に、モータ３５Ｘの速度の計測値が
フィードバックされているが、そのフィードバック回路
は省略してある。他のモータについても同様である。

【００３８】それと並行に、位置ゲイン器３２Ｌ及び３
２Ｒから出力される速度ＧＰＬ・ΔＲＬ及びＧＰＲ・Δ
ＲＲは、それぞれ速度ゲイン器３４Ｌ及び３４Ｒに供給
され、速度ゲイン器３４Ｌ及び３４Ｒから出力される駆
動電力によってそれぞれ、レチクルＹ軸駆動ステージ１
０（ひいてはレチクル微小駆動ステージ１１）をＹ方向
及び回転方向に駆動するためのリニアモータ３５Ｌ及び
３５Ｒが駆動される。そして、それらのモータ３５Ｘ、
リニアモータ３５Ｌ，３５Ｒにより駆動されたレチクル
微小駆動ステージ１１の位置が、３個の干渉計１４Ｘ，
１４Ｌ，１４Ｒの計測値として差分器３１Ｘ，３１Ｌ，
３１Ｒにフィードバックされ、レチクル微小駆動ステー
ジ１１はクローズドループ制御で駆動される。その結
果、ウエハＹ軸駆動ステージ２とレチクルＹ軸駆動ステ
ージ１０との移動方向が平行である場合には、Ｚθ軸駆
動ステージ４（ウエハ５）が＋Ｙ方向に一定速度Ｖ_W0で
駆動されるのに同期して、レチクル微小駆動ステージ１
１（レチクル１２）は、相対回転角θを保った状態で速
度（１／β）Ｖ_W0で−Ｙ方向に駆動される。

【００３９】しかしながら、実際には図１のウエハＹ軸
駆動ステージ２の移動方向をＹ軸に平行であるとして、
例えば組立誤差によって、レチクルＹ軸駆動ステージ１
０の移動方向がＹ軸に対して傾斜している場合がある。
このような場合には、単に誤差ベクトルをフィードバッ
クするのみでは、所定の位置ずれ量が残存してしまう。
本例では図３の乗算手段１５ｄ及び加算器３２Ｘを用い
て、その位置ずれ量をフィードフォワード方式で補正し
ている。

【００４０】図４（ａ）及び（ｂ）は、レチクル側のス
テージの平面図であり、この図４（ａ）及び（ｂ）にお
いて、ウエハ側のＺθ軸駆動ステージ４のレチクル側へ
の投影像が点線の投影像４Ｒとして示されている。走査
露光時には、ウエハ側のＺθ軸駆動ステージ４の投影像
４Ｒが例えば＋Ｙ方向に駆動されるのに同期して、レチ
クルＹ軸駆動ステージ１０が＋Ｙ方向から所定の微小な
傾斜角φだけ傾斜した方向に駆動される。即ち、投影像
４Ｒの速度ベクトル２３は＋Ｙ方向を向いており、レチ
クルＹ軸駆動ステージ１０の速度ベクトル２４は＋Ｙ方
向に対して傾斜角φで傾斜している。

【００４１】ここで、図４（ａ）に示すように、或る時
点でウエハ上の回路パターンのレチクルへの投影像２５
とレチクル上のパターン２６とが重なっているものとし
て、その時点からレチクル微小駆動ステージ１１が速度
ベクトル２４の方向に距離ＬＹだけ移動した状態を図４
（ｂ）の状態であるとする。このとき、投影像４Ｒも＋
Ｙ方向にほぼＬＹだけ移動している。そして、レチクル
微小駆動ステージ１１のＸ方向への位置調整が行われな
い場合、言い換えると、図３において誤差ベクトルの要
素ΔＲＸのフィードバック、及び補正速度αＸ・Ｖ_W ^*の
フィードフォワードが行われない場合には、図４（ｂ）
に示すように、ウエハ上の回路パターンの投影像２５と
レチクル上のパターン２６との間には、ほぼＬＹ・sin
φ（＝ΔＸとする）だけのＸ方向への位置ずれ量が発生
する。

【００４２】このとき、レチクル微小駆動ステージ１１
の移動鏡１３Ｘ（図２（ｂ）参照）の反射面がＹ軸に平
行であるとして、レーザビーム２０Ｘを介して計測され
るレチクル微小駆動ステージ１１の位置ＲＸがその位置
ずれ量ΔＸだけ変化する。そこで、図３の誤差ベクトル
の要素ΔＲＸのフィードバック制御のみを行うものとす
ると、図４（ｂ）に示すように、レチクル微小駆動ステ
ージ１１に対して速度ベクトルＶＲＸで示す駆動力が作
用して、レチクル微小駆動ステージ１１の位置は次第に
−Ｘ方向に変位して、その傾斜角φに起因するＸ方向へ
の位置ずれが補正される。

【００４３】しかしながら、このフィードバック制御の
追従速度には限界があるため、図５（ａ）に示すよう
に、レチクル微小駆動ステージ１１の速度ベクトル２７
Ａは、ウエハ側のＺθ軸駆動ステージ４の投影像４Ｒの
速度ベクトル２３とレチクルＹ軸駆動ステージ１０の速
度ベクトル２４との中間程度のベクトルとなり、誤差ベ
クトル２８が残存する。本例ではその誤差ベクトル２８
を小さくするために、フィードフォワード方式でその傾
斜角φに対応する補正速度を図３の加算器３３に供給す
る。この場合、投影光学系８の投影倍率βを用いて、実
際のウエハ側のＺθ軸駆動ステージ４の走査速度を目標
走査速度Ｖ_W ^*とすると、レチクル微小駆動ステージ１１
の走査速度はほぼＶ_W ^*／βとなる。また、単位時間当た
りでレチクル微小駆動ステージ１１の位置は＋Ｘ方向
に、sin φ・Ｖ_W ^*／βだけずれるため、そのずれ量を補
正するためには予めレチクル微小駆動ステージ１１を＋
Ｘ方向に−sin φ・Ｖ_W ^*／βの速度で駆動すればよいこ
とになる。従って、図３の乗算手段１５ｄで目標走査速
度Ｖ_W ^*に乗算する係数αＸは次のようになる。

【００４４】

【数５】αＸ＝−sin φ／β この係数αＸを使用して、乗算手段１５ｄで算出された
補正速度αＸ・Ｖ_W ^*を加算器３３に供給することによっ
て、フィードフォワード方式でレチクル微小駆動ステー
ジ１１は傾斜角φによる位置ずれ量を相殺するように−
Ｘ方向に駆動される。その結果、図５（ｂ）に示すよう
に、レチクル微小駆動ステージ１１の実際の速度ベクト
ル２７Ｂは、ウエハ側のＺθ軸駆動ステージ４の投影像
４Ｒの速度ベクトル２３とほぼ等しくなって、レチクル
１２とウエハ５とが高精度に位置合わせされた状態で同
期走査が行われる。この際に、図３のクローズドループ
中の位置ゲイン器３２Ｘ，３２Ｌ，３２Ｒにおけるゲイ
ンを高める必要がないため、ステージ系の機械的な共振
が励起されにくく、走査露光中の振動が減少する。

【００４５】また、本例では補正速度をフィードフォワ
ード方式で加算することによってレチクル微小駆動ステ
ージ１１の動作を制御しているため、レチクルＹ軸駆動
ステージ１０の移動方向の傾斜角の補正を行うために
は、一定の補正速度αＸ・Ｖ_W ^*を加算するのみでよく、
制御が簡単である。なお、上述の実施の形態では、ウエ
ハステージの走査方向とレチクルＹ軸駆動ステージ１０
の走査方向との傾斜角の補正を行うために、レチクル微
小駆動ステージ１１をＸ方向に駆動するためのモータ３
５Ｘ側でのみ補正速度がフィードフォワード方式で加算
されている。しかしながら、例えばレチクルＹ軸駆動ス
テージ１０がＹ方向に走査される際に予め決まった位置
でヨーイングが発生することが分かっているような場合
には、そのヨーイングを補正するための補正速度を、レ
チクルＹ軸駆動ステージ１０をＹ方向に駆動するための
リニアモータ３５Ｌ，３５Ｒ側にフィードフォワード方
式で加算すればよい。このためには、図３の速度ゲイン
器３４Ｌ，３４Ｒの前に加算器を挿入して、これらの加
算器に所定の演算手段で求められた補正速度を供給すれ
ばよい。

【００４６】また、図３の構成では補正速度をフィード
フォワード方式で加算しているが、例えば誤差ベクトル
の要素ΔＲＸ，ΔＲＬ，ΔＲＲに対して補正位置をフィ
ードフォワード方式で加算することによって、位置ずれ
量を補正するようにしてもよい。また、既に説明したよ
うに、レチクルＹ軸駆動ステージ１０を一定速度で駆動
して、位置ずれ量の補正をレチクル微小駆動ステージ１
１の駆動で行うようにしてもよい。この場合には、図３
に示すように、速度指令発生手段１５ｂからの目標走査
速度Ｖ_W ^*より乗算手段３６によってレチクル側の目標走
査速度Ｖ_W ^*／βを求め、この目標走査速度Ｖ_W ^*／βでレ
チクルＹ軸駆動ステージ１０の駆動部１０ａを駆動すれ
ばよい。更に、ウエハステージ制御系１６を位置基準で
制御してもよい。

【００４７】また、図１の構成では、レチクルＹ軸駆動
ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ１１を介し
てレチクル１２が載置されているが、レチクル微小駆動
ステージ１１を省略し、ウエハＹ軸駆動ステージ２とウ
エハ５との間で、Ｘ方向に所定間隔離れた２箇所の位置
に、Ｙ方向に所定範囲でウエハ５の位置を変えるための
微動ステージを配しても良い。この場合、レチクルＹ軸
駆動ステージ１０をオープンループで制御し、レチクル
Ｙ軸駆動ステージ１０の計測される位置から算出される
目標位置に応じて、ウエハ側のウエハＹ軸駆動ステージ
２、及び微動ステージ等をクローズドループ方式で制御
するようにするとよい。

【００４８】更に、上述の例では図２に示すように、ウ
エハ側のステージの位置は４自由度で計測され、レチク
ル側のステージの位置は３自由度で計測されているが、
ウエハ側のステージ、及びレチクル側のステージの位置
をそれぞれ３自由度で計測してもよい。又は、例えばウ
エハ側のステージの位置を３自由度で計測して、レチク
ル側のステージの位置を４自由度で計測してもよく、ウ
エハ側及びレチクル側のステージの位置をそれぞれ４自
由度以上で計測してもよい。このように計測の自由度が
増す程に、平均化効果によって位置、及び回転角の計測
精度が向上する。

【００４９】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。

【００５０】

【発明の効果】本発明による走査型露光装置によれば、
マスク側ステージと基板側ステージとの予め計測してあ
る位置関係の誤差を補正するための補正情報を演算制御
手段で生成される制御情報に加算する誤差補正手段が設
けられているため、その予め計測してある位置関係の誤
差をフィードフォワード方式で補正できる。従って、そ
の演算制御手段で生成される制御情報をフィードバック
して制御を行う場合のゲインを高める必要がないため、
走査露光時にステージ系の機械的な共振等を励起するこ
となく、マスクと基板との間の位置ずれ量を小さくでき
る利点がある。

【００５１】また、その予め計測してある位置関係の誤
差が、機械的な組立誤差である場合には、その位置関係
の誤差はほぼ一定で正確に計測できるため、その位置関
係の誤差をフィードフォワード方式で正確に補正できる
利点がある。また、そのマスク側ステージ又はその基板
側ステージの一方のステージが走査用の粗動ステージと
位置補正用の微動ステージとから構成され、その予め計
測してある位置関係の誤差とはその粗動ステージの移動
方向の角度誤差であり、演算制御手段が、制御情報とし
てその微動ステージの速度情報を生成し、誤差補正手段
がその粗動ステージの角度誤差を補正するための補正速
度情報をその演算制御手段により生成されるその微動ス
テージの速度情報に加算する場合には、その角度誤差に
対応する一定の補正速度をフィードフォワード方式で加
算するのみの簡単な制御で、その角度誤差に起因する位
置ずれ量を補正できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査型露光装置の実施の形態の一
例の主にステージ機構を示す正面図である。

【図２】（ａ）は図１のウエハ側のステージ構成を示す
平面図、（ｂ）は図１のレチクル側のステージ構成を示
す平面図である。

【図３】その実施の形態のステージ系の制御系を示す一
部機能ブロック図を含む構成図である。

【図４】ウエハステージの走査方向とレチクルＹ軸駆動
ステージ１０の走査方向との間に傾斜角φがある場合に
発生する位置ずれ量の説明図である。

【図５】（ａ）はフィードバック制御のみを行った場合
のレチクル微小駆動ステージ１１の速度ベクトル２７Ａ
を示す図、（ｂ）はフィードフォワード制御も行った場
合のレチクル微小駆動ステージ１１の速度ベクトル２７
Ｂを示す図である。

【符号の説明】

１ウエハ支持台２ウエハＹ軸駆動ステージ５ウエハ７Ｘ１，７Ｘ２，７Ｙ１，７Ｙ２ウエハ側の干渉計８投影光学系９レチクル支持台１０レチクルＹ軸駆動ステージ１１レチクル微小駆動ステージ１２レチクル１４Ｘ，１４Ｌ，１４Ｒレチクル側の干渉計１５主制御系１５ｂ速度指令発生手段１５ｃ演算手段１５ｄ乗算手段１６ウエハステージ制御系１７レチクルステージ制御系３２Ｘ，３２Ｌ，３２Ｒ位置ゲイン器３４Ｘ，３４Ｌ，３４Ｒ速度ゲイン器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転写用のパターンが形成されたマスクを
移動するマスク側ステージと、感光性の基板を移動する
基板側ステージとを有し、前記マスクを露光用の照明光
で照明した状態で、前記マスク側ステージを介して前記
マスクを所定方向に走査するのと同期して、前記基板側
ステージを介して前記基板を前記所定方向に対応する方
向に走査することにより、前記基板上に前記マスクのパ
ターンを逐次露光する走査型露光装置において、前記マスク側ステージ及び前記基板側ステージの動作を
所定の位置関係を保って制御するための制御情報を生成
する演算制御手段と、前記マスク側ステージと前記基板側ステージとの予め計
測してある位置関係の誤差を補正するための補正情報を
前記演算制御手段で生成される制御情報に加算する誤差
補正手段と、を有することを特徴とする走査型露光装
置。
【請求項２】請求項１記載の走査型露光装置であっ
て、前記予め計測してある位置関係の誤差とは、機械的な組
立誤差であることを特徴とする走査型露光装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の走査型露光装置で
あって、前記マスク側ステージ又は前記基板側ステージの一方の
ステージは走査用の粗動ステージと位置補正用の微動ス
テージとから構成され、前記予め計測してある位置関係の誤差とは前記粗動ステ
ージの移動方向の角度誤差であり、前記演算制御手段は、前記制御情報として前記微動ステ
ージの速度情報を生成し、前記誤差補正手段は前記粗動ステージの角度誤差を補正
するための補正速度情報を前記演算制御手段により生成
される前記微動ステージの速度情報に加算することを特
徴とする走査型露光装置。