JPH11274027A

JPH11274027A - ステージ装置の特性計測方法及び該方法を使用する露光装置

Info

Publication number: JPH11274027A
Application number: JP10070213A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Akizuki; 正彦秋月
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハステージの移動鏡の取り付け角度等の
特性を短時間に容易に計測できる特性計測方法を提供す
る。【解決手段】ウエハ９が載置されている試料台１１が
ＸＹステージ１５上に載置され、試料台１１上に移動鏡
１４Ｘ，１４Ｙが固定され、レーザ干渉計１６、及び１
７ａ，１７ｂによって移動鏡１４ＹのＹ座標、及び移動
鏡１４ＸのＸ座標が計測され、この計測値に基づいて試
料台１１がＸ方向、Ｙ方向に駆動される。レチクル２の
パターン像をウエハ９上に露光する投影光学系７の側面
にアライメントセンサ８が配置され、試料台１１上に基
準マークＦｃ，Ｆｄが形成された基準マーク部材１２が
固定されている。レーザ干渉計１７ｂの計測値を一定に
して試料台１１をＹ方向に駆動し、アライメントセンサ
８によって基準マークＦｃ，Ｆｄの位置ずれ量を計測す
ることで、移動鏡１４Ｘの取り付け角度を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置決め対象物を
２次元的に移動するステージ装置の特性計測方法に関
し、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のデバイスを製造するた
めのフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置に備
えられたステージ系の特性を計測する際に使用して好適
なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、マスクと
してのレチクルのパターンを投影光学系を介して、感光
基板としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラス
プレート等）上の各ショット領域に転写する投影露光装
置（ステッパー等）、又はレチクルのパターンを直接に
ウエハ上の各ショット領域に転写するプロキシミティ方
式の露光装置等の各種の露光装置が使用されている。こ
れらの露光装置では、ウエハを高精度に位置決めするた
めのウエハステージが備えられており、ウエハステージ
の直交する２方向の座標は、ウエハステージの試料台に
直交するように固定された２軸の移動鏡、及びこれに対
向するように配置されたレーザ干渉計によって高精度に
計測されている。

【０００３】そのウエハステージを直交する２方向に高
精度にステップ移動、又は位置決めするためには、ウエ
ハステージの特性を所定の状態に維持するか、又はその
特性の変動量を計測して、その変動量に応じてウエハス
テージの駆動方法を調整する必要がある。そのウエハス
テージの重要な特性の一つに、ウエハステージ上の２軸
の移動鏡の直交度、又は各移動鏡の取り付け角度があ
る。ステップ移動時のウエハステージの移動方向は、通
常は各軸の移動鏡の反射面に沿った方向であると共に、
例えばウエハ上の第１層目のショット配列は、その２軸
の移動鏡の直交度に応じて決定されるため、露光装置の
組立調整時にはその２軸の移動鏡の直交度は所定の許容
範囲内に調整されている。

【０００４】ところが、露光装置の使用を継続して行う
と、露光装置に加わる振動や、ウエハステージの僅かな
変形等によってその移動鏡の直交度が次第に変化するこ
とがある。そこで、従来は例えば定期的に未露光のウエ
ハに対して、その移動鏡によって定まるショット配列で
所定の評価用のレチクルパターンのテストプリントを行
い、現像後に得られるレジストパターンの配列を計測す
ることによって、その移動鏡の直交度を計測していた。
そして、計測された直交度が、許容範囲を超えていた場
合には、少なくとも一方の移動鏡の取り付け角度を調整
してその直交度を許容範囲内に収めるか、又はその直交
度のずれ量をオフセットとして記憶し、ウエハステージ
を駆動する際に、そのオフセットを考慮して移動方向を
設定するようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来の露光
装置においては、ウエハステージの移動鏡の直交度を計
測するために、テストプリント、現像、及び計測という
一連の処理を実行する必要があった。このようにウエハ
ステージ上に実際に未露光のウエハをロードして、この
ウエハ上に評価用のレチクルのパターンを露光する方式
では、実際のデバイス用の露光工程を中断する必要があ
るため、露光工程のスループットが低下するという不都
合があった。また、露光工程のスループットの低下を抑
制するために、例えば１ロットのウエハへの露光を行う
度というように、高頻度に移動鏡の直交度を計測するの
は困難であった。

【０００６】更に、ウエハステージの特性には、移動鏡
の直交度の他に、例えば露光装置が収納されているチャ
ンバ内の温度等に起因するスケーリング（線形伸縮）等
もあるが、従来はこのようなスケーリング等も実際にテ
ストプリントを行って確認していた。本発明は斯かる点
に鑑み、ウエハステージ等の所定の特性を短時間に容易
に計測できるステージ装置の特性計測方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】更に本発明は、そのような特性計測方法を
使用できる露光装置を提供することをも目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によるステージ装
置の特性計測方法は、位置決め対象物（９）を載置して
２次元的に移動する可動テーブル（１１）と、この可動
テーブルの第１の方向（Ｙ方向）の位置を計測する第１
の位置計測系（１４Ｙ，１６）と、その第１の方向に交
差する第２の方向（Ｘ方向）のその可動テーブルの位置
を計測する第２の位置計測系（１４Ｘ，１７ａ，１７
ｂ）と、を備え、それら第１及び第２の位置計測系の計
測結果に基づいてその可動テーブルがそれら第１及び第
２の方向に位置決めされるステージ装置の特性計測方法
において、その可動テーブル上に複数の基準マーク（Ｆ
ａ，Ｆｂ；Ｆｃ，Ｆｄ）を形成しておき、その可動テー
ブルを所定の方向に駆動することによって、それら複数
の基準マーク（Ｆａ，Ｆｂ；Ｆｃ，Ｆｄ）を順次所定の
マーク検出系（６ａ；８）の検出領域内に移動して、そ
れぞれそのマーク検出系を介してそれらの基準マークの
位置を検出し、それら複数の基準マークのそのマーク検
出系による位置検出結果に基づいてそのステージ装置の
特性を計測するものである。

【０００９】斯かる本発明によれば、例えば図２に示す
ように、その可動テーブル（１１）上にＹ方向に沿って
それらの基準マーク（Ｆｃ，Ｆｄ）が形成されているも
のとする。この場合、例えば露光装置に備えられている
アライメントセンサをそのマーク検出系（８）として使
用し、上記の第１、及び第２の位置計測系の計測値に基
づいてその可動テーブル（１１）をＹ方向に駆動して、
そのマーク検出系（８）を介して順次それらの基準マー
ク（Ｆｃ，Ｆｄ）の位置ずれ量ΔＸ１，ΔＸ２を検出す
る。また、それらの基準マーク（Ｆｃ，Ｆｄ）の間隔を
ＬＹとすると、それらの基準マーク（Ｆｃ，Ｆｄ）の配
列方向を基準とした、その可動テーブル（１１）の走り
方向、即ちそれらの位置計測系が移動鏡を備えている場
合には、その移動鏡の取り付け角度の変動量φＸは、次
のように求められる。

【００１０】 φＸ＝（ΔＸ１−ΔＸ２）／ＬＹ（１）即ち、それらの基準マークを用いることによって、テス
トプリントを行うことなく、移動鏡の取り付け角度のよ
うなステージの特性を短時間に容易に計測することがで
きる。この場合、それら複数の基準マークのそのマーク
検出系による位置検出結果により計測される特性を所定
の基準値と比較し、この比較結果に基づいてその特性が
所定の許容範囲を超えて変動しているかどうかを判定す
ることが望ましい。このようにその特性の基準値を記憶
しておくことによって、その特性の経時変化の状態を確
認することができる。

【００１１】また、その特性が所定の許容範囲を超えて
変動しているときに、その特性を表すパラメータの値を
更新するようにしてもよい。例えば上記の位置計測系が
移動鏡を備えている場合、その特性の一例は、少なくと
も１つの移動鏡の取り付け角度であり、この取り付け角
度がその特性を表すパラメータとなる。そして、その取
り付け角度が所定の許容範囲を超えて変動している際
に、計測された取り付け角度でそのパラメータを更新
し、その可動テーブルを移動する際に、その更新された
パラメータ（計測された取り付け角度）分だけその可動
テーブルの移動方向を補正することによって、その可動
テーブルの移動方向の変動を抑制できる。

【００１２】また、それらの複数の基準マークの一例
は、２つ以上の１次元又は２次元のマーク（Ｆｃ，Ｆｄ
の一部）であり、この場合にそのマーク検出系による位
置検出結果に基づいて計測されるそのステージ装置の特
性は、その可動テーブルの移動方向を規定するその第
１、又は第２の方向の傾き角である。その可動テーブル
の移動方向を規定するその第１、又は第２の方向の傾き
角とは、上記の位置計測系が移動鏡を備えている場合に
は、それらの移動鏡の取り付け角度の変動量である。ま
た、２つの方向の傾き角を計測することによって、２方
向の直交度、即ち移動鏡を使用する場合には２つの移動
鏡の直交度を計測できる。

【００１３】また、それらの複数の基準マークの他の例
は、一直線上に無い３個以上の２次元マーク（Ｆａ〜Ｆ
ｃ）であり、この場合にそのマーク検出系による位置検
出結果に基づいて計測されるそのステージ装置の特性
は、その第１の方向のローテーション、それら第１及び
第２の方向の直交度、並びにそれら第１及び第２の方向
へのスケーリングである。３個の２次元マークの位置を
計測することによって、それらの６個のパラメータの値
を一義的に決定することができる。

【００１４】次に、本発明による露光装置は、位置決め
対象物としての基板（９）が載置された可動テーブル
（１１）を２次元的に位置決めするステージ装置を備
え、このステージ装置によって位置決めされるその基板
上にマスクパターン（２）を転写する露光装置におい
て、そのステージ装置の可動テーブル（１１）上に形成
された複数の基準マーク（Ｆａ，Ｆｂ；Ｆｃ，Ｆｄ）
と、これらの複数の基準マークの位置を検出する一つの
マーク検出系（６ａ；８）と、このマーク検出系によっ
て検出されるそれら複数の基準マークのそれぞれの位置
に基づいてそのステージ装置の特性を求める演算系（２
０ａ）と、この演算系によって求められる特性を所定の
基準値と比較することによってその特性が所定の許容範
囲を超えて変動しているか否かを判定する判定系（２
０）と、を有するものである。斯かる本発明によれば、
本発明のステージ装置の特性計測方法を使用できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。図１は、本例で使用さ
れる投影露光装置の概略構成を示し、この図１におい
て、露光時には、露光光源、照度分布均一化用のオプテ
ィカル・インテグレータ、視野絞り、及びコンデンサレ
ンズ系等を含む照明光学系１からの露光光で、マスクと
してのレチクル２のパターン面（下面）のパターン領域
が照明される。その露光光としては、水銀ランプのｉ線
（波長３６５ｎｍ）等の輝線、ＫｒＦ（波長２４８ｎ
ｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）若しくはＦ₂(波長１５
７ｎｍ）等のエキシマレーザ光、又はＸ線等が使用でき
る。

【００１６】その露光光のもとで、レチクル２のパター
ン像が両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックな
投影光学系７を介して所定の投影倍率β（βは１／４，
１／５等）で、ウエハ９上の各ショット領域に投影され
る。ウエハ９の表面にはレジストが塗布され、その表面
は投影光学系７の像面に合致するように保持されてい
る。以下、投影光学系７の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取
り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＹ軸を、
図１の紙面に垂直にＸ軸を取って説明する。

【００１７】このとき、レチクル２はレチクルステージ
５上に保持され、レチクルステージ５はレチクルＲをＸ
方向、Ｙ方向、回転方向に位置決めする。レチクルステ
ージ５の２次元的な位置は不図示のレーザ干渉計によっ
て計測され、この計測結果に基づいて装置全体の動作を
統轄制御するコンピュータよりなる主制御系２０が、レ
チクルステージ５の動作を制御している。主制御系２０
には、ステージの特性等を計算するための演算ユニット
を含む演算部２０ａが接続されている。

【００１８】一方、ウエハ９はウエハホルダ１０上に吸
着保持され、ウエハホルダ１０は試料台１１上に固定さ
れ、試料台１１はＸＹステージ１５上に載置されてい
る。試料台１１には、この試料台１１の上面部（ウエハ
９）のフォーカス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角を制
御する合焦機構が組み込まれている。また、ＸＹステー
ジ１５は、所定の走り面上で試料台１１のＸ方向及びＹ
方向へのステッピングや高精度な位置決めを行う。試料
台１１、及びＸＹステージ１５よりウエハステージが構
成されている。

【００１９】そして、試料台１１上にはＬ字型に直交す
るように２軸の移動鏡が固定され、その移動鏡に対向す
るように３軸のレーザ干渉計が配置されている。図２
は、図１の試料台１１を示す平面図であり、この図２に
おいて、試料台１１の＋Ｙ方向の端部にＸ軸に沿った反
射面を有するＹ軸の移動鏡１４Ｙが固定され、試料台１
１の−Ｘ方向の端部にＹ軸に沿った反射面を有するＸ軸
の移動鏡１４Ｘが固定されている。本例の投影露光装置
の組立調整時には、移動鏡１４Ｘ及び１４Ｙは、互いの
反射面が実質的に直交するように試料台１１に取り付け
られる。逆に、ＸＹステージ１５の試料台１１の走り面
上で、組立調整完了直後の移動鏡１４Ｘの反射面の方
向、及び移動鏡１４Ｙの反射面の方向をそれぞれＹ軸に
平行な方向（Ｙ方向）、及びＸ軸に平行な方向（Ｘ方
向）とみなしてもよい。

【００２０】そして、Ｙ軸の移動鏡１４Ｙに対してＹ軸
のレーザ干渉計１６からＹ軸に実質的に平行に計測用の
レーザビームが照射され、Ｘ軸の移動鏡１４Ｘに対して
Ｘ軸の２軸のレーザ干渉計１７ａ及び１７ｂからＸ軸に
実質的に平行に、Ｙ方向に間隔Ｄｉで計測用のレーザビ
ームが照射され、レーザ干渉計１６は移動鏡１４Ｙ（試
料台１１）のＹ座標を計測し、レーザ干渉計１７ａ，１
７ｂはそれぞれ移動鏡１４Ｘ（試料台１１）のＸ座標を
計測している。レーザ干渉計１６，１７ａ，１７ｂの計
測値は、図１の主制御系２０に供給されている。

【００２１】主制御系２０は通常の露光時には、レーザ
干渉計１６の計測値、及び一方のレーザ干渉計１７ａの
計測値をそれぞれ試料台１１（ウエハ９）のＹ座標
Ｙ_WS、及びＸ座標Ｘ_WSとみなし、２つのレーザ干渉計１
７ａ，１７ｂの計測値の差分より試料台１１の回転角θ
_WSを求める。そして、主制御系２０は、得られる座標
（Ｘ _WS，Ｙ_WS）に基づいてＸＹステージ１５の位置決め
動作を制御すると共に、例えばその回転角θ_WSを相殺す
るようにレチクルステージ５を回転する。この場合、レ
ーザ干渉計１６及び１７ａからのレーザビームの延長線
上を投影光学系７の光軸ＡＸが通過しており、投影光学
系７の露光領域４に露光対象のショット領域を移動する
際に得られる座標（Ｘ_WS，Ｙ_WS）には、試料台１１の回
転による計測誤差（アッベ誤差）が無いため、常に高精
度に露光時の位置決めが行われる。

【００２２】また、図１に示すように、投影光学系７の
−Ｙ方向の側面にはウエハ上のアライメントマーク（ウ
エハマーク）の位置を検出するための、オフ・アクシス
方式で、画像処理方式のアライメントセンサ８が備えら
れている。そして、図２において、アライメントセンサ
８による観察視野８Ａの中心（検出中心）は、ほぼレー
ザ干渉計１６及び１７ｂからの２つのレーザビームの延
長線上を通過しており、アライメント時にはＸ軸の他方
のレーザ干渉計１７ｂの計測値が試料台１１（ウエハ
９）のＸ座標Ｘ_WSとみなされる。これによって、アライ
メント時にも試料台１１の回転による計測誤差が生じな
いように構成されている。

【００２３】図１に戻り、露光時には、ウエハ９上の一
つのショット領域へのレチクル２のパターン像の露光が
終わると、ＸＹステージ１５を介してウエハ９上の次の
ショット領域を投影光学系７の露光領域に移動して、レ
チクル２のパターン像を露光するという動作がステップ
・アンド・リピート方式で繰り返されて、ウエハ９上の
各ショット領域への露光が行われる。なお、投影露光装
置として、本例のような一括露光型ではなく、レチクル
２及びウエハ９を投影光学系７に対して同期移動して露
光を行うステップ・アンド・スキャン方式のような走査
露光型が使用される場合にも、本発明が適用されるのは
明らかである。

【００２４】さて、本例において重ね合わせ露光を行う
場合には、予めレチクル２とウエハ９とのアライメント
を高精度に行っておく必要がある。そのため、レチクル
２のパターン面（下面）のパターン領域をＸ方向に挟む
ように、１対のアライメントマーク３ａ及び３ｂ（図３
参照）が形成され、これらのアライメントマーク３ａ及
び３ｂの上方にそれぞれ撮像方式のレチクルアライメン
ト顕微鏡（以下、「ＲＡ顕微鏡」と呼ぶ）６ａ及び６ｂ
が配置され、ＲＡ顕微鏡６ａ，６ｂの画像信号が主制御
系２０内のアライメント信号処理部に供給されている。
一例として、本例のアライメントマーク３は正方形の枠
状の２次元マーク（図面上では簡単のため十字型で表現
されている）である。

【００２５】更に、投影光学系７の側面に配置されたオ
フ・アクシス方式で、画像処理方式のアライメントセン
サ８からの画像信号も主制御系２０内のアライメント信
号処理部に供給されている。また、試料台１１上には、
アライメントセンサ８のベースライン量を計測するため
の複数の基準マークが形成された基準マーク部材１２が
設置され、基準マーク部材１２の表面はウエハ９の表面
と実質的に同じ高さに設定されている。

【００２６】図２に示すように、基準マーク部材１２の
表面には、Ｘ方向に沿ってそれぞれ例えば十字型の２個
の２次元の基準マークＦａ，Ｆｂが形成されている。こ
れらの基準マークＦａ，Ｆｂは、一例としてアライメン
ト時には底面側から露光光と同じ波長域の照明光で照明
される発光マークであり、これらの基準マークＦａ，Ｆ
ｂのＸ方向の間隔は、レチクル２上のアライメントマー
ク３ａ，３ｂの投影光学系７による像３ａＷ，３ｂＷの
設計上の既知の間隔と等しく設定されている。基準マー
クＦａ，Ｆｂは、レチクル２のアライメントを行うため
に使用されるが、基準マークＦａ，Ｆｂを落射照明で検
出する方式としてもよい。

【００２７】更に、基準マーク部材１２上に、基準マー
クＦａ，Ｆｂの中心を通り実質的にＹ軸に平行な直線に
沿ってそれぞれ例えば十字型の２個の２次元の基準マー
クＦｃ，Ｆｄが形成されている。これらの基準マークＦ
ｃ，Ｆｄは、落射照明によって検出されるマークである
が、これらを発光マークとしてもよい。そして、レチク
ルアライメント用の２つの基準マークＦａ，Ｆｂの中心
と、一方の基準マークＦｃとのＹ方向の間隔は、レチク
ル２のパターンの投影像の中心、即ちレチクル２上のア
ライメントマーク３ａ，３ｂの像３ａＷ，３ｂＷの中心
と、アライメントセンサ８の観察視野８Ａの中心（検出
中心）との間隔であるベースライン量の設計値ＢＥに設
定されている。なお、本例では、レチクル２のパターン
の投影像の中心とアライメントセンサ８の検出中心と
は、設計上ではＹ軸に平行な直線上に配置されている
が、それらをＹ軸に所定角度で交差する直線上に配置し
てもよく、この場合のベースライン量の設計値は２次元
のベクトル量となる。

【００２８】それらの３個の基準マークＦａ〜Ｆｃは、
レチクルのアライメントを行うのと同時にアライメント
センサ８のベースライン量を計測する動作、即ちいわゆ
る「同時ベースライン・チェック」を行う際に使用され
る。また、他方の基準マークＦｄは、２つの基準マーク
Ｆａ，Ｆｂの中心と一方の基準マークＦｃとのほぼ中間
の位置に配置されており、その基準マークＦｄと、２つ
の基準マークＦａ，Ｆｂの中心とのＹ方向の間隔、ひい
てはその基準マークＦｄと基準マークＦｃとのＹ方向の
間隔も既知の基準値に設定されている。その基準マーク
Ｆｄは、例えばアライメントセンサ８の検出中心を単独
で確認するために使用される。また、上記のベースライ
ン量の設計値ＢＥ、及び複数の基準マーク間の既知の間
隔等は、主制御系２０内の記憶部に記憶され、必要に応
じて演算部２０ａに供給される。

【００２９】更に、本例では基準マーク部材１２上の４
個の基準マークＦａ〜Ｆｄを用いて、ウエハステージの
所定の特性として、後述のように、試料台１１上の移動
鏡１４Ｘ，１４Ｙのそれぞれの取り付け角度の変動量、
及び移動鏡１４Ｘ，１４Ｙの直交度の計測を行う。更
に、本例では、ウエハステージの所定の特性として、Ｘ
方向、Ｙ方向へのスケーリング等の計測も行う。

【００３０】まず、本例の投影露光装置において、移動
鏡１４Ｘ，１４Ｙのそれぞれの取り付け角度の変動量、
及び移動鏡１４Ｘ，１４Ｙの直交度の計測を行う動作の
一例につき説明する。投影露光装置を継続して使用する
と、振動の影響、ウエハステージの一部の微妙な変形等
によって、図２に２点鎖線ＰＸ及びＰＹで誇張して示す
ように、Ｘ軸の移動鏡１４Ｘ、及びＹ軸の移動鏡１４Ｙ
がそれぞれＺ軸に平行な軸の周りに角度φＸ、及びφＹ
だけ回転することがある。これらの角度φＸ，φＹを移
動鏡１４Ｘ，１４Ｙの取り付け角度の変動量と呼ぶ。簡
単のため、投影露光装置の組立調整完了後の初期状態で
は、移動鏡１４Ｙの反射面は、基準マークＦａ，Ｆｂの
それぞれの中心を通る直線に平行であり、移動鏡１４Ｘ
の反射面は、基準マークＦｃ，Ｆｄのそれぞれの中心を
通る直線に平行であるとする。そして、移動鏡１４Ｘ，
１４Ｙの取り付け角度を表すパラメータをＰ（φＸ），
Ｐ（φＹ）として、これらのパラメータＰ（φＸ），Ｐ
（φＹ）の初期値を０，０（ｒａｄ）としておき、その
後は基準マークＦａ〜Ｆｄの配列を基準として、取り付
け角度の変動量φＸ、及びφＹを計測する。

【００３１】その動作の一部として、最初にアライメン
トセンサ８の同時ベースライン・チェックを行う。その
ため、ＸＹステージ１５を駆動して、基準マーク部材１
２上の基準マークＦａ，Ｆｂをレチクル２のアライメン
トマーク３ａ，３ｂの投影光学系７による像３ａＷ，３
ｂＷの設計上の位置の近傍に位置決めする。図３は、そ
のように基準マーク部材１２上の基準マークＦａ，Ｆｂ
をアライメントマーク３ａ，３ｂの像の近傍に移動した
状態を示し、この図３において、レチクル２の上方の一
方のＲＡ顕微鏡６ａを介して基準マークＦａの投影光学
系７によるレチクル２への像に対するアライメントマー
ク３ａの位置ずれ量を検出すると共に、他方のＲＡ顕微
鏡６ｂを介して基準マークＦｂのレチクル２への像に対
するアライメントマーク３ｂの位置ずれ量を検出する。
そして、主制御系２０は、アライメントマーク３ａ，３
ｂの位置ずれ量が対称に、かつ最も小さくなるようにレ
チクルステージ５の位置を調整し、その状態でレチクル
ステージ５を固定する。これによってレチクルアライメ
ントが完了する。また、この際の基準マークＦａ，Ｆｂ
の像に対するアライメントマーク３ａ，３ｂのＸ方向、
Ｙ方向への位置ずれ量を、ウエハステージ上での位置ず
れ量に換算して得られる位置ずれ量（ΔＲａＸ，ΔＲａ
Ｙ）、及び（ΔＲｂＸ，ΔＲｂＹ）が主制御系２０内の
記憶部に記憶されると共に、演算部２０ａに供給され
る。

【００３２】次に、レチクルアライメントが完了した時
点で、基準マーク部材１２上の基準マークＦｃはアライ
メントセンサ８の観察視野内に収まっている。そこで、
主制御系２０は、アライメントセンサ８からの画像信号
を処理して、基準マークＦｃの中心を基準としたアライ
メントセンサ８の検出中心のＸ方向、Ｙ方向への位置ず
れ量（ΔＷｃＸ，ΔＷｃＹ）を検出して演算部２０ａに
供給する。

【００３３】そして、演算部２０ａは、予め記憶されて
いる基準マークＦａ，Ｆｂの中心と基準マークＦｃとの
間隔ＢＥを用いて、次式よりアライメントセンサ８のベ
ースライン量のＸ成分ＢＥＸ、及びＹ成分ＢＥＹを算出
して主制御系２０に供給する。主制御系２０は、この結
果を内部の記憶部に記憶する。ＢＥＸ＝−（ΔＲａＸ＋ΔＲｂＸ）／２＋ΔＷｃＸ（２Ｘ）ＢＥＹ＝ＢＥ−（ΔＲａＹ＋ΔＲｂＹ）／２＋ΔＷｃＹ（２Ｙ）この際に、主制御系２０は、Ｙ軸のレーザ干渉計１６、
及びＸ軸のレーザ干渉計１７ｂによってそれぞれ計測さ
れる試料台１１のＹ座標Ｙ１、及びＸ座標ＸＢ１を取り
込んで記憶する。次に、主制御系２０は、一例として図
３の状態からＸ軸のレーザ干渉計１７ｂで計測されるＸ
座標ＸＢ１が変化しないように、ＸＹステージ１５を介
して試料台１１を−Ｙ方向に基準マークＦｃ，Ｆｄの既
知の間隔ＬＹ分だけ移動する。

【００３４】この結果、図４に示すように、基準マーク
Ｆｄがアライメントセンサ８の観察視野内に収まるた
め、主制御系２０は、アライメントセンサ８からの画像
信号を処理して、基準マークＦｄの中心の検出中心に対
するＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量（ΔＷｄＸ，ΔＷｄ
Ｙ）を検出して図１の演算部２０ａに供給する。基準マ
ークＦｃについて検出された位置ずれ量（ΔＷｃＸ，Δ
ＷｃＹ）、及び両基準マークの間隔ＬＹを用いて、演算
部２０ａは、次式より移動鏡１４Ｘの取り付け角度の変
動量φＸ（ｒａｄ）を算出し、算出結果を主制御系２０
に供給する。

【００３５】 φＸ＝（ΔＷｄＸ−ΔＷｃＸ）／ＬＹ（３）次に、主制御系２０は、試料台１１を図４の状態から図
３の状態に戻した後、Ｙ軸のレーザ干渉計１６で計測さ
れるＹ座標Ｙ１が変化しないように、ＸＹステージ１５
を介して試料台１１を−Ｘ方向に基準マークＦａ，Ｆｂ
の既知の間隔ＬＸ分だけ移動する。

【００３６】この結果、図５に示すように、基準マーク
ＦｂがＲＡ顕微鏡６ａの観察視野内に収まるため、主制
御系２０は、ＲＡ顕微鏡６ａを介して基準マークＦｂの
像に対するアライメントマーク３ａの位置ずれ量を計測
する。更に主制御系２０は、その位置ずれ量を、ウエハ
ステージ上での位置ずれ量に換算して得られる位置ずれ
量（ΔＲｂＸ’，ΔＲｂＹ’）を演算部２０ａに供給す
る。演算部２０ａは、アライメントセンサ６ａを介して
順次検出された基準マークＦａ，Ｆｂに対するアライメ
ントマーク３ａの位置ずれ量（ΔＲａＸ，ΔＲａＹ）、
及び（ΔＲｂＸ’，ΔＲｂＹ’）を、それぞれアライメ
ントマーク３ａの像に対する基準マークＦａ，Ｆｂの位
置ずれ量（−ΔＲａＸ，−ΔＲａＹ）、及び（−ΔＲｂ
Ｘ’，−ΔＲｂＹ’）に換算する。そして、基準マーク
Ｆａ，Ｆｂの間隔ＬＸを用いて、演算部２０ａは、次式
より移動鏡１４Ｙの取り付け角度の変動量φＹ（ｒａ
ｄ）を算出し、算出結果を主制御系２０に供給する。

【００３７】 φＹ＝（−ΔＲａＹ＋ΔＲｂＹ’）／ＬＸ（４）次に、主制御系２０は、演算部２０ａで算出された移動
鏡１４Ｘ，１４Ｙの取り付け角度の変動量φＸ，φＹの
絶対値を予め設定されている許容値φＸ₀,φＹ ₀と比較
する。更に、変動量（φＹ−φＸ）は移動鏡１４Ｘ，１
４Ｙの直交度のずれであるため、主制御系２０は、直交
度のずれ（φＹ−φＸ）の絶対値を予め設定されている
許容値Ω₀と比較する。そして、変動量φＸ，φＹ、及
び直交度のずれ（φＹ−φＸ）の絶対値がそれぞれ対応
する許容値以下であるときには、主制御系２０はそのま
ま露光動作に移行する。

【００３８】一方、変動量φＸ，φＹ、及び直交度のず
れ（φＹ−φＸ）の絶対値の少なくとも１つが対応する
許容値を超えたときには、主制御系２０は、一例として
移動鏡１４Ｘ，１４Ｙの取り付け角度を表すパラメータ
Ｐ（φＸ）、及びＰ（φＹ）として、（４）式、（３）
式より算出された変動量φＸ及びφＹを設定する。この
後は、図２において、試料台１１の走りの方向は、Ｙ方
向については、移動鏡１４Ｘの反射面の方向を角度φＸ
だけ反時計回りに回転した方向として、Ｘ方向について
は、移動鏡１４Ｙの反射面の方向を角度φＹだけ時計回
りに回転した方向とする。これによって、試料台１１の
走りの直交度は、初期状態と実質的に同じ状態に維持さ
れて、例えばウエハ上の第１層に露光する際のショット
配列の直交度は良好に維持される。

【００３９】なお、上記のように移動鏡１４Ｘ，１４Ｙ
の取り付け角度の計測を行うためだけであれば、基準マ
ークＦｃ，ＦｄはＸ方向の位置が特定できる１次元マー
クであればよく、基準マークＦａ，ＦｂはＹ方向の位置
が特定できる１次元マークであればよい。次に、本例の
ウエハステージのスケーリング等を計測する動作の一例
につき説明する。

【００４０】図６は、図１のウエハステージの試料台１
１を示す平面図であり、この図６において、基準マーク
部材１２上の基準マークＦａ〜Ｆｄは、全部が同一直線
上には存在することはない４個の基準マークである。こ
の場合、４個の基準マークＦａ〜Ｆｄの基準マーク部材
１２上での設計上の配列座標（ＤＸｉ，ＤＹｉ）（ｉ＝
ａ〜ｄ）は、予め図１の主制御系２０の記憶部に記憶さ
れており、必要に応じて演算部２０ａに供給される。

【００４１】まず、初期状態において、主制御系２０
は、試料台１１をＸ方向、Ｙ方向に駆動することによっ
て、基準マークＦａ〜Ｆｄを順次、図１のアライメント
センサ８の観察視野８Ａ内に移動して、それぞれレーザ
干渉計１７ｂ及び１６の計測値に基づいて、基準マーク
Ｆａ〜Ｆｄの配列座標（ＦＸｉ，ＦＹｉ）（ｉ＝ａ〜
ｄ）を計測する。上記の設計上の配列座標（ＤＸｉ，Ｄ
Ｙｉ）、及び実測された配列座標（ＦＸｉ，ＦＹｉ）
（ｉ＝ａ〜ｄ）は図１の演算部２０ａに供給される。

【００４２】演算部２０ａは、次式を満たすように、基
準マーク部材１２のＸ方向、Ｙ方向のスケーリングＲＦ
ｘ，ＲＦｙ、ローテーションＦθ、直交度Ｆω、及びオ
フセットＦＯｘ，ＦＯｙよりなる６個のパラメータの値
を決定する（ｉ＝ａ〜ｄ）。ＦＸｉ＝ＲＦｘ・ＤＸｉ−ＲＦｘ・（Ｆω＋Ｆθ）・ＤＹｉ＋ＦＯｘ（５Ａ）ＦＹｉ＝ＲＦｙ・Ｆθ・ＤＸｉ＋ＲＦｙ・ＤＹｉ＋ＦＯｙ（５Ｂ）具体的に、演算部２０ａは、｛（ＦＸｉ−ＤＸｉ）²＋
（ＦＹｉ−ＤＹｉ）²｝のｉ＝ａ〜ｄに関する和を残留
誤差成分として求め、この残留誤差成分が最小になるよ
うに最小自乗法によって、上記の６個のパラメータＲＦ
ｘ，ＲＦｙ，Ｆθ，Ｆω，ＦＯｘ，ＦＯｙの初期値ＲＦ
ｘ１，ＲＦｙ１，Ｆθ１，Ｆω１，ＦＯｘ１，ＦＯｙ１
を決定し、このパラメータを主制御系２０に供給する。
主制御系２０は、これらのパラメータを記憶部に記憶す
る。

【００４３】その後、投影露光装置を使用していると、
図６に２点鎖線１２Ｐで示すように、基準マーク部材１
２が初期状態に対して伸縮して、基準マークＦｃを基準
とすると、他の基準マークＦａ，Ｆｂ，Ｆｄの位置が点
ＰＡ，ＰＢ，ＰＤに移動することがある。そこで、例え
ば定期的に、上記のようにアライメントセンサ８を介し
て、それぞれレーザ干渉計１６及び１７ｂの計測値に基
づいて、基準マーク部材１２上の基準マークＦａ〜Ｆｄ
の配列座標（ＦＸｉ’，ＦＹｉ’）（ｉ＝ａ〜ｄ）を計
測する。そして、演算部２０ａにおいて、配列座標（Ｆ
Ｘｉ’，ＦＹｉ’）を（５Ａ）式、（５Ｂ）式の配列座
標（ＦＸｉ，ＦＹｉ）に代入して、最小自乗法によっ
て、上記の６個のパラメータＲＦｘ，ＲＦｙ，Ｆθ，Ｆ
ω，ＦＯｘ，ＦＯｙの値ＲＦｘ２，ＲＦｙ２，Ｆθ２，
Ｆω２，ＦＯｘ２，ＦＯｙ２を決定し、このパラメータ
を主制御系２０に供給する。主制御系２０は、これらの
パラメータの値を記憶されているパラメータの値ＲＦｘ
１，ＲＦｙ１，Ｆθ１，Ｆω１，ＦＯｘ１，ＦＯｙ１と
比較し、変動量が所定の許容範囲を超えている場合に
は、それぞれ所定の動作を実行する。

【００４４】スケーリングの値ＲＦｘ２，ＲＦｙ２が許
容範囲を超えている場合には、主制御系２０は、一例と
して、オペレータ、又はホストコンピュータにその旨を
報告する。これに応じて、例えば本例の投影露光装置が
収納されているチャンバ内の温度の調整、又はレーザ干
渉計１６，１７ａ，１７ｂの計測値に乗ずる係数の変更
等が行われる。また、ローテーションの値Ｆθ２、又は
直交度Ｆω２が許容範囲を超えている場合には、一例と
して上記の移動鏡１４Ｘ，１４Ｙの取り付け角度の変動
量が許容範囲を超えた場合と同様に、試料台１１の走り
方向の調整等が行われる。また、オフセットの値ＦＯｘ
２，ＦＯｙ２が許容範囲を超えた場合には、一例として
レーザ干渉計１６，１７ａ，１７ｂの原点調整が行われ
る。

【００４５】上記のように、本例では試料台１１上に設
けられている基準マーク部材１２上の基準マークＦａ〜
Ｆｄの位置を、ＲＡ顕微鏡６ａ、又はアライメントセン
サ８を介して検出することによって、移動鏡１４Ｘ，１
４Ｙの取り付け角度の変動量、及び直交度、更にはウエ
ハステージのスケーリングＲＦｘ，ＲＦｙ、ローテーシ
ョンＦθ、直交度Ｆω等の特性が計測されている。この
際に、テストプリントを行う方法に比べて、計測に要す
る時間は極く短時間で済み、露光工程のスループットは
殆ど低下しない利点がある。

【００４６】なお、上記の６個のパラメータの値を決定
するのみでよければ、基準マーク部材１２上の３個の基
準マーク（例えば基準マークＦａ〜Ｆｃ）の位置を計測
するのみでもよい。また、上記の実施の形態では移動鏡
１４Ｘ，１４Ｙの取り付け角度の変動量や直交度等を計
測しているが、最近の投影露光装置では、試料台１１の
側面を鏡面加工して、その側面を移動鏡として使用して
いる装置もある。このような装置では、移動鏡、即ち試
料台１１の側面の傾斜角が経時変動することはあまり考
えられないが、それでも例えば定期的に２つの移動鏡の
直交度、即ち試料台１１の側面の直交度を計測すること
によって、試料台１１の微妙な変形等に起因する直交度
の僅かな変動をモニタすることができる。

【００４７】また、本発明はウエハステージのみなら
ず、レチクルステージの特性を計測する場合についても
適用できることは明らかである。なお、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ことは勿論である。

【００４８】

【発明の効果】本発明のステージ装置の特性計測方法に
よれば、可動テーブル上の基準マークの位置を検出し、
この検出結果を用いてステージ装置の特性を計測してい
るため、ステージ装置（ウエハステージ等）の所定の特
性を短時間に容易に計測できる利点がある。

【００４９】次に、本発明の露光装置によれば、本発明
によるステージ装置の特性計測方法を使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露
光装置を示す概略構成図である。

【図２】図１の投影露光装置の試料台１１を示す平面図
である。

【図３】その実施の形態の一例において、同時ベースラ
イン・チェックを行う場合の投影露光装置の各部の相対
位置関係を示す斜視図である。

【図４】図３の状態から試料台１１をＹ方向に駆動し
て、基準マークＦｄをアライメントセンサ８の観察視野
内に移動した状態を示す斜視図である。

【図５】図３の状態から試料台１１をＸ方向に移動させ
て、基準マークＦｂをＲＡ顕微鏡６ａの観察視野内に移
動した状態を示す斜視図である。

【図６】試料台１１上の基準マーク部材１２が変形した
状態を示す平面図である。

【符号の説明】

１照明光学系２レチクル３ａ，３ｂアライメントマーク５レチクルステージ６ａ，６ｂＲＡ顕微鏡（レチクルアライメント顕微
鏡）７投影光学系８アライメントセンサ９ウエハ１０ウエハホルダ１１試料台１２基準マーク部材Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄ基準マーク１４Ｘ，１４Ｙ移動鏡１５ＸＹステージ１６，１７ａ，１７ｂレーザ干渉計２０主制御系２０ａ演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】位置決め対象物を載置して２次元的に移
動する可動テーブルと、該可動テーブルの第１の方向の
位置を計測する第１の位置計測系と、前記第１の方向に
交差する第２の方向の前記可動テーブルの位置を計測す
る第２の位置計測系と、を備え、前記第１及び第２の位置計測系の計測結果に基づいて前
記可動テーブルが前記第１及び第２の方向に位置決めさ
れるステージ装置の特性計測方法において、前記可動テーブル上に複数の基準マークを形成してお
き、前記可動テーブルを所定の方向に駆動することによっ
て、前記複数の基準マークを順次所定のマーク検出系の
検出領域内に移動して、それぞれ前記マーク検出系を介
して前記基準マークの位置を検出し、前記複数の基準マークの前記マーク検出系による位置検
出結果に基づいて前記ステージ装置の特性を計測するこ
とを特徴とするステージ装置の特性計測方法。
【請求項２】前記複数の基準マークの前記マーク検出
系による位置検出結果により計測される特性を所定の基
準値と比較し、該比較結果に基づいて前記特性が所定の許容範囲を超え
て変動しているかどうかを判定することを特徴とする請
求項１記載のステージ装置の特性計測方法。
【請求項３】前記特性が所定の許容範囲を超えて変動
しているときに、前記特性を表すパラメータの値を更新
することを特徴とする請求項２記載のステージ装置の特
性計測方法。
【請求項４】位置決め対象物としての基板が載置され
た可動テーブルを２次元的に位置決めするステージ装置
を備え、該ステージ装置によって位置決めされる前記基
板上にマスクパターンを転写する露光装置において、前記ステージ装置の可動テーブル上に形成された複数の
基準マークと、該複数の基準マークの位置を検出する一つのマーク検出
系と、該マーク検出系によって検出される前記複数の基準マー
クのそれぞれの位置に基づいて前記ステージ装置の特性
を求める演算系と、該演算系によって求められる特性を所定の基準値と比較
することによって前記特性が所定の許容範囲を超えて変
動しているか否かを判定する判定系と、を有することを
特徴とする露光装置。