JPH11274049A

JPH11274049A - 位置測定方法および位置測定装置並びに露光装置

Info

Publication number: JPH11274049A
Application number: JP10076297A
Authority: JP
Inventors: Motomasa Imai; 基勝今井; Yasuo Araki; 康雄荒木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】平面鏡がずれてしまった場合でも製造品に不
良を生じず、またメンテナンスにも時間をかけない。【解決手段】互いにほぼ直交する第１および第２方向
に沿ってステージ８に設けられる２つの反射面２２Ｘ、
２２Ｙに、それぞれレーザビームを照射する光波干渉計
１４の出力と、２つの反射面２２Ｘ、２２Ｙの少なくと
も一方に関して計測された曲がり量とに基づいて、第１
および第２方向に関するステージ８の座標位置を測定す
る。ステージ８に保持される物体の処理に伴う計測され
た曲がり量を用いたステージ８の移動中に、光波干渉計
１４の出力に基づいて少なくとも一方の反射面２２Ｘ、
２２Ｙに関する曲がり量を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面内で二次元移
動するステージの位置測定方法および位置測定装置並び
に露光装置に関し、特に、半導体装置の加工、検査等の
ように極めて高い精度が要求される測定する際に用いて
好適な位置測定方法および位置測定装置並びに露光装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＶＬＳＩのパターン転写に用い
られる各種露光装置（ステッパー等）、転写マスクの描
画装置、マスクパターンの位置座標測定装置、あるいは
その他の位置決め装置では、対象物を保持して直交する
二軸（Ｘ、Ｙ軸）方向に精密に移動するＸＹステージが
用いられている。このＸＹステージの座標計測には、例
えば、波長６３３ｎｍ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。

【０００３】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、二次元の座標測定には同一のレーザ干
渉計二組用意する。そして、ＸＹステージには、反射面
が互いにほぼ直交する二つの平面鏡を固定し、この二つ
の平面鏡の各々にレーザ干渉計からのビームを投射し、
各反射面の垂直方向の距離変化を計測することでステー
ジの二次元の座標位置が求められる。二つの平面鏡の各
反射面は、ステージの必要移動ストロークに合わせて、
ｘ方向、ｙ方向に延在するものとなっている。

【０００４】このような平面鏡は、座標測定の基準とな
るので、その反射面は極めて高い平面性が要求されてい
る。例えば、レーザ干渉計の計測分解能は０．０１μｍ
程度であり、また平面鏡の反射面の長さは、６インチの
半導体ウエハを載置するステージの場合、２５０ｍｍ程
度が必要とされている。

【０００５】すなわち、２５０ｍｍの反射面が全体的に
傾いていたり、部分的に曲がっていたり、あるいは局所
的な凹凸があった場合、その量が０．０１μｍ以上ある
と、それがレーザ干渉計の計測値として取り込まれてし
まう。従って、平面鏡が０．０５μｍだけ曲がっていた
とすると、ステージの位置測定、または位置決めは、
０．０５μｍだけ理想的な直交座標系から曲がった曲線
（または斜交）座標系に従って行われることになる。

【０００６】このため、平面鏡はできるだけ平面になる
ように製作されるが、製作誤差によって０．０２μｍ程
度の凹凸が残っていた。もちろん、平面鏡の加工方法等
によっては、それ以上の精度も出すことも可能である
が、製作コストが格段に高くなるだけで、実際に二次元
移動ステージに固定するときの歪みや、その後の経時変
化により０．０２μｍ以下の平面度を維持することは不
可能である。

【０００７】そこで、従来、特開平３−１０１０５号公
報に示されるように、上記二つの平面鏡の各々に対し
て、反射面の局部的な曲がり量を検出する計測手段を設
け、この計測手段により二つの平面鏡の曲がり量をほぼ
同時に計測、算出し、両方の計測値の差分を求めること
でステージの直進性の誤差が相殺された真の曲がり量を
求めて装置定数として扱う方法や装置が採用されてい
る。

【０００８】この方法では、真の曲がり量をステージの
一方向の適当な位置関係毎に求めて記憶し、以後ステー
ジのこの方向の位置に応じてレーザ干渉計の計測値を補
正することにより平面鏡の曲がりが全くない場合と同様
の精度で位置計測を行うことができる。そして、同時
に、この位置計測結果に基づいて、ステージを目標位置
に位置決めすることができる。さらに、上記方法では、
ステージの二次元位置だけでなく、ヨーイング量も計測
して、この計測結果に基づいてステージを補正すること
ができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の位置測定方法および位置測定装置並びに
露光装置には、以下のような問題が存在する。平面鏡の
真の曲がり量を計測、記憶し、この記憶結果に基づいて
ステージの位置を補正しても、真の曲がり量を装置定数
として設定した後に平面鏡がずれることがある。これ
は、平面鏡をステージに固定した際の応力、ステージの
高速移動、平面鏡に加わる熱が主な原因として発生する
ものである。

【００１０】この場合、ステージの位置が正しく計測さ
れないため、例えば、半導体製造装置では、マスクパタ
ーンの像を正確にウエハ上に転写できなくなってしま
う。この状態は、半導体素子製造後の検査工程で、この
半導体素子を検査するまで発見できないことが多かっ
た。

【００１１】そのため、製造された半導体素子に不良品
が発生したり、再度装置を取り付けて平面鏡の曲がり量
を計測し直す必要が生じメンテナンスに時間がかかると
いう不都合があった。

【００１２】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、平面鏡がずれてしまった場合でも製造品に
不良が生じることなく、またメンテナンスにも時間のか
からない位置測定方法および位置測定装置並びに露光装
置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、実施の形態を示す図１ないし図７に対応
付けした以下の構成を採用している。請求項１記載の位
置測定方法は、互いにほぼ直交する第１および第２方向
（ｘおよびｙ方向）に沿ってステージ（８）に設けられ
る２つの反射面（２２Ｘ、２２Ｙ）に、それぞれレーザ
ビームを照射する光波干渉計（１４）の出力と、２つの
反射面（２２Ｘ、２２Ｙ）の少なくとも一方に関して計
測された曲がり量とに基づいて、第１および第２方向
（ｘおよびｙ方向）に関するステージ（８）の座標位置
を測定する位置測定方法において、ステージ（８）に保
持される物体の所定の処理に伴う前記計測された曲がり
量を用いたステージ（８）の移動中に、光波干渉計（１
４）の出力に基づいて少なくとも一方の反射面（２２
Ｘ、２２Ｙ）に関する曲がり量を算出するものである。

【００１４】従って、本発明の位置測定方法では、光波
干渉計（１４）が第１および第２方向（ｘおよびｙ方
向）に沿ってステージ（８）に設けられた２つの反射面
（２２Ｘ、２２Ｙ）にそれぞれレーザビームを照射する
ことにより、２つの反射面（２２Ｘ、２２Ｙ）に関する
曲がり量を計測すると共に、光波干渉計（１４）の出力
と少なくとも一方の反射面（２２Ｘ、２２Ｙ）に関する
曲がり量とに基づいて第１および第２方向（ｘおよびｙ
方向）に関するステージ（８）の座標位置を測定するこ
とができる。そして、この位置測定方法では、上記計測
された曲がり量を用いてステージ（８）を移動させなが
ら、ステージ（８）に保持された物体（Ｗ）に対して所
定の処理をすることができる。また、この位置測定方法
では、物体（Ｗ）の処理に伴うステージ（８）の移動中
においても、光波干渉計（１４）の出力に基づいて少な
くとも一方の反射面（２２Ｘ、２２Ｙ）に関する曲がり
量を算出することができる。

【００１５】請求項２記載の位置測定方法は、請求項１
記載の位置測定方法において、算出された曲がり量が、
物体（Ｗ）の所定の処理後におけるステージ（８）の移
動に利用される、またはステージ（８）の移動を確認す
るために前記計測された曲がり量との比較に利用される
ものである。

【００１６】従って、本発明の位置測定方法では、物体
（Ｗ）の処理に伴うステージ（８）の移動中において
も、光波干渉計（１４）の出力に基づいて少なくとも一
方の反射面（２２Ｘ、２２Ｙ）に関する曲がり量が算出
される。そして、この位置測定方法では、算出された曲
がり量に基づいて物体（Ｗ）の所定の処理後におけるス
テージ（８）の移動を補正することができる、またはス
テージ（８）の移動を確認するために計測された曲がり
量との比較に利用することができる。

【００１７】請求項３記載の位置測定方法は、請求項２
記載の位置測定方法において、計測された曲がり量と算
出された曲がり量との偏差が所定値を越えたときに、物
体（Ｗ）の所定の処理に関して異常が発生していると判
定するものである。

【００１８】従って、本発明の位置測定方法では、計測
された曲がり量と算出された曲がり量との偏差が所定値
を越えたときに、物体（Ｗ）の所定の処理に関して何ら
かの異常が発生していると判定することができる。

【００１９】請求項４記載の位置測定方法は、請求項１
から３のいずれか一項に記載の位置測定方法において、
ステージ（８）が、光波干渉計（１４）の出力に対応し
た計測位置を前記曲がり量で補正して得られる座標位置
に従って移動され、物体（Ｗ）の所定の処理後に、算出
された曲がり量に基づいて補正された座標位置を随時更
新するものである。

【００２０】従って、本発明の位置測定方法では、光波
干渉計（１４）の出力に対応した計測位置を曲がり量で
補正して得られる座標位置に従って、ステージ（８）を
移動させることができる。そして、この位置測定方法で
は、物体（Ｗ）の所定の処理後に、算出された曲がり量
に基づいて補正された座標位置を随時更新することがで
きる。

【００２１】請求項５記載の位置測定方法は、請求項１
から４のいずれか一項に記載の位置測定方法において、
２つの反射面の一方（２２Ｘ、２２Ｙ）に関する曲がり
量を算出するために、２つの反射面の他方（２２Ｙ、２
２Ｘ）に照射される少なくとも２本のレーザビームに対
応する光波干渉計（１４）の出力に基づいて、第１およ
び第２方向（ｘおよびｙ方向）を含む面内でのステージ
（８）の回転量を検出するものである。

【００２２】従って、本発明の位置測定方法では、２つ
の反射面の他方（２２Ｙ、２２Ｘ）に照射される少なく
とも２本のレーザビームに対応する光波干渉計（１４）
の出力に基づいて、第１および第２方向（ｘおよびｙ方
向）を含む面内でのステージ（８）の回転量を検出する
ことにより、２つの反射面（２２Ｘ、２２Ｙ）の一方に
関する曲がり量を算出することができる。

【００２３】請求項６記載の位置測定装置は、互いにほ
ぼ直交する第１および第２方向（ｘおよびｙ方向）に沿
ってステージ（８）に設けられる第１および第２反射面
（２２Ｙ、２２Ｘ）にそれぞれレーザビーム（ＢＹθ
１、ＢＹθ２およびＢＸθ１、ＢＸθ２）を照射する光
波干渉計（１４）と、第１および第２反射面（２２Ｙ、
２２Ｘ）の少なくとも一方に関する曲がり量を記憶する
メモリとを備え、光波干渉計（１４）の出力と記憶され
た曲がり量とに基づいて、第１および第２方向（ｘおよ
びｙ方向）に関するステージ（８）の座標位置を測定す
る位置測定装置において、ステージ（８）に保持される
物体（Ｗ）の所定の処理に伴い、記憶された曲がり量を
用いてステージ（８）を移動している間に、光波干渉計
（１４）の出力に基づいて少なくとも一方の反射面（２
２Ｘ、２２Ｙ）に関する曲がり量を算出する演算器を備
えたことを特徴とするものである。

【００２４】従って、本発明の位置測定装置では、光波
干渉計（１４）が第１および第２方向（ｘおよびｙ方
向）に沿ってステージ（８）に設けられた第１および第
２反射面（２２Ｙ、２２Ｘ）にそれぞれレーザビーム
（ＢＹθ１、ＢＹθ２およびＢＸθ１、ＢＸθ２）を照
射することにより、第１および第２反射面（２２Ｙ、２
２Ｘ）に関する曲がり量を計測して、少なくとも一方の
曲がり量をメモリに記憶することができる。そして、光
波干渉計（１４）の出力とメモリに記憶された曲がり量
とに基づいて第１および第２方向（ｘおよびｙ方向）に
関するステージ（８）の座標位置を測定することができ
る。

【００２５】ここで、この位置測定装置では、上記計記
憶された曲がり量を用いてステージ（８）を移動させな
がら、ステージ（８）に保持された物体（Ｗ）に対して
所定の処理をすることができる。また、この位置測定装
置では、物体（Ｗ）の処理に伴うステージ（８）の移動
中においても、演算器により、光波干渉計（１４）の出
力に基づいて少なくとも一方の反射面（２２Ｘ、２２
Ｙ）に関する曲がり量を算出することができる。

【００２６】請求項７記載の位置測定装置は、請求項６
記載の位置測定装置において、光波干渉計（１４）が、
第１方向（ｘ方向）に離れた少なくとも２本のレーザビ
ーム（ＢＹθ１、ＢＹθ２）を第１反射面（２２Ｙ）に
照射する第１干渉計（ＹθＩ）と、第２方向（ｙ方向）
に離れた少なくとも２本のレーザビーム（ＢＸθ１、Ｂ
Ｘθ２）を第２反射面（２２Ｘ）に照射する第２干渉計
（ＸθＩ）とを有し、演算器が、第１反射面（２２Ｙ）
に関する曲がり量を算出するために、第２干渉計（Ｘθ
Ｉ）によって検出される第１および第２方向（ｘおよび
ｙ方向）を含む面内でのステージ（８）の回転量を用い
るものである。

【００２７】従って、本発明の位置測定装置では、ま
ず、第２干渉計（ＸθＩ）が第２方向（ｙ方向）に離れ
たレーザビーム（ＢＸθ１、ＢＸθ２）を第２反射面
（２２Ｘ）に照射することにより第１および第２方向
（ｘおよびｙ方向）を含む面内でのステージ（８）の回
転量を検出する。また、第１干渉計（ＹθＩ）が第１方
向（ｘ方向）に離れたレーザビーム（ＢＹθ１、ＢＹθ
２）を第１反射面（２２Ｙ）に照射することにより、第
１反射面（２２Ｙ）の曲がり量を計測することができ
る。そして、演算器が、検出されたステージ（８）の回
転量と計測された第１反射面（２２Ｙ）の曲がり量とに
基づいて、第１反射面（２２Ｙ）の真の曲がり量を算出
することができる。

【００２８】請求項８記載の位置測定装置は、請求項６
または７記載の位置測定装置において、演算器が記憶さ
れた曲がり量および算出された曲がり量の偏差と所定値
とを比較する比較回路を有しており、偏差が所定値を越
えるときに警告を発するものである。

【００２９】従って、本発明の位置測定装置では、演算
器の比較回路が、メモリに記憶された曲がり量および算
出された曲がり量の偏差と、所定値とを比較して、偏差
が所定値を越えるときに警告を発することができる。

【００３０】請求項９記載の露光装置は、請求項６から
８のいずれか一項に記載された位置測定装置が、マスク
（Ｒ）を保持するマスクステージ（７）と、マスク
（Ｒ）のパターンが転写される基板（Ｗ）を保持する基
板ステージ（８）との少なくとも一方に設けられ、光波
干渉計（１４）の出力を記憶された曲がり量で補正して
得られる座標位置を、算出された曲がり量で随時更新し
て、マスク（Ｒ）のパターンに対する基板（Ｗ）の露光
位置を調整するアライメント・コントローラ（２４）を
備えたことを特徴とするものである。

【００３１】従って、本発明の露光装置では、光波干渉
計（１４）が第１および第２方向（ｘおよびｙ方向）に
沿って、マスクステージ（７）と基板ステージ（８）と
の少なくとも一方に設けられた第１および第２反射面
（２２Ｙ、２２Ｘ）にそれぞれレーザビームを照射する
ことにより、第１および第２反射面（２２Ｙ、２２Ｘ）
に関する曲がり量を計測して、少なくとも一方の曲がり
量をメモリに記憶することができる。

【００３２】そして、この露光装置では、アライメント
・コントローラ（２４）が、光波干渉計（１４）の出力
をメモリに記憶された曲がり量で補正して得られる座標
位置を、演算器で算出された曲がり量で随時更新するこ
とにより、マスク（Ｒ）のパターンに対する基板（Ｗ）
の露光位置を調整することができる。

【００３３】請求項１０記載の露光装置は、請求項９記
載の露光装置において、基板（Ｗ）の複数の区画領域に
それぞれマスク（Ｒ）のパターンを順次転写している間
に、光波干渉計（１４）の出力から一方の反射面（２２
Ｘ、２２Ｙ）に関する曲がり量が算出されることを特徴
とするものである。

【００３４】従って、本発明の露光装置では、基板
（Ｗ）の複数の区画領域にそれぞれマスク（Ｒ）のパタ
ーンを順次転写している間に、光波干渉計（１４）が第
１および第２方向（ｘおよびｙ方向）に沿って、マスク
ステージ（７）と基板ステージ（８）との少なくとも一
方に設けられた第１および第２反射面（２２Ｙ、２２
Ｘ）にそれぞれレーザビームを照射することにより、第
１および第２反射面（２２Ｙ、２２Ｘ）に関する曲がり
量を計測して、少なくとも一方の曲がり量をメモリに記
憶することができる。

【００３５】そして、この露光装置では、アライメント
・コントローラ（２４）が、光波干渉計（１４）の出力
をメモリに記憶された曲がり量で補正して得られる座標
位置を、基板（Ｗ）の複数の区画領域にそれぞれマスク
（Ｒ）のパターンを順次転写している間に演算器で算出
された曲がり量で随時更新することにより、マスク
（Ｒ）のパターンに対する基板（Ｗ）の露光位置を調整
することができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の位置測定方法およ
び位置測定装置並びに露光装置の実施の形態を、図１な
いし図７を参照して説明する。ここでは、位置測定装置
を、ウエハをステップ・アンド・リピート方式で移動さ
せることによりウエハの区画された複数の露光領域に、
順次レチクルのパターンを投影転写するいわゆるステッ
パーにおいて、所定の処理（露光処理）を施される物体
であるウエハを保持するウエハステージに設ける場合の
例を用いて説明する。なお、ウエハステージが移動する
ほぼ直交する方向をｘ方向（第１方向）およびｙ方向
（第２方向）とする。

【００３７】図２において、符号１は、露光装置であ
る。露光装置１は、防振台２，２によって防振された定
盤３の上に載置された露光装置本体４と、該露光装置本
体４を取り囲むチャンバ５とを備えるものである。露光
装置本体４には、照明光学系６と投影光学系ＰＬとが設
けられている。

【００３８】照明光学系６は、オプチカルインテグレー
タ（フライアイレンズ、またはロッド・インテグレー
タ）、可変視野絞り（レチクル・ブラインド）、および
その瞳面上での露光光（例えば二次光源）の形状や大き
さを規定する開口絞りなどを含み、露光光をレチクル・
ブラインドによって規定されるレチクル（マスク）Ｒ上
の照明領域に照明するものである。投影光学系ＰＬは、
照明光学系６によって照明されたレチクルＲのパターン
像ＰＩをウエハ（基板）Ｗの上記区画領域に１／４また
は１／５に縮小して順次投影するものである。

【００３９】図１に示すように、レチクルＲは、投影光
学系ＰＬの光軸ＡＸと垂直な面内で二次元移動するレチ
クルステージ（マスクステージ）７上に保持されてい
る。ウエハＷは、ウエハステージ（基板ステージ）８に
保持されている。ウエハステージ８には、該ウエハステ
ージ８をｘ方向に移動させるモータ９Ｘと、ウエハステ
ージ８をｙ方向に移動させるモータ９Ｙとがそれぞれ設
けられている。また、ウエハステージ８には、ウエハＷ
とほぼ等しい高さ位置に、アライメント系のキャリブレ
ーション等に用いられる基準マーク板ＦＭが固設されて
いる。

【００４０】さらに、ウエハステージ８の互いに直交す
る端縁には、移動鏡ＭＸ、ＭＹがウエハステージ８上に
固定されている。移動鏡ＭＸは、その反射面（第２反射
面）２２Ｘがｙ方向に沿って延在するように設けられて
いる。移動鏡ＭＹは、その反射面（第１反射面）２２Ｙ
がｘ方向に沿って延在するように設けられている。ま
た、ウエハステージ８には、位置測定装置１３が設けら
れている。

【００４１】位置測定装置１３は、ｘ方向およびｙ方向
に関するウエハステージ８の座標位置を測定するもので
あって、レーザ干渉計（光波干渉計）１４およびアライ
メント・コントローラ２４を備えた構成とされている。
レーザ干渉計１４は、干渉計ＸＩ、ＹＩとθ干渉計（第
２干渉計）ＸθＩとθ干渉計（第１干渉計）ＹθＩとか
ら構成されている。

【００４２】干渉計ＸＩは、プレーンミラー干渉計と呼
ばれ、ウエハステージ８のｘ方向の位置を検出するもの
であって、ビームスプリッタ２Ｘとミラー６Ｘとレシー
バ１０Ｘと不図示のカウンタ回路等で構成されている。
ビームスプリッタ２Ｘは、Ｈｅ−Ｎｅレーザビーム１Ｘ
を偏光方向によって移動鏡ＭＸへ向かう測定用ビームＢ
Ｘと、図３に示すように、ミラー６Ｘを介して投影光学
系ＰＬに固定された参照用鏡７Ｘへ向かう参照用ビーム
ＢＸｒの２つに分けるものである。

【００４３】Ｈｅ−Ｎｅレーザビーム１Ｘは、周波数差
を有すると共に、互いに直交した偏光成分（Ｐ偏光およ
びＳ偏光）から構成されている。図４に示すように、移
動鏡ＭＸの反射面２２Ｘには、干渉計ＸＩからの測定用
ビームＢＸが垂直に投射されている。また、この測定用
ビームＢＸは、その中心線がｘ軸と平行、且つその延長
線が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸが通る原点で交わるよう
に投射されるものである。

【００４４】また、図３に示すように、ビームスプリッ
タ２Ｘと移動鏡ＭＸとの間におけるビームＢＸの光路中
には、１／４波長板（以下、λ／４板と称する）３Ａが
配置されている。そして、ビームスプリッタ２Ｘと参照
鏡７Ｘとの間におけるビームＢＸｒの光路中には、λ／
４板３Ｂが配置されている。ビームスプリッタ２Ｘの下
側には、コーナキューブ５Ｘが固定されている。

【００４５】レシーバ１０Ｘは、参照鏡７Ｘからの反射
ビームと移動鏡ＭＸからの反射ビームとを同軸に入射し
て両反射ビームの干渉によるフリンジの変化を光電検出
するものである。カウンタ回路は、干渉計ＸＩのレシー
バ１０Ｘから出力される信号をデジタルな座標値ＤＸＣ
に変換する機能を有している。

【００４６】干渉計ＹＩは、干渉計ＸＩと同様に、プレ
ーンミラー干渉計と呼ばれ、ウエハステージ８のｙ方向
の位置を検出するものであって、ビームスプリッタ２Ｙ
とミラー６Ｙとレシーバ１０Ｙと不図示のカウンタ回路
等で構成されている。ビームスプリッタ２Ｙは、Ｈｅ−
Ｎｅレーザビーム１Ｙを偏光方向によって移動鏡ＭＹへ
向かう測定用ビームＢＹと、ミラー６Ｙを介して投影光
学系ＰＬに固定された参照用鏡（不図示）へ向かう参照
用ビームＢＹｒの２つに分けるものである。

【００４７】Ｈｅ−Ｎｅレーザビーム１Ｙは、周波数差
を有すると共に、互いに直交した偏光成分（Ｐ偏光およ
びＳ偏光）から構成されている。図４に示すように、移
動鏡ＭＹの反射面２２Ｙには、干渉計ＹＩからの測定用
ビームＢＹが垂直に投射されている。また、この測定用
ビームＢＹは、その中心線がｙ軸と平行、且つその延長
線が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸが通る原点で交わるよう
に投射されるものである。

【００４８】レシーバ１０Ｙは、参照鏡からの反射ビー
ムと移動鏡ＭＹからの反射ビームとを同軸に入射して両
反射ビームの干渉によるフリンジの変化を光電検出する
ものである。カウンタ回路は、干渉計ＹＩのレシーバ１
０Ｙから出力される信号をデジタルな座標値ＤＹＣに変
換する機能を有している。

【００４９】なお、ビームスプリッタ２Ｙと移動鏡ＭＹ
との間におけるビームＢＹの光路中およびビームスプリ
ッタ２Ｙと参照鏡との間におけるビームＢＹｒの光路中
に配置されるλ／４板については、干渉計ＸＩと全く同
様の構造なので、その詳細説明は省略する。

【００５０】図１に示すように、θ干渉計ＸθＩは、移
動鏡ＭＸの反射面２２Ｘの曲がり量を計測するものであ
って、直交する２つの偏光で一定の周波数差を有するレ
ーザビーム１１Ｘを入射して２方向に分岐させるビーム
スプリッタ１２Ｘと、該ビームスプリッタ１２Ｘで反射
した一部のビームを移動鏡ＭＸの方向へ反射させるミラ
ー１３Ｘと、レシーバ１７Ｘと、デジタルカウンタ２３
Ｘ等で概略構成されている。

【００５１】図５に示すように、ビームスプリッタ１２
Ｘで分岐されたレーザビーム１１Ｘの一方は、ミラー１
３Ｘおよびλ／４板１４Ａを介してビームＢＸθ１とし
て移動鏡ＭＸの反射面２２Ｘに垂直に投射されている。
また、ビームスプリッタ１２Ｘで分岐されたレーザビー
ム１１Ｘの他方は、ミラー１５Ｘ、１６Ｘおよびλ／４
板１４Ｂを介してビームＢＸθ２として移動鏡ＭＸの反
射面２２Ｘに垂直に、且つビームＢＸθ１と互いに平行
に所定間隔ＳＸをあけて投射されている。そして、これ
らのビームＢＸθ１とビームＢＸθ２とのほぼ中間に
は、干渉計ＸＩからの測定用ビームＢＸが位置してい
る。

【００５２】レシーバ１７Ｘは、移動鏡ＭＸの反射面２
２Ｘで反射してビームＢＸθ１と同軸に戻ってくる反射
ビームと、ビームＢＸθ２と同軸に戻ってくる反射ビー
ムとをビームスプリッタ１２Ｘを介して同軸に入射して
両反射ビームの干渉によるフリンジの変化を光電検出す
るものである。デジタルカウンタ２３Ｘは、レシーバ１
７Ｘから出力される計測信号をデジタルデータＤθＸに
変換して後述する座標補正系１５に出力するものであ
る。

【００５３】図１に示すように、θ干渉計ＹθＩは、移
動鏡ＭＹの反射面２２Ｙの曲がり量を計測するものであ
って、直交する２つの偏光で一定の周波数差を有するレ
ーザビーム１１Ｙを入射して２方向に分岐させるビーム
スプリッタ１２Ｙと、該ビームスプリッタ１２Ｙで反射
した一部のビームを移動鏡ＭＹの方向へ反射させるミラ
ー１３Ｙと、レシーバ１７Ｙと、デジタルカウンタ２３
Ｙ等で概略構成されている。

【００５４】ビームスプリッタ１２Ｙで分岐されたレー
ザビーム１１Ｙの一方は、ミラー１３Ｙで反射して図４
に示すように、ビームＢＹθ１として移動鏡ＭＹの反射
面２２Ｙに垂直に投射されている。また、ビームスプリ
ッタ１２Ｙで分岐されたレーザビーム１１Ｙの他方は、
ビームＢＹθ２として移動鏡ＭＹの反射面２２Ｙに垂直
に、且つビームＢＹθ１と互いに平行に所定間隔をあけ
て投射されている。そして、これらのビームＢＹθ１と
ビームＢＹθ２とのほぼ中間には、干渉計ＹＩからの測
定用ビームＢＹが位置している。

【００５５】レシーバ１７Ｙは、移動鏡ＭＹの反射面２
２Ｙで反射してビームＢＹθ１と同軸に戻ってくる反射
ビームと、ビームＢＹθ２と同軸に戻ってくる反射ビー
ムとをビームスプリッタ１２Ｙを介して同軸に入射して
両反射ビームの干渉によるフリンジの変化を光電検出す
るものである。デジタルカウンタ２３Ｙは、θ干渉計Ｙ
θＩのレシーバ１７Ｙから送出される計測信号をデジタ
ルデータＤθＹに変換して後述する座標補正系１５に出
力するものである。

【００５６】なお、ミラー１３Ｙと移動鏡ＭＹとの間に
配置されるλ／４板、およびビームスプリッタ１２Ｙと
移動鏡ＭＹとの間に配置されるλ／４板、ミラーについ
ては、θ干渉計ＸθＩと同様であるのでその説明を省略
する。また、θ干渉計ＸθＩ、ＹθＩは、実際には不図
示の固定鏡を基準として、移動鏡ＭＸ、ＭＹの２点での
光路差を計測する構成になっている。

【００５７】一方、アライメント・コントローラ２４
は、レチクルＲのパターンに対してウエハＷの露光位置
を調整するものであって、座標補正系１５と制御系１６
とから概略構成されている。

【００５８】座標補正系１５は、いずれも不図示の演算
器およびメモリを備えている。演算器は、デジタルカウ
ンタ２３Ｘ、２３Ｙからそれぞれ出力されたデジタルデ
ータＤθＸ、ＤθＹに基づいて、移動鏡ＭＸの反射面２
２Ｘおよび移動鏡ＭＹの反射面２２Ｙに関する曲がり量
をそれぞれ算出すると共に、メモリに記憶するものであ
って、不図示の比較回路を有している。また、この演算
器は、ウエハステージ８の移動中においても移動鏡ＭＸ
の反射面２２Ｘおよび移動鏡ＭＹの反射面２２Ｙに関す
る曲がり量をそれぞれ算出する構成とされている。

【００５９】一方、メモリは、上記算出された反射鏡２
２Ｘ、２２Ｙの曲がり量を個々に記憶すると共に、予め
設定される警告値（所定値）を記憶している。比較回路
は、メモリに記憶されている反射鏡２２Ｘ、２２Ｙの曲
がり量およびウエハステージ８の移動中に新たに算出さ
れた反射鏡２２Ｘ、２２Ｙの曲がり量の偏差と上記警告
値とを比較して、この偏差が警告値を越えるときに演算
器が警告を発する機能を備えている。

【００６０】制御系１６は、カウンタ回路で変換された
座標値ＤＸＣ、ＤＹＣを、座標補正系１５のメモリに記
憶された移動鏡ＭＸ、ＭＹの曲がり量に基づいて補正す
る機能と、目標位置に対してウエハステージ８のモータ
９Ｘ、９Ｙを駆動する指令ＤＳＸ、ＤＳＹを出力する機
能とを備えている。

【００６１】また、この制御系１６は、ウエハＷの複数
の区画領域にレチクルＲのパターンを順次転写している
間に、移動鏡ＭＸの反射面２２Ｘまたは移動鏡ＭＹの２
２Ｙの曲がり量を算出するように座標補正系１５を制御
すると共に、上記座標値ＤＸＣ、ＤＹＣを補正して得ら
れたウエハステージ８の座標位置を、新たに得られた反
射面２２Ｘ、２２Ｙの曲がり量で随時更新する機能を備
えている。

【００６２】また、図４に示すように、投影光学系ＰＬ
のフィールド外には、ウエハＷ上のアライメントマーク
（不図示）や基準マーク板ＦＭの位置検出を行うオフ・
アキシス方式のウエハアライメント系ＷＲ、ＷＬが固定
されている。ウエハアライメント系ＷＲ、ＷＬの各検出
中心は、原点Ｏを通るｙ軸を挟んでｘ方向に対称に配置
されている。また、各検出中心のｘ方向の間隔は、予め
設定された一定値（ウエハＷの直径より小さい値）に固
定されている。

【００６３】なお、ウエハアライメント系ＷＲ、ＷＬ
は、それぞれウエハＷ上のｘ方向アライメントマークと
ｙ方向アライメントマークとを同一対物レンズを介して
光電検出できるように、すなわち、マークの２次元の位
置ずれ検出が可能なように構成されている。

【００６４】上記の構成の露光装置の内、まず位置測定
装置を構成する干渉計ＸＩ、ＹＩの作用について以下に
説明する。

【００６５】干渉計Ｘ１において、図３に示すように、
Ｐ偏光およびＳ偏光を有するレーザビーム１Ｘは、まず
ビームスプリッタ２Ｘに入射して、ここで偏光方向によ
って移動鏡ＭＸへ向かう測定用ビームＢＸと、ミラー６
Ｘを介して参照鏡７Ｘへ向かう参照用ビームＢＸｒとに
分離される。この際、ビームスプリッタ２Ｘで反射して
ミラー６Ｘへ向かう参照用ビームＢＸｒはＳ偏光である
が、λ／４板３Ｂによって円偏光となって参照鏡７Ｘの
下半分に投射される。そして、参照鏡７Ｘで反射された
参照用ビームＢＸｒは元の光路を戻る。

【００６６】このとき、反射ビームは、λ／４板３Ｂを
通ることによって送り光と直交したＰ偏光に変換され、
ビームスプリッタ２Ｘを透過してコーナキューブ５Ｘで
逆方向に反射され、再びビームスプリッタ２Ｘに入射す
る。Ｐ偏光のビームは、ビームスプリッタ２Ｘを透過し
て、再びミラー６Ｘ、λ／４板３Ｂを介して参照鏡７Ｘ
の上半分に到達する。ここで反射されたビームは、λ／
４板３Ｂ、ミラー６Ｘの順に戻り、Ｓ偏光に変換され
る。そして、ビームスプリッタ２Ｘで反射してレシーバ
１０Ｘに入射する。

【００６７】一方、ビームスプリッタ２Ｘを透過したレ
ーザビーム１Ｘの一部であり、Ｐ偏光の測定用ビームＢ
Ｘは、λ／４板３Ａを介して移動鏡ＭＸの反射面２２Ｘ
の下半分に投射される。ここで反射された測定用ビーム
ＢＸは、λ／４板３Ａを介してＳ偏光に変換され、ビー
ムスプリッタ２Ｘで下方に反射される。そして、この測
定用ビームＢＸは、コーナキューブ５Ｘで逆方向に戻さ
れる。

【００６８】コーナキューブ５ＸからのＳ偏光のビーム
は、再びλ／４板３Ａを介して移動鏡ＭＸの反射面２２
Ｘの上半分に投射され、そこでの反射ビームは、λ／４
板３Ａ、ビームスプリッタ２Ｘを介してＰ偏光に変換さ
れてレシーバ１０Ｘに入射する。レシーバ１０Ｘは、移
動鏡ＭＸからの反射ビームと、参照鏡７Ｘからの反射ビ
ームとを偏光方向を合わせて互いに干渉させる。

【００６９】そして、レシーバ１０Ｘは、レーザビーム
１Ｘの偏光方向の違いによる周波数差を利用して、ヘテ
ロダイン方式で２つのビームＢＸ、ＢＸｒにおける光路
の差の変化量を検出することができる。ここで検出され
た変化量は、カウンタ回路へ出力されてウエハステージ
８のｘ方向の座標値ＤＸＣとして変換される。

【００７０】なお、干渉計ＹＩについては、干渉計ＸＩ
と全く同様の構造であるので詳細な説明を省略するが、
干渉計ＹＩはレーザビーム１Ｙの偏光方向の違いによる
周波数差を利用して、２つのビームＢＹ、ＢＹｒにおけ
る光路の差の変化量を検出することができる。そして、
検出された変化量は、カウンタ回路へ出力されてウエハ
ステージ８のｙ方向の座標値ＤＹＣとして変換される。

【００７１】続いて、θ干渉計ＸθＩの作用について説
明する。図５に示すように、θ干渉計ＸθＩにおいて、
Ｐ偏光およびＳ偏光を有するレーザビーム１１Ｘは、ま
ずビームスプリッタ１２Ｘに入射して、ここで偏光方向
によって分離される。すなわち、Ｓ偏光のビームは、ミ
ラー１３Ｘ、λ／４板１４Ａを介して移動鏡ＭＸの反射
面２２Ｘの一点にビームＢＸθ１として垂直に投射され
る。また、ビームスプリッタ１２Ｘを透過したＰ偏光の
ビームは、ミラー１５Ｘ、１６Ｘ、λ／４板１４Ｂを介
して、移動鏡ＭＸの反射面２２Ｘの別の点にビームＢＸ
θ２として垂直に投射される。

【００７２】そして、ビームスプリッタ１２Ｘが、ビー
ムＢＸθ１と同軸に戻ってくる反射ビームと、ビームＢ
Ｘθ２と同軸に戻ってくる反射ビームとをレシーバ１７
Ｘへ向けて同軸に合成する。レシーバ１７Ｘは、合成さ
れた反射ビームを偏光方向を合わせて互いに干渉させ
て、反射ビームの偏光方向の違いによる周波数差を利用
して、ヘテロダイン方式で２つのビームＢＸθ１、ＢＸ
θ２における光路差の変化量を検出する。

【００７３】なお、θ干渉計ＹθＩについては、θ干渉
計ＸθＩと全く同様の構造であるので詳細な説明を省略
するが、θ干渉計ＹθＩはレーザビーム１１Ｙの偏光方
向の違いによる周波数差を利用して、２つのビームＢＹ
θ１、ＢＹθ２における光路の差の変化量を検出するこ
とができる。

【００７４】次に、上記の干渉計ＸＩ、ＹＩおよびθ干
渉計ＸθＩ、ＹθＩを有する位置測定装置１３を用い
て、移動鏡ＭＸ、ＭＹの反射面２２Ｘ、２２Ｙの曲がり
量を計測すると共に、ウエハステージ８の座標位置を測
定する手順を説明する。ここでは、ウエハステージ８を
ｘ方向に移動させながら移動鏡ＭＹの曲がり量を計測す
る場合の例を用いて説明する。

【００７５】また、上述したように、θ干渉計ＸθＩ、
ＹθＩは、実際には固定鏡を基準にして移動鏡ＭＸ、Ｍ
Ｙの反射面２２Ｘ、２２Ｙの曲がり量を計測している
が、ここでは説明を簡単にするために、θ干渉計ＹθＩ
は図６に示すように、仮想的に固定された基準線ＲＹを
基準にして移動鏡ＭＹの反射面２２Ｙを検出するものと
する。また、基準線ＲＹと移動鏡ＭＹとの距離をＹＡ
（干渉計ＹＩで計測される値）とし、その位置での移動
鏡ＭＹの局部的な曲がり角をθＹ（ｘ）とする。

【００７６】θ干渉計ＹθＩは、基準線ＲＹ上でｘ方向
に距離ＳＹだけ離れた２点で、移動鏡ＭＹまでの距離Ｙ
θ１とＹθ２との差分、Ｙθ（ｘ）を計測する。すなわ
ち、θ干渉計ＹθＩのデジタルカウンタ２３Ｙは、次式
で決まるような差Ｙθ（ｘ）を出力する。

【数１】ここで、デジタルカウンタ２３Ｙは、移動鏡ＭＹがｘ方
向の基準点Ｏ_Xにあるとき、すなわち移動鏡ＭＹの反射
面２２Ｙ上の固定された点Ｏ_Xに、干渉計ＹＩのビーム
ＢＹが入射している状態のときに零にリセットされる。
また、干渉計ＹＩもその基準点Ｏ_Xで零リセットされ
る。

【００７７】移動鏡ＭＹの曲がり角θＹ（ｘ）は、せい
ぜい１〜２秒程度の微小角である。また、距離ＳＹは、
１０ｍｍから数十ｍｍである。そのため、角度θＹ
（ｘ）は次式で近似できる。

【数２】

【００７８】一方、移動鏡ＭＹの位置ｘにおける反射面
２２Ｙの凹凸量ΔＹ（ｘ）は、ｘの基準Ｏ_Xに対して次
式で求められる。

【数３】

【００７９】このとき、ウエハステージ８はｘ方向に移
動しているが、移動時にｘ方向およびｙ方向を含む面内
での回転が同時に発生する。そのため、上記式（３）に
よって得られる測定値は、このウエハステージ８の回転
量を含んだ値になっており、この回転量による誤差分を
差し引く必要がある。そこで、ｙ軸用の移動鏡ＭＹの平
面度を測定するときに、ｘ軸側のθ干渉計ＸθＩを使っ
て、ｘ方向の基準点Ｏ _Xに対するウエハステージ８の回
転量Ｘθ（ｘ）を求める。

【００８０】この場合、ウエハステージ８は、ｘ方向に
一次元移動するだけなので、θ干渉計ＸθＩの２本のビ
ームＢＸθ１、ＢＸθ２は、移動鏡ＭＸの反射面２２Ｘ
上の同一点に投射され続ける。θ干渉計ＸθＩのデジタ
ルカウンタ２３Ｘは、基準点Ｏ_Xで零リセットされてい
るため、位置ｘでのデジタルカウンタ２３Ｘの値は原点
Ｏ_Xを基準としたウエハステージ８の回転量Ｘθ（ｘ）
となる。

【００８１】そこで、ウエハステージ８をｘ方向に移動
させると共に、θ干渉計ＸθＩによる計測値Ｘθ（ｘ）
を同時に読み込む。そして、得られた値を用いて、座標
補正系１５の演算器が次式のような補正演算を行って、
移動鏡ＭＹの反射面２２Ｙの真の曲がり量ＤＹ（ｘ）を
算出する。

【数４】

【００８２】ここで、座標補正系１５において、演算器
が上記式（２）ないし式（４）の演算を行うと共に、算
出した曲がり量ＤＹ（ｘ）をメモリに記憶させる。そし
て、この曲がり量ＤＹ（ｘ）をウエハステージ８のｘ方
向の位置に応じて干渉計ＹＩの計測値を補正することに
より、移動鏡ＭＹの曲がりが全くない場合と同等の精度
でウエハステージ８のｙ方向の位置測定を行うことがで
きる。

【００８３】また、ｘ軸用の移動鏡ＭＸについてもウエ
ハステージ８をｙ方向に移動させることにより、上記移
動鏡ＭＹと同様に真の曲がり量ＤＸ（ｙ）が算出されて
メモリに記憶される。この場合、θ干渉計ＸθＩのデジ
タルカウンタ２３Ｘでの計測値をＸθ（ｙ）、θ干渉計
ＹθＩのデジタルカウンタ２３Ｙでの計測値をＹθ
（ｙ）として、次式によって真の曲がり量ＤＸ（ｙ）を
求めることができる。

【数５】

【数６】

【００８４】そして、座標補正系１５において、演算器
が上記式（５）および式（６）の演算を行うと共に、算
出した曲がり量ＤＸ（ｙ）をメモリに記憶させる。そし
て、この曲がり量ＤＸ（ｙ）をウエハステージ８のｙ方
向の位置に応じて干渉計ＸＩの計測値を補正することに
より、移動鏡ＭＸの曲がりが全くない場合と同等の精度
でウエハステージ８のｘ方向の位置測定を行うことがで
きる。

【００８５】なお、上記式（４）、（６）は、区間０〜
ｘ、および０〜ｙでの積分の形で表してあるが、実際は
局所区間毎、例えば、５〜１０ミリ毎の積分を行えばよ
い。すなわち、局所区間の長さをΔＬとすると、ｘ方向
での積分区間は、ｎを１以上の整数として、（ｎ−１）
・ΔＬ〜ｎ・ΔＬの範囲で積分しては、ｎ＝ｎ＋１と順
次シフトさせる。従って、座標補正系１５のメモリに
は、干渉計ＸＩ、ＹＩの計測座標値のΔＬ毎に対応して
真の曲がり量ＤＹ（ｘ）、ＤＸ（ｙ）のデータがテーブ
ルとして記憶される。

【００８６】続いて、上記の位置測定装置１３を有する
露光装置１により、レチクルＲに形成されたパターンの
像をウエハＷ上に投影転写する手順について説明する。
まず、露光処理を行う前に、ウエハステージ８をｘ方向
に移動させることにより位置測定装置１３のメモリに、
移動鏡ＭＹに関する真の曲がり量ＤＹ（ｘ）を記憶させ
る。同様に、露光処理前にウエハステージをｙ方向に移
動させることにより位置測定装置１３のメモリに、移動
鏡ＭＸに関する真の曲がり量ＤＸ（ｙ）を記憶させる。

【００８７】次に、ウエハステージ８を介してウエハＷ
をステップ・アンド・リピート方式で移動させることに
より、照明光学系６の露光光で照明されたレチクルＲの
パターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷの区画
された複数の露光領域に順次投影転写する露光処理を行
う。この露光処理中のウエハステージ８の移動に際して
は、レーザ干渉計１４のうち、干渉計ＸＩ、ＹＩがウエ
ハステージ８のｘ方向の位置およびｙ方向の位置をそれ
ぞれ計測すると共に、座標値ＤＸＣ、ＤＹＣに変換して
アライメント・コントローラ２４の制御系１６に出力す
る。

【００８８】そして、制御系１６は、ウエハステージ８
の座標値ＤＸＣ、ＤＹＣを、露光処理前にメモリに記憶
された移動鏡ＭＸ、ＭＹの曲がり量ＤＸ（ｙ）、ＤＹ
（ｘ）に基づいて補正すると共に、補正された座標位置
にウエハステージ８が移動するようにモータ９Ｘ、９Ｙ
に対して指令ＤＳＸ、ＤＳＹを出力する。これにより、
ウエハＷは、レチクルＲのパターンに対する露光位置に
高精度に調整されて移動し、１層目のパターンを複数の
露光領域に順次投影転写される。

【００８９】一方、上記露光処理中のウエハステージ８
の移動に際しても、θ干渉計ＸθＩ、ＹθＩが移動鏡Ｍ
Ｘ、ＭＹにおける２点の光路差の変化量を検出すると共
に、アライメント・コントローラ２４の座標補正系１５
が移動鏡ＭＸ、ＭＹの真の曲がり量ＤＸ（ｙ）、ＤＹ
（ｘ）を算出している。また、この座標補正系１５は、
一層目のパターンの露光処理が完了したときに、該露光
処理中に算出した曲がり量ＤＸ（ｙ）、ＤＹ（ｘ）と、
露光処理前にメモリに記憶された曲がり量ＤＸ（ｙ）、
ＤＹ（ｘ）との偏差も算出する。

【００９０】そして、座標補正系１５の比較回路が、こ
の偏差と、予めメモリに記憶されている警告値とを比較
して、偏差が警告値を越えたときには演算器が警告手段
により警告を発生させることにより、ウエハＷに対する
露光処理に関して何らかの異常が発生していると判定す
ることができる。なお、この警告手段としては、ブザ
ー、アラーム等の警報を鳴らすものや、モニター画面に
警告を表示させたり、画面に表示されたショットマップ
データに所定のカラーを着色するもの等が適宜採用可能
である。

【００９１】そして、比較回路において異常が判定され
なかった場合は、メモリに記憶された曲がり量ＤＸ
（ｙ）、ＤＹ（ｘ）を、露光処理前のものから１層目の
露光処理中に算出したものに更新する。続いて、２層目
の露光処理については、この更新された曲がり量ＤＸ
（ｙ）、ＤＹ（ｘ）に基づいてウエハステージ８の座標
補正が行われると共に、２層目の露光処理中に算出され
た曲がり量ＤＸ（ｙ）、ＤＹ（ｘ）がメモリに記憶され
て更新される。

【００９２】すなわち、Ｎ層目の露光処理においては、
（Ｎ−１）層目の露光処理によって算出された曲がり量
ＤＸ（ｙ）、ＤＹ（ｘ）を用いてウエハステージ８の座
標位置が補正されると共に、Ｎ層目の露光処理で算出さ
れた曲がり量ＤＸ（ｙ）、ＤＹ（ｘ）が、（Ｎ＋１）層
目の露光処理におけるウエハステージ８の座標補正に用
いられるデータとしてメモリに記憶・更新される。ま
た、このＮ層目の露光処理が完了した際には、（Ｎ−
１）層目およびＮ層目にそれぞれ算出される曲がり量Ｄ
Ｘ（ｙ）、ＤＹ（ｘ）の偏差を警告値と比較することに
より、Ｎ層目の露光処理中に何らかの異常が発生したか
どうかを判定する。

【００９３】本実施の形態の位置測定方法および位置測
定装置並びに露光装置では、アライメント・コントロー
ラ２４がウエハステージ８の座標補正に用いる移動鏡Ｍ
Ｘ、ＭＹの反射面２２Ｘ、２２Ｙの曲がり量ＤＸ
（ｙ）、ＤＹ（ｘ）を、露光処理される層毎に随時更新
しているため、移動鏡ＭＸ、ＭＹが熱等の影響により露
光処理中にずれたり、ひずみが発生した場合でも、常
に、このずれやひずみの影響を含めて補正した最新の曲
がり量に基づいてウエハステージ８の座標補正を行うこ
とができる。なお、この露光装置では、その最新の曲が
り量に基づいてレチクルステージ７の座標補正を行うよ
うにしてもよい。

【００９４】さらに、この曲がり量ＤＸ（ｙ）、ＤＹ
（ｘ）の算出には、ウエハステージ８の回転量も検出し
ているので、この回転量の影響を排除した真の曲がり量
を算出することができる。そのため、本実施の形態の露
光装置では、レチクルＲのパターン転写時にウエハＷの
露光位置を高精度に調整することができ、良好な重ね合
わせ精度を得ることができる。

【００９５】また、移動鏡ＭＸ、ＭＹの曲がり量ＤＸ
（ｙ）、ＤＹ（ｘ）の計測および算出は、ウエハＷに対
する露光処理に伴うウエハステージ８の移動中に行われ
ているので、別途曲がり量を算出するための工程を設け
る必要がなく、処理工程の作業効率の向上に寄与でき
る。さらに、露光処理される層毎に、曲がり量の偏差と
警告値とを比較して、偏差が警告値を越えたときには警
告を発生するので、処理中に何らかの異常が発生しても
後工程で発覚するのではなく、その都度対処することが
できる。

【００９６】なお、上記実施の形態において、メモリに
記憶された曲がり量を層毎に更新する構成としたが、こ
れに限定されることなく、例えば、ｘ方向およびｙ方向
に沿って矩形配列された露光領域の一列毎に更新するよ
うな構成であってもよい。この場合、座標補正系１５の
比較回路が、露光処理に何らかの異常の発生を検知して
も、異常発生が検知された露光領域列以外の露光領域に
おいては、露光不良の原因を排除した状態で露光処理を
行える。

【００９７】また、メモリには、移動鏡ＭＸ、ＭＹの曲
がり量ＤＸ（ｙ）、ＤＹ（ｘ）が記憶され、制御系１６
が記憶された曲がり量ＤＸ（ｙ）、ＤＹ（ｘ）を用いて
ウエハステージ８の座標値を補正する構成としたが、こ
れに限定されることなく、例えば、メモリに、曲がり量
ＤＸ（ｙ）、ＤＹ（ｘ）に基づいて補正された座標値を
記憶し、制御系１６がこの座標値を用いてモータ９Ｘ、
９Ｙに指令ＤＳＸ、ＤＳＹを出力するような構成として
もよい。

【００９８】また、θ干渉計ＸθＩ、ＹθＩが移動鏡Ｍ
Ｘ、ＭＹの反射面２２Ｘ、２２Ｙに向けて２本のレーザ
ビームを投射する構成としたが、これに限られず３本以
上のレーザビームを投射するような構成であってもよ
い。ここで、本実施の形態においては、移動鏡ＭＸ、Ｍ
Ｙの反射面２２Ｘ、２２Ｙの曲がり量をコヒーレントな
ビームを用いたθ干渉計ＸθＩ、ＹθＩで計測する構成
としたが、必ずしも干渉計を用いる必要はなく、例え
ば、オートコリメータ方式を利用して、平行光束を移動
鏡ＭＸ、ＭＹの反射面２２Ｘ、２２Ｙに投射し、その反
射光束の反射方向の変化を光電検出する構成にしても同
じ効果が得られる。

【００９９】一方、上記の露光装置では、ウエハステー
ジ８の座標位置を測定する際に、移動鏡ＭＸ、ＭＹの反
射面２２Ｘ、２２Ｙの曲がり量ＤＸ（ｙ）、ＤＹ（ｘ）
を用いる構成としたが、ウエハアライメント系ＷＲ、Ｗ
ＬによりウエハＷ上のアライメントマークを検出するこ
とによって、ウエハＷの装置座標系における位置を特定
するアライメント作業にも適用することができる。

【０１００】これは、アライメント作業におけるウエハ
ステージ８のヨーイング量の測定時に、移動鏡ＭＸ、Ｍ
Ｙの反射面２２Ｘ、２２Ｙの曲がりの誤差が含まれるた
めである。そこで、予め移動鏡ＭＸ、ＭＹの真の曲がり
量ＤＸ（ｙ）、ＤＹ（ｘ）、局所的な反射面２２Ｘ、２
２Ｙの傾き情報Ｙθ（ｘ）、Ｘθ（ｙ）を計測してメモ
リに記憶しておき、θ干渉計ＸθＩ、ＹθＩの実測値を
記憶したデータ値で補正する。これにより、この露光装
置では、反射面２２Ｘ、２２Ｙ自体の曲がりの影響を差
し引いた真のヨーイング量を求めることができる。

【０１０１】また、上記ヨーイング量が求められた場合
には、ウエハＷをヨーイングの方向と逆方向に微小回転
させ、ウエハＷ上の露光領域の配列方向を絶対座標系に
おいて常に一定にすることにより、一回の露光ショット
毎のチップローテーションを防ぐことも考えられる。

【０１０２】例えば、図７に示すように、ウエハステー
ジ８上にθ回転するウエハホルダＷＨを設け、モータＭ
Ｔ、制御系１７で微小回転させる構成とする。さらにウ
エハホルダＷＨの一部に２つのコーナリフレクタ（直角
ミラー）ＣＲ１、ＣＲ２を固定し、ウエハステージ８上
に取り付けたθ干渉計ＷθＩから各コーナリフレクタＣ
Ｒ１、ＣＲ２にビームを投射することで、ウエハホルダ
ＷＨのウエハステージ８上での回転量を精密に計測でき
るようにする。

【０１０３】そして、制御系１７が、補正された真のヨ
ーイング量をθ干渉計ＸθＩ、座標補正系１５から入力
して、そのヨーイング量（ウエハステージ８の原点位置
を基準とした回転量）の分だけ逆方向にウエハホルダＷ
Ｈが回転するように、θ干渉計ＷθＩの計測値をモニタ
ーしつつ、モータＭＴを制御することにより、ウエハＷ
の回転方向の位置を調整することができる。

【０１０４】一方、上記の露光装置１においては、露光
処理対象の物体をウエハとする構成としたが、これに限
られず、例えばレチクルや液晶ディスプレイに用いられ
るガラス基板であってもよい。また、位置測定装置を露
光装置に設ける構成としたが、マスクやウエハ等のパタ
ーンの座標位置を高精度に計測する測定装置にも適用可
能である。

【０１０５】また、ウエハステージ８に位置測定装置１
３を設ける構成としたが、これに限定されるものではな
く、レチクルステージ７に設ける構成や、両ステージ
７，８に設ける構成であってもよい。この場合、例え
ば、走査型の露光装置において、レチクルステージに位
置測定装置１３と同様のものを配設することにより、露
光処理によってウエハに生じたひずみを補正することが
できる。

【０１０６】すなわち、ウエハに生じたひずみを検出し
た後に、レチクルとウエハとを走査露光する際に、レチ
クル側でウエハのひずみを相殺するように、位置測定装
置でレチクルステージの座標を測定しながら該レチクル
ステージを移動させて露光処理を行うことも可能であ
る。

【０１０７】なお、露光装置としては、レチクルＲとウ
エハＷとを静止した状態でレチクルＲのパターンを露光
し、ウエハＷを順次ステップ移動させるステップ・アン
ド・リピート型の露光装置でも、レチクルＲとウエハＷ
とを同期移動してレチクルＲのパターンを露光する走査
型の露光装置にも適用することができる。露光装置の種
類としては、半導体製造用の露光装置に限定されること
なく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パ
ターンを露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド
を製造するための露光装置にも広く適用できる。

【０１０８】また、照明光学系６の光源としては、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレー
ザ（１９３ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（１５７ｎｍ）のみなら
ず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができ
る。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱
電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ₆）、タ
ンタル（Ｔａ）を用いることができる。

【０１０９】投影光学系ＰＬの倍率は、縮小系のみなら
ず等倍および拡大系のいずれでもよい。また、投影光学
系ＰＬとしては、エキシマレーザを用いる場合は硝材と
して石英や蛍石を用い、Ｘ線を用いる場合は反射屈折系
の光学系にし（レチクルも反射型タイプのものを用い
る。）、また電子線を用いる場合には光学系として電子
レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよ
い。なお、電子線が通過する光路は、真空状態にするこ
とはいうまでもない。また、投影光学系ＰＬを用いるこ
となく、レチクルＲとウエハＷとを密接させてレチクル
Ｒのパターンを露光するプロキシミティ露光装置にも適
用することができる。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る位
置測定方法では、ステージの移動中に算出した少なくと
も一方の反射面に関する曲がり量を、次回の処理におけ
る第１および第２方向に関する座標位置を測定する際に
用いることができるので、常に最新の曲がり量に基づい
て座標を補正することになり、測定精度の向上を実現す
ることができる。また、反射面の曲がり量を算出する工
程を別途設ける必要がないので、処理工程の簡素化にも
寄与することができる。

【０１１１】請求項２に係る位置測定方法では、算出さ
れた曲がり量を処理後のステージの移動に利用したとき
には、物体の次回の処理において座標位置を測定する際
に用いることができるので、常に最新の曲がり量に基づ
いて座標を補正することになり、測定精度の向上を実現
することができる。また、算出された曲がり量を計測さ
れた曲がり量との比較に利用したときには、ステージの
移動に際しての異常発生を該ステージの移動毎に確認す
ることができるという優れた効果を奏するものである。

【０１１２】請求項３に係る位置測定方法では、物体の
処理中に何らかの異常が発生しても後工程で発覚するの
ではなく、その都度対処することができるので、メンテ
ナンス作業にかかる時間を削減することができると共
に、不良品の発生も低減させることができる。

【０１１３】請求項４に係る位置測定方法では、ステー
ジの座標補正に用いる反射面の曲がり量を、物体の処理
毎に随時更新できるため、反射面が熱等の影響により処
理中にずれたり、ひずみが発生した場合でも、常に、こ
のずれやひずみの影響を含めて補正した最新の曲がり量
に基づいてステージの座標補正を行うことができるとい
う効果が得られる。

【０１１４】請求項５に係る位置測定方法では、ステー
ジの回転量の影響を排除した真の曲がり量を算出するこ
とができると共に、常に最新の曲がり量に基づいてステ
ージの座標を補正することになり、ステージの座標位置
を高精度に測定できるという効果が得られる。

【０１１５】請求項６に係る位置測定装置では、ステー
ジの移動中に算出した少なくとも一方の反射面に関する
曲がり量を、次回の処理における第１および第２方向に
関する座標位置を測定する際に用いることができるの
で、常に最新の曲がり量に基づいて座標を補正すること
になり、測定精度の向上を実現することができる。ま
た、反射面の曲がり量を算出する工程を別途設ける必要
がないので、処理工程の簡素化にも寄与できるという効
果が得られる。

【０１１６】請求項７に係る位置測定装置では、演算器
がステージの回転量の影響を排除した真の曲がり量を算
出することができると共に、常に最新の曲がり量に基づ
いてステージの座標を補正することになり、ステージの
座標位置を高精度に測定できるという効果が得られる。

【０１１７】請求項８に係る位置測定装置では、物体の
処理中に何らかの異常が発生しても比較回路が曲がり量
の偏差と所定値とを比較して演算器が警告を発するの
で、異常が後工程で発覚するのではなく、その都度対処
することができるので、メンテナンス作業にかかる時間
を削減することができると共に、不良品の発生も低減さ
せることができる。

【０１１８】請求項９に係る露光装置では、マスクのパ
ターンを基板に露光する際に、マスクステージと基板ス
テージとの少なくとも一方の座標補正に用いる反射面の
曲がり量を随時更新できるため、この反射面が熱等の影
響により処理中にずれたり、ひずみが発生した場合で
も、常にこのずれやひずみの影響を含めてマスクのパタ
ーンに対する基板の露光位置が高精度に調整され、良好
な重ね合わせ精度を得ることができる。

【０１１９】請求項１０に係る露光装置では、マスクの
パターンを基板に露光する際に、マスクステージと基板
ステージとの少なくとも一方の座標補正に用いる反射面
の曲がり量を、マスクのパターンが転写される基板の区
画領域毎に算出して更新しているため、この反射面が熱
等の影響により処理中にずれたり、ひずみが発生した場
合でも、区画領域毎にこのずれやひずみの影響を含めて
マスクのパターンに対する基板の露光位置が高精度に調
整され、良好な重ね合わせ精度を得ることができる。

【０１２０】また、この露光装置では、露光処理に何ら
かの異常が発生したときに、異常発生が検知された区画
領域列以外の露光領域においては、露光不良の原因を排
除した状態で露光処理を行うことができるため、露光処
理によって得られる製品の不良品を低減させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、位置
測定装置が配設された露光装置の外観斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態を示す図であって、チャ
ンバー内に露光装置本体が配置された正断面図である。

【図３】本発明の実施の形態を示す図であって、座標
位置測定用の干渉計の構成図である。

【図４】図１におけるウエハステージの配置を示す平
面図である。

【図５】本発明の実施の形態を示す図であって、移動
鏡の曲がり量を測定するθ干渉計の構成図である。

【図６】本発明の実施の形態を示す図であって、移動
鏡自体の曲がりを計測する際の説明図である。

【図７】本発明の実施の形態を示す図であって、チッ
プローテーションを防ぐ構造の一例を示す平面図であ
る。

【符号の説明】Ｒレチクル（マスク）Ｗウエハ（基板）ＸθＩ θ干渉計（第２干渉計）ＹθＩ θ干渉計（第１干渉計）７レチクルステージ（マスクステージ）８ウエハステージ（基板ステージ）１３位置測定装置１４レーザ干渉計（光波干渉計）２２Ｘ反射面（第２反射面）２２Ｙ反射面（第１反射面）２４アライメント・コントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いにほぼ直交する第１および第２方向
に沿ってステージに設けられる２つの反射面に、それぞ
れレーザビームを照射する光波干渉計の出力と、前記２
つの反射面の少なくとも一方に関して計測された曲がり
量とに基づいて、前記第１および第２方向に関する前記
ステージの座標位置を測定する位置測定方法において、前記ステージに保持される物体の所定の処理に伴う前記
計測された曲がり量を用いた前記ステージの移動中に、
前記光波干渉計の出力に基づいて前記少なくとも一方の
反射面に関する曲がり量を算出することを特徴とする位
置測定方法。
【請求項２】前記算出された曲がり量は、前記物体の
所定の処理後における前記ステージの移動に利用され
る、または前記ステージの移動を確認するために前記計
測された曲がり量との比較に利用されることを特徴とす
る請求項１記載の位置測定方法。
【請求項３】前記計測された曲がり量と前記算出され
た曲がり量との偏差が所定値を越えたときに、前記物体
の所定の処理に関して異常が発生していると判定するこ
とを特徴とする請求項２記載の位置測定方法。
【請求項４】前記ステージは、前記光波干渉計の出力
に対応した計測位置を前記曲がり量で補正して得られる
座標位置に従って移動され、前記物体の所定の処理後に、前記算出された曲がり量に
基づいて前記補正された座標位置を随時更新することを
特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の位置
測定方法。
【請求項５】前記２つの反射面の一方に関する曲がり
量を算出するために、前記２つの反射面の他方に照射さ
れる少なくとも２本のレーザビームに対応する前記光波
干渉計の出力に基づいて、前記第１および第２方向を含
む面内での前記ステージの回転量を検出することを特徴
とする請求項１から４のいずれか一項に記載の位置測定
方法。
【請求項６】互いにほぼ直交する第１および第２方向
に沿ってステージに設けられる第１および第２反射面に
それぞれレーザビームを照射する光波干渉計と、前記第１および第２反射面の少なくとも一方に関する曲
がり量を記憶するメモリとを備え、前記光波干渉計の出力と前記記憶された曲がり量とに基
づいて、前記第１および第２方向に関する前記ステージ
の座標位置を測定する位置測定装置において、前記ステージに保持される物体の所定の処理に伴い、前
記記憶された曲がり量を用いて前記ステージを移動して
いる間に、前記光波干渉計の出力に基づいて前記少なく
とも一方の反射面に関する曲がり量を算出する演算器を
備えたことを特徴とする位置測定装置。
【請求項７】前記光波干渉計は、前記第１方向に離れ
た少なくとも２本のレーザビームを前記第１反射面に照
射する第１干渉計と、前記第２方向に離れた少なくとも２本のレーザビームを
前記第２反射面に照射する第２干渉計とを有し、前記演算器は、前記第１反射面に関する曲がり量を算出
するために、前記第２干渉計によって検出される前記第
１および第２方向を含む面内での前記ステージの回転量
を用いることを特徴とする請求項６記載の位置測定装
置。
【請求項８】前記演算器は、前記記憶された曲がり量
および前記算出された曲がり量の偏差と所定値とを比較
する比較回路を有し、前記偏差が前記所定値を越えると
きに警告を発することを特徴とする請求項６または７記
載の位置測定装置。
【請求項９】請求項６から８のいずれか一項に記載さ
れた位置測定装置が、マスクを保持するマスクステージ
と、前記マスクのパターンが転写される基板を保持する
基板ステージとの少なくとも一方に設けられ、前記光波干渉計の出力を前記記憶された曲がり量で補正
して得られる座標位置を、前記算出された曲がり量で随
時更新して、前記マスクのパターンに対する前記基板の
露光位置を調整するアライメント・コントローラを備え
たことを特徴とする露光装置。
【請求項１０】前記基板の複数の区画領域にそれぞれ
前記マスクのパターンを順次転写している間に、前記光
波干渉計の出力から前記一方の反射面に関する曲がり量
が算出されることを特徴とする請求項９記載の露光装
置。