JPH1055954A

JPH1055954A - 露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JPH1055954A
Application number: JP8227635A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1996-08-09
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】固定鏡の回転変動に起因するマスクのパター
ンと感光基板との重ね合わせ精度の劣化を抑制ないしは
防止する。【解決手段】固定鏡用レーザ干渉計４０により固定鏡
３６の装置固定部に対する回転量を計測する。このた
め、例えばレーザ干渉計システム５０により計測された
基板ステージ１６の回転量が所定の値を超えた場合に、
レーザ干渉計システムを構成するその固定鏡３６を基準
として基板ステージ１６の位置を計測するレーザ干渉計
２０をリセットすることができるようになる。従って、
固定鏡３６の回転に起因する基板ステージ１６の位置決
め誤差等の発生を防止することができ、結果的にマスク
Ｒと感光基板Ｗとの重ねあわせ精度の劣化を抑制するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置及び露光
方法に係り、更に詳しくは、半導体集積回路，液晶ディ
スプレイ等の微細回路パターン等のフォトリソグラフィ
工程で使用される露光装置及び露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル等（以下、「レチクル」と総称する）のパターン
の像を投影光学系を介して感光材が塗布されたウエハ又
はガラスプレート等の基板（以下、「ウエハ」と総称す
る）上の各ショット領域に投影する投影露光装置が使用
されている。この種の投影露光装置として近年は、ウエ
ハを２次元的に移動自在なステージ上に載置し、このス
テージによりウエハを歩進（ステッピング）させて、レ
チクルのパターンの像をウエハ上の各ショット領域に順
次露光する動作を繰り返す、所謂ステップ・アンド・リ
ピート方式の露光装置、特に、縮小投影型の露光装置
（ステッパー）が比較的多く用いられている。

【０００３】例えば、半導体素子はウエハ上に多数層の
回路パターンを重ねて露光することにより形成される。
そして、２層目以降の回路パターンをウエハ上に投影露
光する際には、ウエハ上の既に形成された回路パターン
とレチクルのパターンの像との位置合わせ、即ちウエハ
とレチクルとの位置合わせ（アライメント）を精確に行
う必要がある。このアライメントのためにウエハ上には
既存の回路パターンと共に位置検出用のマーク（アライ
メントマーク）が形成されており、このマークをアライ
メントセンサにより位置検出することで回路パターンの
位置を正確に認識することができる。

【０００４】ウエハが載置されるステージ（以下、「ウ
エハステージ」と称する）の位置は、レーザ干渉計を用
いて精密に計測され、アライメント時のステージの位置
を正確に計測すると共に、ウエハ上の各ショット領域を
正しく露光位置に合わせるようにステージ位置を合わせ
込んで、重ね合わせ露光が行われる。一般にレーザ干渉
計は、ウエハへの露光位置の中心を交点とする直交する
２軸の計測システムにより構成される。このように、露
光位置と干渉計計測軸が同一直線上であると、ウエハス
テージが微小回転しても、その回転誤差はレーザ干渉計
によるステージ座標計測値には影響せず、正確な位置計
測及び位置決めが可能である。

【０００５】ところで、現在使用されているアライメン
トセンサの方式としては、露光波長以外の光束でウエハ
上のマークの位置を検出する方式が一般的であり、ウエ
ハマーク検出光学系（アライメントセンサ）の一部とし
て投影光学系を使用する方式（以下、「ＴＴＬ（Throug
h The Lens）方式」と称する）や、専用の位置検出光学
系を使用する方式（以下「オフ・アクシス（off-Axis）
方式」と称する）がある。これらの方式では、レチクル
とウエハとを直接位置合わせするのではなく、投影露光
装置内（一般にはウエハステージ上）に設けた基準マー
クを介して間接的に位置合わせを行う。

【０００６】一例として、オフ・アクシス方式について
具体的に説明する。先ず、重ね合わせ露光に先立ってレ
チクル上の位置合わせマークのウエハステージ上への投
影像の位置に上記基準マークを位置合わせし、その時の
ウエハステージの位置を計測する。続いて、基準マーク
をウエハマーク検出光学系の下に移動し、ウエハマーク
検出光学系（アライメントセンサ）の検出基準に対して
位置合わせをし、この時にもウエハステージの位置を計
測する。これら２つのステージ位置の差をベースライン
量と呼び、上記のシーケンスをベースライン計測と呼
ぶ。

【０００７】ウエハへの重ね合わせ露光時には、ウエハ
上のアライメントマークをウエハマーク検出光学系に対
して位置合わせし、ウエハステージを、そのときのウエ
ハステージの位置からベースライン量だけずれた位置に
移動して露光を行うことで、ウエハ上の既存の回路パタ
ーンとレチクルパターンの像とを重ね合わせることがで
きる。

【０００８】しかしながら、露光装置の構成によっては
アライメントセンサによるマークの検出位置と露光位置
とが大きく（例えば数十ｍｍ）離れる場合もある。この
乖離の方向が、アライメントセンサの計測方向と一致し
ていれば特に問題はないが、計測方向と直交する方向に
乖離している場合には、マーク位置計測時にステージの
微小回転に伴う計測誤差が生じてしまう恐れがある。

【０００９】このためこのような構成の装置のレーザ干
渉計システムは、直交する２次元のステージ座標を計測
するのみでなく、ステージの回転量も計測できるよう、
３軸以上の計測システムを有する構成となっている。そ
して、このうち２軸は互いに平行な計測軸であり、この
２軸の計測値の差からステージの回転を計測できる。

【００１０】アライメント時のステージ回転が計測でき
れば、ステージ回転があっても、アライメント計測値を
そのステージ回転量分だけ補正することで、誤差のない
正確な位置計測が可能となる。

【００１１】また、ウエハの搭載されるステージは一般
に極めて高精度なものではあるが、上記２次元の移動に
伴って、僅かながらではあるがその回転量も変化（一般
に「ヨーイング」と呼ばれる）する。これに対して、レ
チクルを固定のままとすると回転したウエハステージ上
のウエハに対してレチクルの投影像は回転したものとな
ってしまい位置ずれが生じてしまう。これを防止するた
めに、上述のレーザ干渉計で計測されたウエハステージ
の回転量に基づいてレチクル（レチクルの載置されるレ
チクルステージ）を回転補正し、常に正確な位置合わせ
を行っている装置もある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の装置
においては、ステージの位置または回転量の計測は、可
動なるステージ上に設けられた反射鏡（一般に「移動
鏡」と呼ばれる）と、装置内のステージ以外の部分に設
けられた反射鏡（一般に「固定鏡」と呼ばれる）との相
対位置、または相対回転量の変化として計測される。従
って、もしこれらの反射鏡の位置が、例えば熱膨張等に
よってズレてしまうと、重ね合わせ結果も大きくズレて
しまい、このため生産される半導体集積回路が不良品と
なる恐れがある。

【００１３】一般に露光装置では、露光動作の開始に伴
って、ウエハステージが高速で移動（ステッピング）を
繰り返し、ウエハに対して高いエネルギ（露光光）が照
射されるので、これらのエネルギによって装置本体の温
度は上昇していく傾向にあり、移動鏡や固定鏡の温度、
またはその取り付け部の温度も上昇することとなる。

【００１４】このため、それらの部分の熱変形により、
上記重ね合わせズレが生じる恐れがあった。特に、固定
鏡の回転変動は、前述したウエハステージの回転測定に
も大きく影響を与え、結果的にレチクル上のパターンと
ウエハ上のパターンとの重ねあわせ精度が劣化するとい
う不都合があった。

【００１５】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項１に記載の発明は、固定鏡の回転変動に起因
するマスクのパターンと感光基板との重ねあわせ精度の
劣化を抑制ないしは防止することができる露光装置を提
供することにある。

【００１６】また、請求項２ないし５に記載の発明の目
的は、固定鏡の回転変動に起因するマスクのパターンと
感光基板との重ねあわせ精度の劣化を未然に防ぎ、安定
して高い重ねあわせ精度を得ることができる露光装置を
提供することにある。

【００１７】また、請求項６に記載の発明は、固定鏡の
回転変動に起因するマスクのパターンと感光基板との重
ねあわせ精度の劣化を未然に防ぎ、安定して高い重ねあ
わせ精度を得ることができる露光方法を提供することに
ある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、感光基板（Ｗ）を保持して２次元移動及び回転が可
能な基板ステージ（１６）と、前記基板ステージ（１
６）に設けられた移動鏡（３４）と前記基板ステージ外
の装置固定部に設けられた固定鏡（３６）との相対位置
関係から前記基板ステージの２次元座標位置と回転量と
を計測するレーザ干渉計システム（５０）とを備え、マ
スク（Ｒ）に形成されたパターンの像を前記感光基板
（Ｗ）上に転写する露光装置において、前記レーザ干渉
計システム（５０）を構成する前記固定鏡（３６）の装
置固定部に対する回転量を計測する固定鏡用レーザ干渉
計（４０）を設けたことを特徴とする。

【００１９】これによれば、固定鏡用レーザ干渉計によ
り固定鏡の装置固定部に対する回転量を計測することが
可能となる。このため、例えばレーザ干渉計システムに
より計測された基板ステージの回転量が所定の値を超え
た場合に、レーザ干渉計システムを構成するその固定鏡
を基準として基板ステージの位置を計測するレーザ干渉
計をリセットすることができるようになる。従って、固
定鏡の回転に起因する基板ステージの位置決め誤差等の
発生を防止することができ、結果的にマスクと感光基板
との重ねあわせ精度の劣化を抑制することができる。

【００２０】ここで、固定鏡用レーザ干渉計により計測
される固定鏡の装置固定部に対する回転量とは、必ずし
も純粋な意味での回転のみではなく、変形による計測部
位の位置変動をも含む概念である。

【００２１】請求項２に記載の発明は、マスク（Ｒ）に
形成されたパターンの像を感光基板（Ｗ）上に転写する
露光装置であって、前記感光基板（Ｗ）を保持して２次
元移動及び回転が可能な基板ステージ（１６）と；前記
基板ステージに設けられた移動鏡（３４）と前記基板ス
テージ外の装置固定部に設けられた固定鏡（３６）とを
有し、前記移動鏡（３４）と固定鏡（３６）との相対位
置関係から前記基板ステージ（１６）の２次元座標位置
と回転量とを計測するレーザ干渉計システム（５０）
と；前記感光基板上の位置合わせマークの位置を検出す
るマーク検出系（１８）と；前記レーザ干渉計システム
の計測結果とマーク検出系の検出結果とに基づいて前記
基板ステージの位置と回転量とを制御する制御系（２
４）と；前記固定鏡（３６）の装置固定部に対する回転
量を計測する固定鏡用レーザ干渉計（４０）と；前記固
定鏡用レーザ干渉計の計測値に基づいて前記固定鏡（３
６）の回転量が所定の許容値を超えた場合に前記マーク
検出系（１８）を較正する較正手段（１６、２２、２
４、５０、ＦＰ）とを有する。

【００２２】これによれば、固定鏡用レーザ干渉計によ
り固定鏡の装置固定部に対する回転量が計測され、この
固定鏡用レーザ干渉計の計測値に基づいて固定鏡の回転
量が所定の許容値を超えた場合に較正手段ではマーク検
出系を較正する。このマーク検出系の較正後に、当該マ
ーク検出系により感光基板上の位置合わせマークの位置
が検出され、レーザ干渉計システムにより基板ステージ
に設けられた移動鏡と基板ステージ外の装置固定部に設
けられた固定鏡との相対位置関係から基板ステージの２
次元座標位置と回転量とが計測される。そして、制御系
によりレーザ干渉計システムの計測結果とマーク検出系
の検出結果とに基づいて基板ステージの位置と回転量と
が制御され、マスクと感光基板の位置合わせが行われ、
マスクに形成されたパターンの像が感光基板上に転写さ
れる。このため、固定鏡の回転による重ねあわせ精度の
劣化が未然に防止され、安定して高い重ねあわせ精度を
得ることができる。

【００２３】これらの場合において、固定鏡用レーザ干
渉計（４０）は、請求項３に記載の発明の如く、レーザ
干渉計システム（５０）とは別に設けられていても良
く、あるいは請求項４に記載の発明の如く、レーザ干渉
計システムを構成する少なくとも一部のレーザ干渉計に
より構成されていても良い。前者の場合には、レーザ干
渉計システムを構成するレーザ干渉計の計測ビームの強
度を必要以上に低下させるおそれがないので、各レーザ
干渉計の計測ビームの強度をあるレベル以上に維持する
ことができ、後者の場合には、レーザ干渉計システムを
構成する一部のレーザ干渉計を固定鏡用レーザ干渉計と
して兼用できるので、部品点数の増加及び、コストアッ
プを防止することができる。

【００２４】前記請求項２に記載の発明に係る露光装置
は、必ずしも投影光学系を持つ必要はないが、請求項５
に記載の発明の如く、マスクのパターンを前記感光基板
上に投影する投影光学系（ＰＬ）を更に設け、マーク検
出系として、投影光学系を介さないで感光基板上の位置
合わせマークの位置を検出する系を用いてもよい。この
場合には較正手段は、固定鏡の回転量が所定の許容値を
超えた場合に、マスクのパターン像の投影像位置とマー
ク検出系の検出中心との間隔であるベースライン量を計
測するようにすればよい。このようにすれば、固定鏡用
レーザ干渉計により固定鏡の装置固定部に対する回転量
が計測され、この固定鏡用レーザ干渉計の計測値に基づ
いて固定鏡の回転量が所定の許容値を超えた場合に較正
手段ではベースライン量を計測する。このベースライン
量の計測後に、マーク検出系により感光基板上の位置合
わせマークの位置が検出され、レーザ干渉計システムに
より基板ステージに設けられた移動鏡と基板ステージ外
の装置固定部に設けられた固定鏡との相対位置関係から
基板ステージの２次元座標位置と回転量とが計測され
る。そして、制御系によりレーザ干渉計システムの計測
結果とマーク検出系の検出結果（ベースライン量を含
む）とに基づいて基板ステージの位置と回転量とが制御
され、マスクと感光基板の位置合わせが行われ、マスク
に形成されたパターンの像が感光基板上に転写される。
従って、固定鏡の回転に起因するベースライン量の変動
を主要因とする重ねあわせ誤差の発生を未然に防止する
ことができる。

【００２５】請求項６に記載の発明は、マスクに形成さ
れたパターンの像を投影光学系を介して感光基板上に転
写するに先立ち、前記感光基板上の位置合わせ用マーク
の位置をマーク検出系を使って検出することにより、前
記マスクのパターン像と前記感光基板との位置合わせを
行う露光方法において、前記マスクのパターン像の投影
像位置と前記マーク検出系の検出中心との間隔であるベ
ースライン量を計測する第１工程と；前記マーク検出系
を用いて前記感光基板上のマークの位置を検出する第２
工程と；前記第１工程で求められたベースライン量と前
記第２工程で検出されたマーク位置とに基づいて、前記
マスクパターンの投影像と前記感光基板との位置合わせ
を行う第３工程とを含み、前記感光基板の位置及び回転
を計測するレーザ干渉計システムを構成する固定鏡の装
置固定部に対する回転量を計測し、前記固定鏡の回転量
が所定の許容値を超えた場合に前記第１工程におけるベ
ースライン量の計測を行なうことを特徴とする。

【００２６】これによれば、感光基板の位置及び回転を
計測するレーザ干渉計システムを構成する固定鏡の装置
固定部に対する回転量が計測され、固定鏡の回転量が所
定の許容値を超えた場合に第１工程におけるベースライ
ン量の計測が行なわれる。次に、第２工程においてマー
ク検出系を用いて感光基板上のマークの位置が検出さ
れ、第３工程において前記第１工程で求められたベース
ライン量と前記第２工程で検出されたマーク位置とに基
づいて、マスクパターンの投影像と感光基板との位置合
わせが行われる。しかる後、マスクに形成されたパター
ンの像が投影光学系を介して感光基板上に転写される。
このため、固定鏡の回転に起因するベースライン量の変
動を主要因とする重ねあわせ誤差の発生を未然に防止す
ることができる。

【００２７】

【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２に基づいて説明する。

【００２８】図１には、一実施形態に係る露光装置１０
の概略構成が示されている。この露光装置１０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）である。

【００２９】この投影露光装置１０は、マスクとしての
レチクルＲを露光用照明光で照明する照明系１２、レチ
クルＲを保持するレチクルステージ１４、レチクルＲに
形成されたパターン（原版）ＰＡの像を感光基板として
のウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保
持して基準平面内を２次元移動するとともに所定角度範
囲内で回転可能な基板ステージとしてのウエハステージ
１６、ウエハＷに形成された位置検出用マークとしての
アライメントマーク（ウエハマーク）を検出するマーク
検出系としてのオフ・アクシス方式のアライメント顕微
鏡１８、ウエハステージ１６の位置及び回転を計測する
レーザ干渉計システム５０、ウエハステージ１６を駆動
する駆動系２２、装置全体を統括的に制御するミニコン
ピュータ（又はマイクロコンピュータ）から成る主制御
装置２４等を備えている。

【００３０】照明系１２は、光源（水銀ランプ又はエキ
シマレーザ等）、シャッタ、ブラインド、インプットレ
ンズ、フライアイレンズ、リレーレンズ、メインコンデ
ンサレンズ（いずれも図示せず）等を含んで構成されて
いる。

【００３１】この照明系１２は、光源からの露光用の照
明光によってレチクルＲの下面（パターン形成面）のパ
ターンＰＡを均一な照度分布で照明する。ここで、露光
用照明光は、単色光（又は準単色光）であり、その波長
（露光波長）は例えば水銀輝線（ｉ線）の３６５ｎｍで
あり、ＫｒＦエキシマーレーザの２４８ｎｍ等である。

【００３２】レチクルステージ１４上にはレチクルＲが
真空吸着等によって固定されており、このレチクルステ
ージ１４は、不図示の駆動系によってＸ方向（図１にお
ける紙面左右方向）、Ｙ方向（図１における紙面直交方
向）、及びθ方向（ＸＹ面内の回転方向）に微小駆動可
能とされている。

【００３３】前記投影光学系ＰＬは、その光軸ＡＸがレ
チクルステージ１４の移動面に直交するＺ軸方向とさ
れ、ここでは両側テレセントリックで、所定の縮小倍率
β（βは例えば１／５）を有するものが使用されてい
る。このため、後述するようにレチクルＲのパターンＰ
ＡとウエハＷ上のショット領域との位置合わせ（アライ
メント）が行われた状態で、照明光によりレチクルＲが
均一な照度で照明されると、パターン形成面のパターン
ＰＡが投影光学系ＰＬにより縮小倍率βで縮小されて、
フォトレジストが塗布されたウエハＷ上に投影され、ウ
エハＷ上の各ショット領域（例えば各ＬＳＩチップの領
域）にパターンＰＡの縮小像が形成される。

【００３４】ウエハＷは不図示のウエハホルダ介してウ
エハステージ１６上に固定されている。ウエハステージ
１６は、実際には、ベース３０上をＹ方向（図１の紙面
直交方向）に移動するＹステージ及びこのＹステージ上
をＸ方向（図１の紙面左右方向）に移動するＸステージ
及びこのＸステージ上に搭載され、前記ウエハホルダと
一体的にＺ軸回りに微小角度範囲内で回転可能なθステ
ージ等から構成されているが、図１では、これらが代表
してウエハステージ１６として図示されている。

【００３５】また、このウエハステージ１６上には、そ
の表面がウエハＷの表面と同じ高さになるように基準板
ＦＰが固定されている。この基準板ＦＰの表面には、後
述するベースライン計測等に用いられる基準マークを含
む各種の基準マークが形成されている。

【００３６】前記アライメント顕微鏡１８は、投影光学
系ＰＬのＹ軸方向の一側面（図１ににおける紙面手前側
の面）に固定されており、本実施形態では画像処理方式
のものが用いられている。このアライメント顕微鏡１８
は、ハロゲンランプ等のブロードバンドな照明光を発す
る光源、対物レンズ、指標板、ＣＣＤ等の撮像素子及び
信号処理回路、演算回路等（いずれも図示省略）を含ん
で構成されている。このアライメント顕微鏡１８を構成
する光源から発せられた照明光がアライメント顕微鏡１
８内部の対物レンズを通過した後ウエハＷ（又は基準板
ＦＰ)上に照射され、そのウエハＷ表面の不図示のウエ
ハマーク領域からの反射光がアライメント顕微鏡１８内
部に戻り、対物レンズ、指標板を順次透過してＣＣＤ等
の撮像面上にウエハマークの像、及び指標板上の指標の
像が結像される。これらの像の光電変換信号が信号処理
回路により処理され、演算回路によってウエハマークと
指標との相対位置が算出される。

【００３７】次に、レーザ干渉計システム５０について
説明する。このレーザ干渉計システム５０は、ウエハス
テージ１６の上面に固定された移動鏡３４、投影光学系
ＰＬの側面に固定された固定鏡３６及びこれらの移動鏡
３４、固定鏡３６にレーザビームをそれぞれ投射して、
それぞれの反射光を受光することにより、ウエハステー
ジ１６の位置及び回転を移動鏡３４と固定鏡３６との相
対的な位置関係として計測するレーザ干渉計２０とから
構成されている。本実施形態では、実際には、Ｘ軸にほ
ぼ直交する反射面を有するＸ移動鏡３４Ｘと、Ｙ軸にほ
ぼ直交する反射面を有するＹ移動鏡３４Ｙとが設けら
れ、これと同様に、固定鏡もＸ軸にほぼ直交する反射面
を有するＸ固定鏡３６Ｘと、Ｙ軸にほぼ直交する反射面
を有するＹ固定鏡３６Ｙとが設けられ、これらに対応し
てレーザ干渉計もＸ軸方向位置計測用のものが２つ、Ｙ
軸方向位置計測用のものが１つ設けられているが、図１
では、これらが移動鏡３４、固定鏡３６、レーザ干渉計
２０として代表的に示されている（図２参照）。

【００３８】ここで、図２に基づいて、上記レーザ干渉
計システム５０を構成する移動鏡、固定鏡、レーザ干渉
計の構成及び配置等について説明する。

【００３９】図２には、固定鏡及びその周辺部の概略平
面図が拡大して示されている。図２において、ウエハス
テージ１６のＸ軸方向の一端（図２における右端）に
は、Ｘ移動鏡３４ＸがＹ軸方向に延設され、Ｙ軸方向の
一端（図２における上端）にはＹ移動鏡３４ＹがＸ軸方
向に延設されている。

【００４０】また、投影光学系ＰＬのＸ軸方向の一側面
には、Ｘ軸にほぼ直交する反射面を有するＸ固定鏡３６
Ｘが固定鏡支持部材（固定鏡取り付け部）３８Ｘを介し
て取り付けられ、投影光学系ＰＬのＹ軸方向の一側面に
は、Ｙ軸にほぼ直交する反射面を有するＹ固定鏡３６Ｙ
が固定鏡支持部材（固定鏡取り付け部）３８Ｙを介して
取り付けられている。

【００４１】Ｘ固定鏡３６Ｘ、Ｘ移動鏡３４Ｘに対向し
てＸ軸方向位置計測用の２つのレーザ干渉計２０Ｘ₁、
２０Ｘ₂が設けられ、Ｙ固定鏡３６Ｙ、Ｙ移動鏡３４Ｙ
に対向してＹ軸方向位置計測用のレーザ干渉計２０Ｙが
設けられている。以下の説明において、Ｘ軸方向位置計
測用の２つのレーザ干渉計２０Ｘ₁、２０Ｘ₂の計測軸
をそれぞれＸ₁軸、Ｘ₂軸と呼び、Ｙ軸方向位置計測用
のレーザ干渉計２０Ｙの計測軸をＹ軸（ウエハステージ
の移動軸であるＹ軸と一致）と呼ぶものとする。

【００４２】Ｘ軸方向位置計測用の一方のレーザ干渉計
２０Ｘ₁は、固定鏡３６Ｘ、移動鏡３４Ｘに対してＸ軸
に平行な方向の測長ビームＢｒＸ₁、ＢｍＸ₁をそれぞ
れ投射して、それぞれの反射光を受光して固定鏡３６Ｘ
と移動鏡３４ＸとのＸ₁軸方向の相対位置を計測する。
また、Ｘ軸方向位置計測用の他方のレーザ干渉計２０Ｘ
₂は、固定鏡３６Ｘ、移動鏡３４Ｘに対してＸ軸に平行
な方向の測長ビームＢｒＸ₂、ＢｍＸ₂をそれぞれ投射
して、それぞれの反射光を受光して固定鏡３６Ｘと移動
鏡３４ＸとのＸ₂軸方向の相対位置を計測する。

【００４３】ここで、Ｘ₁軸及びＸ₂軸の２つのビーム
のそれぞれは、露光位置（投影光学系ＰＬの中心Ｃ₁、
すなわちウエハステージ座標系の原点）と同軸にはな
く、それぞれＹ軸方向の一方と他方の側にＤ₂／２だけ
離れている。従って、レーザ干渉計２０Ｘ₁と２０Ｘ₂
の計測値の平均値を用いることで、露光位置と同軸にあ
る１軸（Ｘ軸）の干渉計と全く等価な計測が可能であ
る。また、これらのレーザ干渉計２０Ｘ₁、２０Ｘ₂の
計測軸であるＸ₁軸とＸ₂軸は、距離Ｄ₂だけ離れて、
かつ平行に設定されているので、２つのレーザ干渉計２
０Ｘ₁、２０Ｙ₂の計測値の差をＤ₂で割った値により
ウエハステージ１６の回転角（回転量）を計測すること
ができる。

【００４４】Ｙ軸方向位置計測用のレーザ干渉計２０Ｙ
は、固定鏡３６Ｙ、移動鏡３４Ｙに対してＹ軸方向の測
長ビームＢｒＹ、ＢｍＹをそれぞれ投射して、それぞれ
の反射光を受光して固定鏡３６Ｙと移動鏡３４ＹとのＹ
軸方向の相対位置を計測する。

【００４５】すなわち、固定鏡３６Ｘ、３６Ｙとウエハ
ステージ１６上の移動鏡３４Ｘ、３４Ｙとの相対位置関
係が、Ｙ軸の干渉計ビーム（ＢｍＹとＢｒＹ）と、Ｘ₁
軸の干渉計ビーム（ＢｍＸ₁とＢｒＸ₁）とＸ₂軸の干
渉計ビーム（ＢｍＸ₂とＢｒＸ₂）とによって計測され
る。

【００４６】前述したアライメント顕微鏡１８は、その
中心（検出位置）Ｃ₂が、投影光学系ＰＬの露光位置
（中心）Ｃ₁に対して、Ｙ方向にＤ₁だけ離れて設置さ
れている。このアライメント顕微鏡１８は、Ｘ方向、Ｙ
方向の両方向についてウエハＷ上のマークの位置計測を
行うためのものである。従って、Ｘ方向の計測について
は、その計測位置がＸ₁軸，Ｘ₂軸の何れのレーザ干渉
計の軸上にもなく、このままでは計測時のウエハステー
ジ１６の回転が位置計測誤差となる可能性がある。

【００４７】しかし、本実施形態の装置１０では、前述
の如くレーザ干渉計２０Ｘ₁、２０Ｙ₂の計測値の差を
Ｄ₂で割った値によりウエハステージ１６の回転角（回
転量）を計測することができ、この回転量に距離Ｄ₁を
掛けた値だけ、上述したＸ方向の計測値を補正すること
で、アライメントマーク計測時のウエハステージ１６の
回転による位置計測誤差を補正することができる。

【００４８】このように、ステージの位置あるいは回転
量の検出には、固定鏡３６Ｘ、３６Ｙの位置及び回転が
基準として使用されている。そのため、固定鏡３６Ｘ、
３６Ｙが環境変化等の要因により温度変化し、熱変形し
てしまうと、ａ．露光時のステージ位置の決定に関する誤差ｂ．アライメントマーク計測時のステージ位置の決定に
関する誤差ｃ．アライメントマーク計測時のステージ回転量補正に
関する誤差ｄ．レチクルの回転補正に関する誤差などのさまざまな誤差要因を生じ、投影像の重ね合わせ
精度を劣化させてしまう。本実施形態の装置１０では、
レーザ干渉計の計測ビームがウエハステージ座標系の座
標軸と一致していない、Ｘ固定鏡３６Ｘの変形、主とし
て回転に起因して上記ａ．〜ｄ．のような誤差が生じて
しまう。

【００４９】そこで、本実施形態では、図１、図２に示
されるように、固定鏡３６Ｘの露光装置架台（図示省
略）に対する回転量を計測する固定鏡用レーザ干渉計４
０が設けられている。この固定鏡用レーザ干渉計４０
は、実際には、不図示の露光装置架台に固定され、例え
ば、ゼーマンレーザ光源を用いたヘテロダイン干渉計に
より構成される。この固定鏡用レーザ干渉計４０は、図
２に示されるように、一方のビームＢｔ₁をミラー４２
Ａを介して固定鏡３６Ｘ上のＸ１軸の干渉計ビームＢｒ
Ｘ₁入射位置近傍（図２の紙面に垂直な方向には多少離
れていても良い）に入射させ、他方のビームＢｔ₂をミ
ラー４２Ｂを介して固定鏡３６Ｘ上のＸ₂軸の干渉計ビ
ームＢｒＸ₂入射位置近傍（図２の紙面に垂直な方向に
は多少離れていても良い）に入射させ、その２つのビー
ムＢｔ₁、Ｂｔ2 の光路長差を検出することにより、固
定鏡３６Ｘの回転量を検出する。ここで、ミラー４２
Ａ，４２Ｂは、単に光路を折曲げるためのものであり、
固定鏡、移動鏡の配置によっては必ずしも設ける必要が
ないことは勿論である。

【００５０】前記レーザ干渉計２０（２０Ｘ₁、２０Ｘ
₂、２０Ｙ）と固定鏡用レーザ干渉計４０との計測値が
主制御装置２４に供給されており、主制御装置２４では
レーザ干渉計２０の計測値に基づいて前述したようにし
てウエハステージ１６の位置及び回転量を固定鏡と移動
鏡の相対位置関係として計測するとともに、固定鏡用レ
ーザ干渉計４０の計測値に基づいて固定鏡３６Ｘの回転
量を常時モニタするようになっている。また、主制御装
置２４では、ウエハステージ１６の位置決めの際等に
は、レーザ干渉計２０の計測値をモニタしつつ駆動系２
２を介してウエハステージ１６、すなわちウエハＷを位
置決めする。

【００５１】次に、上述のようにして構成された露光装
置１０の露光時の動作について説明する。前提として不
図示のレチクル顕微鏡を用いて行われるレチクルＲの投
影光学系ＰＬに対する位置合わせ（レチクルアライメン
ト）は終了しているものとする。

【００５２】まず、重ね合わせ露光に先立って、ウエハ
Ｗ上の位置検出マークを検出するアライメント顕微鏡１
８の位置（検出中心）Ｃ₂と投影光学系ＰＬの中心Ｃ₁
（通常は、レチクルパターンの中心であるレチクルセン
タに一致）との位置関係を計測するベースライン計測が
行われる。具体的には、次の通りである。

【００５３】ウエハステージ１６上に設けられた基
準板ＦＰを、投影光学系ＰＬを介したレチクルアライメ
ントマーク（図示省略）の投影像位置へ移動する。この
移動は、主制御装置２４により駆動系２２を介して行わ
れる。前述の如く、基準板ＦＰの表面はウエハＷの表面
とほぼ同じ高さ（光軸方向）となっており、その表面に
は基準マーク（不図示）が形成されている。このとき、
例えば、不図示のレチクル顕微鏡により投影光学系ＰＬ
を介してレチクルアライメントマークと基準マークの相
対位置が検出される。

【００５４】また、このときのウエハステージ１６の位
置は、ウエハステージ１６上に設けられた移動鏡３４を
介してレーザ干渉計２０により計測され、この計測結果
は主制御装置２４に送られる。また、このときの固定鏡
用レーザ干渉計４０の計測値も主制御装置２４に送られ
る。主制御装置２４はレーザ干渉計２０の計測結果とレ
チクル顕微鏡から出力される相対位置との和を、レチク
ル位置として不図示のメモリに記憶すると同時に固定鏡
用レーザ干渉計４０の計測値も不図示のメモリに記憶す
る。

【００５５】次に、主制御装置２４は駆動系２２を
介してウエハステージ１６を駆動し、基準板ＦＰをアラ
イメント顕微鏡１８の検出基準位置近傍に移動させる。
そして、アライメント顕微鏡１８に内蔵された指標板上
の指標の中心（検出中心）Ｃ₂と基準板ＦＰ上の基準マ
ークとの相対位置関係を検出する。この相対位置関係検
出値と、このときのレーザ干渉計２０の出力値（ウエハ
ステージ１６の位置）は、主制御装置２４に送られ、当
該主制御装置２４ではその和をアライメント顕微鏡１８
の位置とし、さらに、上記レチクル位置とアライメント
顕微鏡位置との差を「ベースライン計測値」として不図
示のメモリに記憶する。

【００５６】本実施形態の投影露光装置１０では、以上
のベースライン計測シーケンスの後に、ウエハＷへの重
ね合わせ露光を開始する。すなわち、ウエハＷ上の不図
示のウエハアライメントマークを、アライメント顕微鏡
１８により位置検出する。そして、主制御装置２４では
このときのウエハアライメントマークと前述のアライメ
ント顕微鏡１８内の指標マーク中心との相対位置関係
と、ウエハステージ１６の位置（レーザ干渉計２０の出
力値）との和を、マーク位置として認識する。なお、こ
のとき、主制御装置では先に述べたようにして、ウエハ
ステージ１６の回転量を計測して、この回転量にＤ₁を
掛けた値だけ、Ｘ方向の計測値を補正する。

【００５７】続いて、主制御装置２４ではこのマーク位
置からベースライン量とウエハアライメントマークの設
計座標の和だけウエハＷ（即ちウエハステージ１６）
を、レーザ干渉計２０の計測値に基づいて移動する。

【００５８】これにより、レチクルＲ上のパターンＰＡ
の投影像と、ウエハＷ上の既存のパターンとは正確に位
置合わせされるので、この状態で照明系１２内の不図示
のシャッタを開いて露光を行いウエハＷにレチクルＲ上
のパターンを投影転写する。このとき、上で計測された
ウエハステージ１６の回転量に基づいて主制御装置２４
はレチクルＲを保持するレチクルステージ１４を不図示
の駆動系を介して駆動し、ウエハステージ１６の回転分
だけレチクルＲも回転し、パターン投影像をより正確に
ウエハ１０上に重ね合わせても良い。

【００５９】このようにして、ウエハＷ上の各ショット
領域を順次レチクルパターンの像の投影位置に移動させ
つつ、露光（投影転写）を繰り返しおこなうことによ
り、ステップ・アンド・リピート方式の露光が行われ
る。

【００６０】そして、このような露光動作の継続中も前
述した固定鏡用レーザ干渉計４０による固定鏡３６Ｘの
回転量計測を続行し、計測される固定鏡回転計測値が、
上述したベースライン計測時にメモリに記憶された回転
量に対して所定量以上変動した場合には、重ね合わせず
れを生じる恐れがあるので、主制御装置２４では再度前
述したベースライン計測を行い、投影光学系ＰＬの中心
Ｃ₁に対するアライメント顕微鏡１８の位置Ｃ₂を計測
し直す。また、主制御装置２４ではメモリ内に記憶され
ている先のベースライン計測時に計測された固定鏡回転
計測値を、このときに計測された固定鏡回転計測値に更
新する。

【００６１】なお、上記ステップ・アンド・リピート方
式の露光動作は、ウエハＷ上の各ショット領域内のアラ
イメントマークを逐次検出してそのショットに重ね合わ
せ露光を行ういわゆるダイ・バイ・ダイ方式で行っても
よく、露光に先立って複数のショット内の各アライメン
トマークを検出し、それらの検出値を統計処理して露光
ショットの配列を決め、その配列に基づいて全ショット
の露光を行ういわゆるＥＧＡ（エンハンスト・グローバ
ル・アライメント）方式で行っても良い。

【００６２】これまでの説明から明らかなように、本実
施形態では、レーザ干渉計システム５０、ウエハステー
ジ１６、駆動系２２、基準板ＦＰ及び主制御装置２４に
よってアライメント顕微鏡１８の較正（キャリブレーシ
ョン）を行なう較正手段が構成され、主制御装置２４に
よって制御手段が構成されている。

【００６３】以上説明したように本実施形態の露光装置
１０によると、固定鏡３６Ｘの位置変動及び回転変動を
計測し、固定鏡３６Ｘが許容量以上回転した場合には、
ベースライン計測をやり直すので、固定鏡３６Ｘの回転
変動に殆ど影響されず、高い重ね合わせ精度を、極めて
安定的に得ることができる。

【００６４】なお、上記実施形態において、ウエハステ
ージ１６の位置（回転を含む）を計測するためのレーザ
干渉計システム５０とは別に、固定鏡用レーザ干渉計４
０、を設けたのは、レーザ干渉計システム５０を構成す
る各干渉計の測長ビームの分割による強度低下を招かな
いように、このようにしたものであって、本発明がこれ
に限定される趣旨ではない。例えばＸ軸位置計測用のレ
ーザ干渉計２０Ｘ₁、２０Ｘ₂を固定鏡用レーザ干渉計
として兼用することも可能である。すなわち、例えばレ
ーザ干渉計２０Ｘ₁、２０Ｘ₂を、ゼーマンレーザ光源
を用いたヘテロダイン干渉計により構成し、固定鏡３６
Ｘにそれぞれ投射されるビームＢｒＸ₁、ＢｒＸ₂の一
方を高い周波数の計測ビーム、他方を低い周波数の計測
ビームとなるように設定することにより、量ビームの光
路長の差から固定鏡３６Ｘの回転を計測できる。

【００６５】また、上記実施形態では、Ｘ軸方向の計測
用として比較的長い固定鏡３６Ｘを用い、この固定鏡３
６Ｘに固定鏡用レーザ干渉計４０から２軸のレーザビー
ムを投射する場合について説明したが、固定鏡３６に代
えて比較的短い一対の固定鏡を設けることも可能であ
る。この場合には、配置上の制限からＸ₁軸の計測ビー
ムを一方の固定鏡に、Ｘ₂軸の計測ビームを他方の固定
鏡に投射せざるを得ない場合も考えれ、かかる場合には
固定鏡の回転を検出することはできなくなる。しかしな
がら、このような場合であっても、Ｘ₁軸の計測ビー
ム、Ｘ₂軸の計測ビームによりそれぞれの軸に関する固
定鏡反射面の位置の変化は計測可能であり、この位置の
変化量が所定の値を超えた時点で、それぞれの干渉計を
リセットする、あるいはこの干渉計リセットとともに前
述したベースライン計測をやり直すことにより、最終的
に固定鏡の変動（変形）に起因する重ねあわせ誤差を確
実に低減することは可能である。すなわち、本発明に係
る固定鏡用レーザ干渉計は、固定鏡の回転検出のみでな
く、固定鏡の変形検出に用いても効果を発揮する。

【００６６】なお、上記実施形態では、固定鏡は投影光
学系ＰＬに固定するものとしたが、固定鏡の設置場所は
これに限らず、移動鏡の設けられるステージ（可動部）
以外の部分であれば、どのような場所に設置しても構わ
ない。このような場合も上記実施形態例と同等の効果を
得ることができる。

【００６７】また、上記実施形態では本発明が投影露光
装置に適用された場合について説明したが、本発明の適
用範囲がこれに限定されるものではなく、Ｘ線プロキシ
ミティー露光装置や電子線露光装置に対しても好適に適
用可能である。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、固定鏡の回転変動に起因するマスクのパ
ターンと感光基板との重ねあわせ精度の劣化を抑制ない
しは防止することができるという優れた効果がある。

【００６９】また、請求項２ないし５に記載の発明によ
れば、固定鏡の回転変動に起因するマスクのパターンと
感光基板との重ねあわせ精度の劣化を未然に防ぎ、安定
して高い重ねあわせ精度を得ることができるという効果
がある。

【００７０】また、請求項６に記載の発明によれば、固
定鏡の回転変動に起因するマスクのパターンと感光基板
との重ねあわせ精度の劣化を未然に防ぎ、安定して高い
重ねあわせ精度を得ることができる露光方法が提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的
に示す図である。

【図２】図１の固定鏡及びその周辺部の概略平面図であ
る。

【符号の説明】

１０露光装置１６ウエハステージ１８アライメント顕微鏡２４主制御装置３４移動鏡３６固定鏡４０固定鏡用レーザ干渉計５０レーザ干渉計システムＰＬ投影光学系ＷウエハＲレチクル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感光基板を保持して２次元移動及び回転
が可能な基板ステージと、前記基板ステージに設けられ
た移動鏡と前記基板ステージ外の装置固定部に設けられ
た固定鏡との相対位置関係から前記基板ステージの２次
元座標位置と回転量とを計測するレーザ干渉計システム
とを備え、マスクに形成されたパターンの像を前記感光
基板上に転写する露光装置において、前記レーザ干渉計システムを構成する前記固定鏡の装置
固定部に対する回転量を計測する固定鏡用レーザ干渉計
を設けたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】マスクに形成されたパターンの像を感光
基板上に転写する露光装置であって、前記感光基板を保持して２次元移動及び回転が可能な基
板ステージと；前記基板ステージに設けられた移動鏡と
前記基板ステージ外の装置固定部に設けられた固定鏡と
を有し、前記移動鏡と固定鏡との相対位置関係から前記
基板ステージの２次元座標位置と回転量とを計測するレ
ーザ干渉計システムと；前記感光基板上の位置合わせマ
ークの位置を検出するマーク検出系と；前記レーザ干渉
計システムの計測結果とマーク検出系の検出結果とに基
づいて前記基板ステージの位置と回転量とを制御する制
御系と；前記固定鏡の装置固定部に対する回転量を計測
する固定鏡用レーザ干渉計と；前記固定鏡用レーザ干渉
計の計測値に基づいて前記固定鏡の回転量が所定の許容
値を超えた場合に前記マーク検出系を較正する較正手段
とを有する露光装置。
【請求項３】前記固定鏡用レーザ干渉計は、前記レー
ザ干渉計システムとは別に設けられていることを特徴と
する請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】前記固定鏡用レーザ干渉計は、前記レー
ザ干渉計システムを構成する少なくとも一部のレーザ干
渉計から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の
露光装置。
【請求項５】前記マスクのパターンを前記感光基板上
に投影する投影光学系を更に有し、前記マーク検出系は、前記投影光学系を介さないで前記
感光基板上の位置合わせマークの位置を検出する系であ
り、前記較正手段は、前記固定鏡の回転量が所定の許容値を
超えた場合に、前記マスクのパターン像の投影像位置と
前記マーク検出系の検出中心との間隔であるベースライ
ン量を計測することを特徴とする請求項２に記載の露光
装置。
【請求項６】マスクに形成されたパターンの像を投影
光学系を介して感光基板上に転写するに先立ち、前記感
光基板上の位置合わせ用マークの位置をマーク検出系を
使って検出することにより、前記マスクのパターン像と
前記感光基板との位置合わせを行う露光方法において、前記マスクのパターン像の投影像位置と前記マーク検出
系の検出中心との間隔であるベースライン量を計測する
第１工程と；前記マーク検出系を用いて前記感光基板上
のマークの位置を検出する第２工程と；前記第１工程で
求められたベースライン量と前記第２工程で検出された
マーク位置とに基づいて、前記マスクパターンの投影像
と前記感光基板との位置合わせを行う第３工程とを含
み、前記感光基板の位置及び回転を計測するレーザ干渉計シ
ステムを構成する固定鏡の装置固定部に対する回転量を
計測し、前記固定鏡の回転量が所定の許容値を超えた場
合に前記第１工程におけるベースライン量の計測を行な
うことを特徴とする露光方法。