JPS60201344A

JPS60201344A - 転写装置

Info

Publication number: JPS60201344A
Application number: JP59057576A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Hayashi; 豊林
Original assignee: Nikon Corp; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-03-26
Filing date: 1984-03-26
Publication date: 1985-10-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明はマスクのパターンを被露光基板（半導体ウェハ
等）に転写する装置に関し、特にマスクと被露光基板と
を所定の間隔ＣプロキシミティＯギャップ）だけ離して
対面させ、マスクに対して被露光基板を一定距離だけ歩
進させては露光することをｎり返す露光装置、いわゆる
プロキシミティ方式のステッパーに関する。

（発明の背景〕プロキシミティ方式のウェハステッパーとして近年開発
が進められているマイクロ・リソグラフィ装置に、Ｘ線
露光装置がある。このＸ＠露光装置は通常、高真空室に
設けられたターゲットに高エネルギー密度の電子ビーム
を照射することによって特性Ｘ線、すなわち波長１〜５
０オングストローム（Ａ）程度の軟Ｘ＠を発生させ、こ
の軟Ｘ線を金等のＸ線吸収層で所望のパターンを形成し
たマスクに照射する。そしてマスクと所定の間隔（プロ
キシミティ・ギャップ）で対面したウェハ上のＸ　ＩＪ
　ｍ　光層（レジスト）Ｋマスクパターンの軟Ｘ線像を
露光するものである。一般にＩＣやＬＳＩ等の半導体装
置は一枚のウェハ上に複数のチップ（ダイ）として同時
に製造される。従来はウェハ上の複数のチップの各々の
位置に対応した複数のパターンを有するマスクを用いて
、ウェハ上にその複数のパターンを軟Ｘ線で一括露光す
る方法が主流であった。ところがマスクの伸縮やウェハ
のプロセス（エツチングや拡散の工程）による変形等に
よって、ウェハとマスクの重ね合せ精度が悪化すること
を防止するために、近年ウェハ上の１つ、又は複数のチ
ップ毎にマスクの１つ又は複数のパターンを重ね合せて
露光することを繰り返すステップアンドリピート方式（
ステツノマー）が実用化されてきている。このステップ
アンドリピート方式では２次元移動するウェハステージ
にウェハをＧＭ、し、このウェハステージをマスクに対
して所定のピッチで歩進させることＫ　Ｊニー）て、ウ
ェハ上の各チップ毎の露光が行なわれる。このウェハス
テージはレーザ光の干渉を利用したレーザ千渉測長ｄ３
等で位ぼを精密に検出され、位置決め精度もレーザ光の
波長のオーダに近似したものになるように制御されてい
る。またマスクの方は２次元的に徽小艮だけ移動可能な
マスクステージに保持されるこのマスクステージはマス
クツ位置合せ時に、マスクの回路パターン周辺に形成さ
れたアライメント用のマークを観察する顕微鏡に対して
位置決めされる。そして露光時にはこの顕微鏡をマスク
の真上からすなわち軟Ｘ綜路から退避させ、軟Ｘ線が９
歳鏡の対物レンズ等で遮断されないようにしている。と
ころがこのようにすると、露光中マスクとウェハどの位
置ずれを検出する手段がなく一マスクステージが熱や振
動によって動いてしまっても、そのまま露光動作を続け
ることになり、重ね合せ露光が失敗するという欠点があ
った。もちろん露光中に顕微鏡を退避させることなくマ
スクとウェハの位置ずれを常時検出できるように、マス
ク上の回路パターンとアライメント用のマークとを対物
レンズの半゛径以上に離して形成しておくことも考えら
れる。しかしながらこの方法ではマスク上の回路パター
ンとアライメント用のマークとが離れるので回路パター
ンとマークとの位置関係の誤差が増大することになり１
位置合せ精度の低下を招く。またこのことはウェハ上の
チップの配置にも大きな制約を与えることになり、１枚
のウェハから取れるチップ数を激減させることになる。

この欠点を解決するため、例えば特開昭５８−２８７４
８号公報、あるいは特開昭５８−６４０２６号公報に開
示されているように、マスクとウェハの相対的な位置を
単一のレーザ干渉測長器で検出するようにし、位置合せ
達成時に顕微鏡で確認したマスクとウェハの相対的な位
置を記憶しておき、露光時には、単一のレーザ干渉測長
器で読み取った相対位置がその記憶した相対位置と一致
するようにマスクとウェハの相対的な位置ずれをサーボ
制御で常時補正する位置合せ装置が知られている。

ところがこのように、マスクとウェハの相対位置を単一
のレーザ干渉測長に？ｒで検出するような構成タト、露
光時にマスクのパターンとウェハのチップとは常に重ね
合された状態を保つものの、ウェハステージが振動等で
移動してしまった場合、マスクステージもその移動に追
従して移動することになる。このことはマスクとウェハ
が軟Ｘ線の所定の照射位置から一体にずれることを意味
し、微細なパターンの転写には不都合が生じる。このこ
とを第１図を用いて説明する。第１図はＸ線露光の原理
を説明する図であり、マスクＭとウェハＷとは例えば１
０〜５０μｍ程度のプロキシミティ・ギャップＶで対面
している。露光中はマスクＭのアライメント用のマーク
ａとウェハＷ上のアライメント用のマークａ′とが中心
線ＡＸに沿って常に整合している。そしてほぼ点と見な
せるＸ線源Ｄｉからの軟Ｘ線がウェハＷ上にマスクＭの
パターンＢの像Ｂ′を形成する。もし、マスクＭとウェ
ハＷとが同時に同方向に移動してしまうと、マスクＭか
ら見たＸ線源Ｄ１はＤ２の位置に動いたことになり、パ
ターンＢの像Ｂ′はＢ′から８“のようにシフトしてし
まう。すなわちパターンＢのウェハＷ上での転写位置が
横ずれを起してしまうという欠点が生じる。

さらに上記のように単一のレーザ干渉測長器を用いる構
成だと、例えばステッピングの際ウェハステージだけを
高精度に一定距離だけ移動したいとき、マスクステージ
が振動等で動いていると、両ステージの相対位置は検出
できるものの、ウェハステージの原点位置からの絶対的
な位置は検出できないから、ウェハステージを単独に正
確に位置決めできないという欠点もある。

（発明の目的）本発明は上記の欠点を解決し、転写（露光）時にはマス
クと被露光基板（ウェハ）との相対的な位置ずれ、及び
露光用光源Ｃ線源）に対する位置ずれが共に生じないよ
うに制御するとともに、マスクと被露光基板とを単独に
高精度に移動可能な転写装［１得ることを目的とする。

（発明の概要）本発明は、所定のパターンを有するマスクに対して被露
光基板〔ウェハ）を位置決めしてから、その基板にパタ
ーンを転写する装置において、前記マスクを２次元移動
するためのマスク移動装置と、基板をマスクと対向する
ように保持して２次元移動するだめの基板移動装置（ウ
ェハ移動装置）と、マスク移動装置の２次元的な位置を
検出する第１の測長器（レーザ干渉計４０．４０’）と
、基板移動装置の２次元的な位置を検出する第２の測長
器（レーザ干渉計３０．３０’）と、基板を位置決めす
る時、第１の測長器により検出されるマスクの位置が変
化しないようにマスク移動装置の位置を制御する第１の
制御手段（ＣＰＵ５０．ＭＸ４ＣＴ６１　、ＭＹ−ＡＣ
Ｔ６２　）と、パターンの転写時には第１と第２の測長
器により検出されるマスクと基板の位置が共に変化しな
いようにマスク移動装置と基板移動装置の各位置を制御
する第２の制御手段（ＣＰＵ５０　、ＭＸ−ＡＣ１’６
１　、ＭＹ−ＡＣＴ６２　、ＷＸ−ＡＣＴ６５　。

ＷＹ−ＡＣＴ６６　）とを設けることを技術的要点とし
ている。

（実施例）第２図は本発明の実施例によるＸ線露光装置の概略的な
構成図である。ベース１（基台）の上には直交座標系ｘ
ｙのＸ方向（図中左右方向）に可動なＸステージ２がニ
ードルベアリング等を介して載置される。このＸステー
ジ２の上にはＸステージ２に対してｙ方向（図中紙面と
直交する方向）に可動なＹステージ３がニードルベアリ
ング等を介して載置される。ざらにＹステージ３には、
座標系ｘｙのＸ軸とｙ軸とが成すｘｙ乎面（基準面）と
平行な面内でＹステージ３に対して回転可能なθステー
ジ４がベアリングを介して設けられる。

ウェハホルダ５はθステージ４に対して２方向（ｘｙ平
面と垂面な法線方向）に可動であるとともに、ｘｙ平面
に対して任意の方向に傾斜（レベリング）可能に設けら
れる。そして、このウェハホルダ５はその上面に露光す
べきウェハ６を真空吸着する。以上のＸステージ２、Ｘ
ステージ３、θステージ４、及びウェハホルダ５により
てウェハ６の立体的な移動装置を構成する。さて、Ｘス
テージ３にはレーザ光の干渉を利用した位置測定のため
に、反射平面がｙ方向に伸びた反射ミラー７が設けられ
る。また第２図では不図示であるが、Ｘステージ３には
反射平面がＸ方向に伸びた反射ミラー７′も設けられて
いる。この反射ミラー７．７′は各々ウェハ移動装置の
Ｘ方向とｙ方向の位置測定用のミラーである。さらに上
記Ｘステージ２、Ｘステージ３、θステージ４、ウェハ
ホルダ５の移動はそれぞれモータ等によって駆動される
。

第２図ではベースｌに固定されて、Ｘステージ２を送り
ネジの回転によって駆動するためのモータ８のみを示し
た。Ｘステージ３はＸステージ２に固定されたモータに
よって送りネジを介して駆ωノされ、θステージ４はＸ
ステージ３に固定されたモータによって駆動されろ汗し
て、ウェハホルダ５はθステージ４に固定された複数の
モータによって、２方向の駆動と、ウェハホルダ５の載
置面中心を原点とする座標系ｘｙのＸ軸を中心とした回
転駆動と、ｙｌｌｉＩを中心とした回転駆動とが行なわ
れる。ただしこの回転駆動のｘｆｉ＋＆とｙ軸とはウェ
ハ６の表面に一致するように定められているものとする
。

一方、内側に大きな開口を看するコラム９は不図示であ
るがベースｌと一体になって、ウェハ移動装置の上方に
般けられる。ＸＹＸステージ１０Ｊ’ｔコラム９Ｘ方向
とｙ方向とに可動に懸架状態で設けられ、コラム９に固
定された不図示の２つのモータによってそれぞれｘ、ｙ
方向に駆動される。

その移動範囲はウェハ移動装置のｘｙ方向の移動範囲よ
りもかなり小さい。このＸＹＸステージＯの内側には開
口がＪｖ成され、この開口の中にＸｙ平面と平行な面内
でｌ転回能なθステージ１１がベアリンダを介し、て設
けられている。θステージ１１ねＸＹＸステージＯに固
定されたモータ１２によって回転駆動される。θステー
ジ１１の中心部には開口が形成され、この開口を覆うよ
うなマスクホルダ１３が設けられる。マスクホルダ１３
の中心部にはマスク１４の周辺のみを懸架状態で真空吸
着するような開口が形成されている。このマスクホルダ
１３もθステージ１１に設けられた複数のモータにより
て２方向の運動とレベリングの次めの運動とを行なう。

ただし、このレベリングはマスク１４の下面（ウェハ６
と対向する面）に含まれた互いに直交するＸ軸とｙ軸と
を中心にマスクホルダ１３を回転することによって行な
われる。以上のＸＹＸステージ１．θステージ１１゜及
びマスクホルダ１３によってマスク１４の立体的な移動
装置（マスク保持族＠）を構成する。さて、そのＸＹＸ
ステージＯには、レーザ光の干渉を利用したマスク１４
の位置測定のために、反射平面がｙｚ平面と平行な反射
ミラー１５と、不図示であるが、反射平面がＸｌｌ平面
と平行な反射ミラー１５′とが設けられている。これら
反射ミラー１５　、１５’は各々マスク移動装置のＸ方
向とｙ方向の位置側照用のミラーであり、マスクのｘ、
１面は極めて小さなものでよい。

さて、マスタ１４の直上には軟Ｘ線に対して減衰の小さ
いポリイミドの薄膜１４を均一に支持するとともに、内
部に軟Ｘ線に対して減衰の小さい気体（例えばヘリウム
）ｅ満し、Ｘ曽源１８からの軟Ｘ線をマスク１４の直前
まで導くための筒状の低減衰室１７が設けられている。

Ｘ、！ｌ源１８内−には電子銃１９と軟Ｘ＃発生用のタ
ーゲラ）２０とが設けられ、ターゲット２０からの軟Ｘ
線ｚ２は開閉可能なシャッター２１を介して低減衰室１
７゜薄膜１６を通ってマスク１４に照射される。低減衰
室１７の内部には、マスク１４とウェハ６の２次元的な
位置合せとプロキシミティ・ギャップの設定のための光
学的な顕ｆｌＩ＠２３がマスク１４（ウェハ６）の３ケ
所をそれぞれ観察するように設けられている。顕ａｆｔ
ｆｔｚａ（以下、アライメントスコープ２３と呼ぶ）Ｊ
−を第２図ではＸ方向に°左右対称に配置された２つだ
けが示されているが、実際には紙面と垂直な方向にもう
１つのアライメントスコープが設けられている。これら
３つのアライメントスコープ２３は露光時にはマスク１
４に達Ｔる軟Ｘ線２２を遮断しないように図中矢印２３
ａのようにマスク１４の直上から退避し、位置合せやギ
ャップ設定時には図示のようにマスク１４の直上に進出
する。このため、アライメントスコープ２３は低減衰宗
１７の隔壁に気密シール１７ａを介して内部に進退可能
に設けられる。このアライメントスコープ２３は不図示
のモータによって１動され、所定の精度で位り、決めさ
れる。

さて、レーザ干渉計ユニット３０は平行なレーザビーム
をビームスプリッタ３１に向けて照射する。そのレーザ
ビームは２つに分けられて、一方のビームは固定ミラー
３２に向けて照射され、他方のビームはＹステージ３に
設けられた反射ミラー７に向けて照射される。これら固
定ミラー３２からの反射ビーム３３と反射ミラー７から
の反射ビーム３４はビームスプリッタ３１で合成されて
再びレーザ干渉＃ｌユニット３０に戻る。レーザ干渉組
二二、）３０Ｆｉビームスプリツタ３１で合成された両
反創ビームにより生じる光波干渉縞（フリンジ）の移動
を充電検出して、レーザビームの波長を尺度とした検出
信号を出力する。これらレーザ干渉計ユニット３０、ビ
ームスプリッタ３１、及び固定ミラー３２はベース１と
一体に設けられているので、レーザ干渉計ユニット３０
はベース１に対するウェハ移動装置のＸ方向の移動量に
応じた検出信号を出力する。また、Ｙステージ３にけｙ
方向の位置検出用の反射ミラー７′が設けられており、
この反射ミラー７′を使って不図示のレーザ干ｔｉｔユ
ニット３０′によってウェハ移動装置のｙ方向の移動量
が同様に検出される。従って、２つのレーザ干渉計ユニ
ット３０．３０’によってウェハ６の座標系ｘｙにおけ
る２次元的な位置が波長のオーダ、例えば０．０２μｍ
の分解能で検出可能である。

一方、マスク移動装置についても、Ｘ方向の移動量に胸
してけレーザ干渉計ユニット４０、ビームスプリッタ４
１、固定ミラー４２によって反射ミラー１５にレーザビ
ームを照射することによって検出される。さらにマスク
移動装置のｙ方向の移動量に関しては、ＸＹステージ１
０に設けられた反射ミラー１５′を使って不図示のレー
ザ干渉計ユニット４０′ニよって検出される。このレー
ザ干渉計ユニ、）４０．４０’もベースｌと一体に設け
られているので、レーザ干渉計ユニ、ト４０．４０′に
よってマスク１４の座標系ｘｙＫおける２次元的な位置
が波長のオーダ（０，０２μｍ）で検出可能である。

尚、レーザビームの反射ミラー７．７′へのＺ方向での
照射位置は、測定精度向上のためにできるだけウェハ６
の表面と同じ高さに定めるのが望ましい。このことは反
射ミラー１５．１５’の配ＭＫ関しても全く同様で、レ
ーザビームの照射位置をマスク１４の表面と同じ高さに
することが望ましい。さらに反射ミラー７．７１に照射
される２つのレーザビームの光軸は直交するが、その交
点は、軟Ｘ線２２の発生点（実際には有限の大きさをも
つ微小面）　Ｅｐを通るｘｙ平面の法線上に位置するよ
うに定められている。

第３図は第１図のＸ線露光装置の制御系の回路ブロック
図である。装置の全体的な動作はマイクロフンピユータ
等のデジタルプロセッサー（以下、ＣＰＵと呼ぶ）５０
によって統括制御される。レー゛−ザ干波計ユニ、）３
０（以下、ＷＸＩ３０とする）、レーザ干渉語ユニット
３０′Ｃ以下、ＷＹＩ３Ｇ’とする〕、レーザ干渉計ユ
ニ、　）４０　（以下、厄Ｉ４０とする）、及びレーザ
干渉計ユニ、）４０’（以下、ＭＹＩ　４０’とＴる）
からの各検出信号は干渉計用のインターフェース回路（
以下、ＩＰとする）５１を介してＣＰＵ５０に読み込ま
れる。ＩＦ５１内には各渉計ユニットからの検出信号（
例えば０．０２　ｐｍ毎に発生するアップパルスとダウ
ンパルス）ヲ可逆計数するための４つのデジタルカウン
タが設ケられているｆ、ＣＰＵ５０ｔｉこの４つのカウ
ンタの計数値を必要に応じて読み込み、マスク１４やウ
ェハ６の座標系ｘｙにおける位置を検出する。ただし、
ウェハ移動装置はステップアンドリピート方式で移動す
るため、ベース１上の所定の位置を原点として位置決め
される。このためウェハ移動装置がその原点位置にきた
とき、ＷＸＩ３０　、ＷＹＩ３０’からの検出信号を計
数するカウンタはともに零になる。尚、以降の説明を前
章にするため、ＭＸＩ４０　、ＭＹＩ４０’　、ＷＸＩ
３ｏ　、ＷＹＩ３０’用の各カウンタをそれぞれカウン
タ八ＩＸＣ、ＭＹＣ、ＷＸＣ、ＷＹＣと呼ぶことにする
。

さて、信号処理回路５２はアライメントスコープ２３の
所定の焦点位置に対するマスク１４やウェハ６のＺ方向
の位置すれと、マスク１４やウェハ６に設けられたアラ
イメントマークのＸ方向、Ｘ方向の位置ずれとを検出し
、その各位置ずれ情報をＣＰＵ５０に出力する。またＣ
ＰＵ５０Ｋｌ’を各種プログラムやデータを記憶するた
めのメモリ５３が接続される。

３つのアライメントスコープ２３はモータを含むアライ
メントスコープ駆動系（以下Ａｓ−ＡＣＴとする）６０
を介してＣＰＵ５０の指令で駆動される。マスク移動装
置のＸＹＸステージ１はＸ方向駆動系（以下、ＭＸ−Ａ
ＣＴとする）６１とＸ方向駆動系（以下、ＭＹ−ＡＣＴ
とする）６２とによってＣＰＴＪ５０の指令に応じて移
動する。θステージ１１はモータ１２を含む駆動系（以
下Ｍθ−ＡＣＴとする）６３によって駆動され、マスク
ホルダ１３の２方向移動とレベリングは駆動系〔以下、
ＭＬ−ＡＣＴとする〕６４によって行なわれる。さらに
、モータ８を含むＸステージ２の駆動系（以下、ＷＸ−
ＡＣＴとする）６５．Ｘステージ３の駆動系Ｃ以下、Ｗ
Ｙ−ＡＣＴとする）６６、θステージ４の駆動系（以下
、Ｗθ−ＡＣＴとする）６７、及びウェハホルダ５の２
方向移動とレベリング用の駆動系（以下、ＷＬ−ＡＣＴ
とする）６８も、ＣＰＵ５０からの指令でそれぞれ制御
される。

第４図は本装置に好適なマスク１４の平面図である。マ
スク１４の中央には所望の回路パターンを描いた矩形の
パターン領域ＰＡが設けられ、その周辺の３ケ所には３
つのアライメントスコープ２３で観察し得る位置合せ用
のマークｍｌ　、　ｍ２　、　ｍ３が付随して設けられ
ている。パターン領域ＰＡの中心ＣＣを座１！！！系ｘ
ｙの原点と一致させたとき、マークｍｌはｙ軸上に線状
に伸び、マークｍ２　、　ｍ３はｘ軸上に線状に伸びる
ように形成されている。

このマークｍ１は゛マスク１４のＸ方向の位置合せに用
い、マークｍ２ケマスク１４のＸ方向の位置合せに用い
、マークｍ３はマークｍ２といっしょに使りてマスク１
４の回転方向の位置合せに用いるものである。

第５図は本装置によって露光するのに好適なウェハ６の
平面図である。ウェハ６にはマスク１４のパターン領域
ＰＡと重ね合わされるチップＣがマトリックス状に複数
配列されている。ウェハ６のフラッ）Ｆを座標系ｘｙの
Ｘ軸と平行にすると、各チップＣはＸ方向とＸ方向とに
一定のピッチで配列されている。このチップＣのそれぞ
れには、マスク１４のパターン領域ＦＡとチップＣとを
正確に重ね合せたとき、マークｍｌ、ｍ２．ｍ３の各々
と整合するマークＰＩ、Ｐ２．Ｐ３が形成されている。

従ってウェハ移動装置をステップアンドリピート方式で
動かし、ウェハ６の１．のチップ、例えばチップＣＩと
パターン領域ＦＡとを重ね合せるとき、３つのアライメ
ントスコープ２３によってマークｍ１とＰｌ、マークｍ
２とＰ２、マークｍ３とＰ３とがそれぞれ整合して観察
されるようにウェハ６（あるいはマスク１４）を位置決
めすればよいＯ第６図はＡｓ−ＡＣＴ６０．ＭＸ−ＡＣＴ６１、ＭＹ−
ＡＣＴ６２、ＷＸ−ＡＣＴ６５．ＪヒＷＹ−ＡＣＴ６６
’ＩＫ含！！’れるサーボ回路の一部を示す回路ブロッ
ク図であり、ここでは代表してＷＸ−ＡＣＴ６５につい
て説明する。デジタル−アナログ変換器（以下、ＤＡＣ
とする）７０はＣＰＵ５０から出力されたＸステージ２
の現在位置から目標位置までの移動量に応じた速度デー
タを入力し、そのデータをアナログ信号に変換する。差
動アンプ７１はＤＡＣ７０からのアナログ信号（指令値
）と、モータ８の回転軸に直結されたタコジェネレータ
（以下、ＴＯとする）７２から出力される回転速度に応
じた信号との差（偏差）に応じた電圧をモータ８に印加
する。従りてＸステージ２の位置が目標位置と−゛致す
ると。

ＤＡＣ７０のアナログ信号は零になり、モータ８の回転
は停止する。また、Ｘステージ２の移動中、ＣＰＯ５０
はＷＸＩ３０用のカウンタＷＸＣの計数値を逐次読み込
んで、Ｘステージ２の目標位置までの移動量を順次更新
し、その更新された移動量に応じた速度データをＤＡＣ
７０に出力している。このためモータ８はＣＰＵ５０か
らの速度データに応じて回転し、Ｘステージ２は移動量
に応じた最適な速度で移動する。

第７図はアライメントスコープ２３の信号処理回路５２
の具体的な構成を示す回路ブロック図である。アライメ
ントスコープ２３内には偏光成分の異なる光に対して焦
点位置が所定間隔だけ離れるような２重焦点対物レンズ
８０と、偏光ビームスブリック８１と、２つの受光素子
８２．８３が設けられている。

ウェハ６とマスク１４のプロキシミティ・ギャップを１
とすると、対物レンズ８ｏの１つノ焦点位置は結像面Ｆ
Ｐｍにあり、他の１つの焦点位置は結像面ＦＰｍからギ
ヤ、プｔだけ離れた結像面ＰＰＷにある。この結像面Ｆ
Ｐ、にマスク１４を一致させ、結像面ＦＰｗにウェハ６
を一致させ、対物レンズ８０でマークｍｌ（ｍ２．ｍ３
）とマークＰＩ　（Ｐ２　、　Ｐａ　）を観察すると、
マークｍｌからの一方の偏光成分の光８４は対物レンズ
８０で収束され、偏光ビームスプリッタ８１で反射され
、受光素子８２に達する。またマークＰ１からの他方の
偏光成分の光８５は対物レンズ８０で収束され、偏光ビ
ームスプリッタ８１を透過して受光素子８３に達する。

受光素子８２はマークｍ１が対物レンズ８０の視野内の
所定位置に整列したとき光電信号を出力し、受光素子８
３けマークＰ１が対物レンズ８０の視野内の所定位置に
整列したとき光電信号を出力する。また、それら光電信
号の大きさは各マークの所定位置からのずれに対応して
いる。アライメント信号発生回路８６は受光素子８２．
８３の両光電信号を入力して、マスク１４の対物レンズ
８０に対するｘ、ｙ方向の位置ずれに応じた信号８１と
、ウェハ６の対物レンズ８０に対するｘ、ｙ方向の位置
ずれに応じた信号８２を出力する。アナログ−デジタル
変換器（以下、ＡＤＣとする）８７．８８はそれぞれ信
号８１と８２を入力して、その大きさをデジタル値に変
換してＣＰＵ５０　Ｋ出力する。またアライメントスコ
ープ２３は第３図に示したＡ８−ＡＣＴ６０によって対
物レンズ８０の光軸と直交する方向に移動される。尚、
第７図では不図示であるが、アライメントスコープ２３
の対物レンズ８ｏを利用してマスク１４の結像面ＦＰｍ
からのずれとウェハ６の結像面ＦＰｗからのずれとをそ
れぞれ）ｌｅ電検出し。

その各焦点ずれに応じた信号を出方する焦点検出回路も
含まれている。この焦点検出回路からの焦点ずれ信号も
適当なインターフェイス回路を介してＣＰＵ５０に出力
される。この第７図の回路は３つのアライメントスコー
プ２３のそれぞれに全く同様に設けられている。

次に本装置の動作を第８図のフローチャート図に基づい
て説明する。第８図はマスク１４の装置への装着から１
枚目のウェハ６の露光完了までの一連の動作を示す。以
下その一連の動作のためのステップ１００〜１１０を説
明する。

〔ステップ１００〕まず初めに、ＣＰＵ５０はアライメントスコープ２３の
位置較正の動作を開始する。この動作はマスク１４を装
置に装着する前に実行される。ＣＰＵ５０ｔｉＡ８４Ｃ
Ｔ８０を駆動して３つのアライメントスコープ２３を低
減衰室１７に進出させ、マスク１４の３つのマークｍｌ
　、ｍ２．ｍ３がそれぞれ観察されるような位置に位置
決めする。次にＣＰＵ５ｏはＷＸＩ３０　、ＷＹＩ３０
’（力’＞ンタＷＸＣ，ＷＹＣ）とＷＸ４ＣＴ６５　、
ＷＹ−ＡＣＴ６６とによってウェハ移動装置（特にＸス
テージ２とＹステージ３）を千渉計による位置決めサー
ボ制御状態にする。そしてＣＰＵ５０は、第２図では不
図示であるが、ウェハ移動装置の一部に設けられた第９
図のような基部マーク板９０をアライメントスコープ２
３の直下に位置決めするようにウェハ移動装置を制御す
る。基準マーク板９ｏにはウェハ６上のマークＰｉとＰ
２　（Ｐ３　）と同等ノ基準マーり９０　ｘ、　９０ｙ
がそれぞれｙ方向とＸ方向とに伸びる線状に形成されて
いる。ＣＰＵ５０はこれら基準マーク９０ｘ、９０ｙが
マスク１４のマークｍｌ、ｍ２．ｍ３　の設計上の位置
にくるようにウェハ移動装置を順次位置決めした後、基
準マーク９０ｘ　、９０ｙが対物レンズ８０の視野内の
所定位置にくるように、例えば対物レンズ８０の光路中
に設けられた平行平板ガラス（プレーンパラレル）を回
転させる。この回転はｃｐｕｓｏがＡＤＣ８７からの位
置ずれ信号Ｓ１のデータを読み込んで位置ずれがなくな
るまで行なわれる。以上のようにして３つのアライメン
トスコープ２３の位置、すなわちマスク１４のマークｍ
ｌ　、ｍ２　、ｍ３の検出中心位置が正しく調整されろ
う〔ステップ１０１）次にＣＰＵ５０は第４図に示したマスク１４をローディ
ングし、そのマスク１４がマスクホルダ１３の所定位置
に真空吸着されるように制御する。

〔ステップ１０２〕ＣＰＵ５０はＭＸＩ４０　、　ＭＹＩ４０’　Ｃカ”＞
　＞　ａ　ＭＸＣ、ＭＹＣ）とＭＸ−ＡＣＴ６１　、Ｍ
Ｙ−ＡＣＴ６２とによってマスク移動装置（特にＸＹＸ
ステージ１）を干渉計による位Ｕサーボ制御の状態にす
る。そしてＣＰＵ５０は信号処理回路５２からの位置ず
れ信号８１のデータをモニターしつつ、マスク１４の３
つのマークｍｌ　、ｍ２　、ｍ３が３つのアライメント
スコープ２３のそれぞれによって位置合せされるように
ＸＹＸステージ１を移動させる。このときＭθ−ＡＣＴ
６３による回転ずれの補正と、ＭＬ−４ＣＴ６４による
２方向の駆動とレベリングの駆動とが行なわれ、マスク
１４の下面は３つのアライメントスコープ２３の各結像
面ＦＰｍと一致するように調整される。そして、３つの
マークｍｌ、ｍ２．ｍ３について位置合せが達成される
と、ＣＰＵ５０は信号処理回路５２からの位置ずれ信号
８１のデータが変化しないように、ＭＸ−ＡＣＴ６１．
ＭＹ−ＡＣＴ６２をサーボ制御する。これによって、マ
スク１４の座標系Ｘ７における位置は、アライメントス
コープ２３で検出される位置ずれが常に零になるように
サーボロックされる。尚このようなサーボロックを以後
、アライメント信号（位置ずれ信号８２．又はｓｌ）に
よるサーボロック−と呼ぶことにする。

〔ステ、プ１０３〕次にＣＰＵ５０はマスク１４のアライメント信号による
サーボ口、りを保ったまま、ウェハ移動装置をＷＸＩ３
０　、ＷＹＩ３０／によるサーボ制御によりＸ、７方向
に移動させて、第５図に示したウェハ６がウェハホルダ
５に受け渡されるように制御する。ウェハ６がウェハホ
ルダ５に載置されると、ウェハ６は載置面に真空吸着さ
れる。このときウェハ６はフラッ）ＰがＸ方向と概ね平
行になるように予めプリアライメントされている。

〔ステップ１０４〕次にＣＰＵ５０はウェハ移動装置の座標系ｘｙにおける
位置をＷＸＩ３０　、ＷＹＩ３０’によりサーボ制御し
、ウェハ６上の１番目のチップ、すなわち第５図中のチ
ップＣ１がマスク１４のパターン領域ＰＡと概ね重なり
合うようにウェハ６を位置決めする。そしてその位置で
ｃｐｕｓｏは信号処理回路５２からのウェハ６の位置ず
れ信号Ｓ２をモニターしつつ、マスク１４のマークｍｌ
　、ｒｎ２．ｍ３がそれぞれチップＣ１に付随したマー
クＰｉ　、　Ｐ２　。

Ｐ３と位置合せされるように、Ｘステージ２とＹステー
ジ３とを正確に位置決めする。このとき、ＷＸＩ３Ｇ　
、ＷＹＩ３０／によるウェハ移動装置帽ボ制御は位置ず
れ信号８２（アライメント信号）によるサーボ制御に切
替られている。また同時にＣＰＵ５０は対物レンズ８０
の結像面ＦＰｗとウニ八６の表面とが一致するように、
ＷＬ−ＡＣＴ６Ｂを駆動するとともに、チップＣ１の回
転誤差が補正されるように位置ずれ信号Ｓ２に基づいて
Ｗθ−ＡＣＴ６７を駆動する。以上により、ウェハ６の
チップＣ１の表面とマスク１４のパターン領域ＦＡとは
正確にギャップｆで平行に対面する。こうしてマスク１
４とウェハ６のチップＣＩとのギヤ、プ出しと位置合せ
が達成されると、ＣＰＵ５０はウェハ６の座標系ｘｙに
おける位置が変化しないようにウェハ移動装置をアライ
メント信号によりサーボロックする。以上により、マス
ク１４とウェハ６との２次元的な位置は３つのアライメ
ントスコープ２３を基準に正確に位置決めされたことに
なる。

〔ステ、プ１０５〕次にＣＰＵ５０Ｆｉアライメント信号によりサーボ口、
りされたマスク１４とウェハ６との位置を記憶する。そ
こでＣＰＵ５０け、マスク移動装置（マスクステージ）
のＭＸＩ４０　ｊＭＹＩ４０’用のカウンタＭＸＣ、Ｍ
ＭＣの両針数値Ｘｍ　、Ｙｍと、ウニ）Ｓ移動装置（ウ
ェハステージ）のＷＸＩ３Ｇ　、　ＷＹＩｉ３０’用の
カウンタｗｘｃ　、ｗｙｃの両針数値Ｘｗ　、Ｙｗとを
読み取って記憶する。この読み取りを極めて短い時間に
複数回行ない、その読み取った複数の計数値を平均した
値を記憶するようにすれば、各移動装置に微小な振動が
あったとしても精度の高い位置測定が可能であるう次にＣＰＵ５０は、基準値として読み込んだ計数値Ｘｗ
　、　Ｙｗ　、　Ｘｍ　、　Ｙｍを記憶した後は、カウ
ンタＷＸＣ、ＷＹＣ、ＭＸＣ、ＭＭＣの計数値を逐次読
み込んで、その値が基準値から変化しないようにマスク
１４（マスク移動装置）とウェハ６（ウェハ移動装置）
とをそれぞれサーボロックする。マスク１４はＭＸＩ４
０　、ＭＹＩ　４０’によりＭＸ−ＡＣＴ６１　、ＭＹ
−ＡＣＴ６２を駆動することによってサーボロックされ
、ウェハ６はＷＸＩ３０　、ＷＹＩ　３　Ｇ’によりＷ
Ｘ−４ＣＴ６５　、ＷＹ−ＡＣＴ６６を駆動することに
よってサーボロックされる。尚、このサーボ口、りを以
後干渉針によるサーボ口、りと呼ぶことにする。

〔ステ、プ１０６〕さて、ＣＰＵ５０はマスク１４とウェハ６のベース１に
対する位置をそれぞれ別個に干渉計によりサーボ口、り
した状態で、Ａ３−４ＣＴ６０を駆動して３つのアライ
メントスコープ２３をマスク１４の上方から退避させる
。

〔ステップ１０７〕次にＣＰＵ５０はシャ、ター２１を所定時間だけ開き、
軟Ｘ線２２をマスク１４に照射してパターン領域ＰＡＯ
Ｘ線像をウェハ６のチップＣＩに重ね合せて露光させる
。この露光動作の間、マスク１４の位置とウェハ６の位
置とは干渉計によるサーボロックのため１機械的な振動
や熱的な伸縮があっても常に初期の位置に保持されてい
る。しかもマスク１４とウェハ６の位置はそれぞれ別−
に装置Ｃベース１等）に対して規定されるので、従来の
ようにウェハｉが何らかの原因で移動してしまりたとき
、マスク１４がその移動に追従して移動することがない
から、マスク１４の軟Ｘ線２２に対する位置ずれが生じ
ない。このためウェハ６のチップＣＩには解像力が高い
パターン転写が行なわれるとともに、重ね合せ精度も極
めて高くなる。

そしてＣＰＵ５０はシャッター２１を閉じて露光動作を
終了する。

〔ステップ１０８〕露光動作が完了すると、ＣＰＵ５０はＡｓ−ＡＣＴ６０
を駆動して３つのアライメントスコープ２３をステップ
１００で決められた最初の繰り出し位置に位置決めする
。これによって３つのアライメントスコープ２３のそれ
ぞれによってマスク１４のマークｍｌ　、ｍ３　、ｍ３
が位置合せされた状態で検出されるはずであるが、アラ
イメントスコープ２３の直進性や位置決め精度に制限さ
れて、最初の通り正確に位置合せされるとは限らない。

そこで３つのアライメントスコープ２３を最初の繰り出
し位置に位置決めした後、ＣＰＵ５０はマスク１４とウ
ェハ６の干渉計によるサーボロックを保つたまま、信号
処理回路５２からのマスク１４の位置ずれ信号８１に基
づいて、その位置すれかなくなるようにアライメー゛ン
トスコープ２３の位置をサーボ制御する。これは先のス
テップ１００で述べたように、対物レンズ８００光路中
に設けられたプレーンパラレルを回転させることによっ
て実行される。具体的にはプレーンパラレル回転用のモ
ータを位置ずれ信号Ｓ２に基づいてサーボ制御し、位置
ずれがなくなった回転角度のところでサーボロックする
ものである。

ただし、３つのアライメントスコープ２３において、マ
ークｍｌ、ｍ３を観察する２つのアライメントスコープ
２３ではプレーンパラレルの回転によってマークの検出
中心位置は対物レンズ８０の視野内でｙ方向に微小変位
し、マークｍ２を観察するアライメントスコープ２３で
はＸ方向に微小変位する。以上により３つのアライレン
トスフープ２３はマークｍｌ　、　ｍ２　、　ｍ３に対
してそれぞれ最初の通り正確に位置合せされたことにな
る。

〔ステップ１０９〕次にＣＰＵ５０は３つのアライメントスコープ２９゜づ
いて干渉用（ＭＸＩ４０　、　ＭＹＩ４０’）によりサ
ーボロックした状態で、ウェハ６をチップＣの配列ピッ
チ分だけ歩進（ステッピング）させる。例えば次に露光
するチップが第５図中、チップＣ２であるとすると、Ｃ
ＰＵ５０はカウンタＷＸＣの計数値が配列ピッチに応じ
た値だけ増加（あるいは減少）シ、かつカウンタＷＹＣ
の計数値が変化しないように、ＷＸ−ＡＣＴ６５とＷＹ
−ＡＣＴ６６全サーボ制御する。これによってマスク１
４のパターン領域１とチップＣ２とが概ね重ね合された
ことになる。

尚、この時マスク１４とウェハ６の接触をさけるために
、マスク１４（又はウェハ６）を一定量だけ２方向に上
昇（又は下降）させてからステッピングを行ない、ステ
ッピングが終了したらマスク１４（又はウェハ６〕を元
のＺ方向位置に戻すとよい。

〔ステップ１１０〕次にＣＰＵ５０はウェハ６上にｍ回露光を繰り返したか
否かを判断するここでｍ回の露光が終了していれば、一
枚のウェハの露光を全て完了したことになる。第５のウ
ェハ６ではチップ数は９であるので、再びステップ１０
４から同様の動作を実行する。

さて、ステップ１０４でＣＰＵ５０は、アライメント信
号による３つのアライメントスコープ２３のサーボロッ
クを中止し、その代りにアライメント信号でマスク１４
とウェハ６の位置をそれぞれサーボロックするように制
御する。以後の動作はヒ前述の動作全く同じに実行される。

以上のように本実施例ではレーザ干渉ａＩ用の反射ミラ
ー７．７′１１５．１５′はそれぞれマスター４やウェ
ハ６の回転とレベリングとは無関係にＸ方向とＸ方向と
にのみ移動するステージ（Ｙステージ３とＸＹステージ
１０）に固定されている。

このため、マスク１４やウェハ６を６自由度方向（Ｘ方
向、Ｘ方向、２方向、θ方向、Ｘ軸回りのレベリング方
向、及びｙ軸回りのレベリング方向）に動かしたとして
も、各反射ミラー７．７′１１５１．５／からのレーザ
ビームは常にレーザ干渉計に戻り、マスク１４やウェハ
６のｘｙＸ方向位置は正確に検出される。また、マスク
１４の移動爪そのものはウェハ６の移動量に比べて十分
率さいので、反射ミラー１５　、１５’の反射面は反射
ミラー７．７′の反射面よりもかなり小さくできる。さ
らに１反射ミラー１５　、１５’からレーザ干渉計４０
．４０′までのレーザ光路長も短くてよく、装置の小型
化が期待できる。また、ウェハ６の中心（ウェハホルダ
５の中心）とマスク１４の中心とが概ね一致した位置で
、レーザ干渉計３０と４０の両レーザ光路長とが等しく
なるように各部材を配置すると、レーザ光の波長が気圧
、気温等によって変化しても、測長誤差による位置合せ
、位置決め誤差が、ウェハ６の全面に渡って顕著に現わ
れないという利点もある。

以上、本発明の詳細な説明したが、ステップ１０７の露
光動作において、マスク１４とウェハ６の相対的な位置
ずれが生じないようにしてもよい。具体的には、ＣＰＵ
５０がステップ１０５で基準値となる計数値Ｘｍ　、　
Ｙｍ　、　Ｘｗ　、　Ｙｗを読み取った後、マスク１４
の位置とウェハ６の位置との差を演算し、その差分の値
Ｘｍ　−Ｘｗ　、　Ｙｍ　−Ｙｗを記憶する。そして露
光動作中はカウンタＭＸＣ。

ＭＭＣの計数値が計数値Ｘｍ　、Ｙｍから変化しないよ
うにマスク１４の位置を干渉計（ＭＸＩ４０　、ＭＹＩ
４０′）によりサーボ口、りした状態で、カウンタＷＸ
Ｃ，ＷＹＣの計数値を逐次読み込み、マスク１４とウェ
ハ６の位置の差を演算し、その差が先に記憶した差分値
Ｘｍ−Ｘｗ　、　Ｙｍ−Ｙｗから変化しないように、ウ
ェハ６の位置をサーボロックしてもよい。

また、４つのレーザ干渉計用のレーザビームは、１つの
レーザ光源からのレーザ光をビームスプリッタ等で４分
割して、その分割された各レーザビームを４つのレーザ
干渉計に導くようにしてもよい。また、固定ミラー３２
．３４はレーザ干渉計の外部に設けたが、コーナーキュ
ーブ等をレーザ干渉計内部に設け、そのコーナーキュー
ブを固定ミラーとしても全く同様の効果が得られる。さ
らに本実施例では、マスク１４の位置測定用の反射ミラ
ー１５　、１５’はＸＹステージｌＯ上に固定したが、
マスク移動装置の構造によっては、レベリングとＺ方向
移動とを分離して、ＸＹステージ１０にＺステージを設
け、このＺステージにθステージとレベリング機構を設
けることもあり、この場合、反射ミラー１５　、１５’
は２ステージに設けてもよい。すなわち反射ミラー１５
　、１５’がＸ方向Ｚ方向以外にＺ方向に移動しても同
様の効果が得られる。

さらに上記実施例では、ウェハ６上の各チップ毎の露光
の際、マスク１４はアライメントスコープ２３によって
すでにレベリング調整とＺ方向の位置合せとが完了して
おり、ウェハ６上の１つのチップに対してレベリング調
整とＺ方向の位置合せとがなされるようにウェハ６の姿
制を変えるものとした。ところが１枚のウェハの露光中
、各チップ毎にマスク１４側でレベリング等を行なって
もよい。例えば第８図のステップ１０３で、ウェハ６が
ウェハ移動装置に載置された後、ウェハ移動装置をｘｙ
Ｚ方向走査して、アライメントスコープ２３により、ウ
ェハ６の全面中で代表的な数ケ所（３ケ所以上）の局所
部分と、対物レンズ８０の結像面ＦＰｗとの２方向のず
れ量を順次検出し、特開昭５８−１０３１３６号公報に
開示されているように、ウェハ６全体のテーパや湾曲、
及び部分的なうねりを平均したウェハ表面の近似平面を
め、この近似平面がウェハ移動装置のｘ、Ｚ方向の移動
平面（ｘｙ平面）と平行になるようにウェハ６のレベリ
ングを行なう。そして、次のステップ１０４ではマスク
１４のみを動かしてレベリングとギャップの調整をする
ようにし、ウェハ６は単にｘ、Ｚ方向にだけステッピン
グするようにする。このようにしても先の実施例と同様
の効果が得られる。一般にマスク１４の直径に対してウ
ェハ６の直径は大きく、マスク１４とウェハ６を同じ量
だけレベリングさせた場合、ウェハ６の外周端の２方向
の移動量はマスク１４の外周端の２方向の移動量よりも
多くなる。このためもし露光に際してウェハ６のレベリ
ングを行なうと、ステッピングのときウェハ６の外周端
がマスク１４と接触して、マスク１４を破損させること
もある。このためそのような事故を防止する意味から、
１枚のウェハをステップアンドリピートで露光する間は
、マスク１４とウェハ６のうち直径の小さい方（通常は
マスク）だけをレベリングさせることが望ましい。

（発明の効果）以上本発明によれば、マスクの基台に対する２次元的な
位置と基板（ウェハ）の基台に対する２次元な位置とを
それぞれ別個の光波干渉測長器〔レーザ干渉計〕で検出
して、マスクと基板の基台に対する絶対的な位置決めを
行なうとともに、マスクと基板の相対的な位置決めをも
行なえるようにしたので、露光中に基板移動装置の振動
等に追従してマスクが所定の露光用エネルギー線（Ｘ線
）に対して移動することがなく、マスクと基板とは露光
用エネルギー線に対して常に一腺的な位置に静止する。

このため、極めて高い解像力でパターン転写が可能にな
るという効果がある。さらにマスクに対して基板のみを
移動するときも、マスクの位置とは無島係に高精度に位
置決めでき、しかも基板の位置決め中にマスクが移動す
ることがないので、特に基板上にマスクのパターンを繰
り返し転写する際、転写されたパターンの位置合せ精度
、重ね合せ精度、及び解像力が基板上の全てのパターン
について均一になるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＸ線露光の原理を説明する図、第２図は本発明
の実施例に好適なＸ線露光装置の概略的な構成図、第３
図は第２図の露光装置を制御する制御系の回路ブロック
図、第４図は第２図の露光装置に好適なマスクの平面図
、第５菌は第２図の露光装置に好適なウェハの平面図、
第６図は各種駆動系のサーボ回路の回路図、第７図はア
ライメントスコープの具体的な一例を示す構成図、第８
向は本実施例の動作を説明するフローチャート図、第９
図は基準マーク板の平面図である。〔主要部分の符号の説明〕２・・・・・・Ｘステージ３・・・・・・Ｙステージ５・・・・・・ウェハホルダ６・・・・・・ウェハ７・旧・・反射ミラー１０・・・・・・−ｘ　ｙステージ１３・・・・・・マスクホルダ１４・・・・・・マスク１５・・・・・・反射ミラー３０．４０・・・・・・レーザ干渉計用　願　人　日本光学工業株式金社代理人渡　辺　隆　男第１図Ｎ２図第５図第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定のパターンを有するマスクに対して被露光基
板を位置決めしてから該基板に前記パターンを転写する
装置において。前記マスクを２次元移動するためのマスク移動装置と；
前記基板を前記マスクと対向するように保持して２次元
移動するための基板移動装置と；前記マスク移動装置の
２次元的な位置を検出する第１の測長器と；前記基板移
動装置の２次元的な位置を検出する第２の測長器と；前
記基板を位置決めする時、前記第１の測長器により、検
出される前記マスクの位置が変化しないように前記マス
ク移動装置を制御する第１の制御手段と：前記パターン
の転写時には前記第１と第２の測長器により検出される
前記マスクと基板の位置が共に変化しないように前記マ
スク移動装置と画板移動装置の各々を制御する第２の制
御手段とを備えたことを特徴とする転写装置。
（２）前記第１の測長器はコヒーレント光を用いた光波
干渉測長器であり、前記マスク移動装置は、前記マスクを所定の基準面に沿
って２次元移動させると共に。前記マスクに該基準面と略垂直な法線方向の運動と、該
法線を略中心にした回転運動と、前記基準面に対する傾
斜運動とを与えるためのマスク運動機構と、前記第１の
光波干渉測長器のための光反射部材とを有し、該光反射
部材を該マスク運動機構の前記回転運動と傾斜運動とに
より可動する部分以外の位置に設けたことを特徴とする
特許請求の第１項記載の装置。
（３）前記第２の測長器はコヒーレント光を用いた光波
干渉測長器であり、前記基板移動装置は、前記基板を前記基準（Ｓ１ｂっで２次元移動させると共に、前記基板に前記基準
面と略垂直な法被方向の運動と、該法線を略中心にした
回転連動と、前記基準面に対する傾斜連動とを与えるた
めの基板運動機構と、前記第２の光波干渉測長器のため
の光反射部材とを有し、該光反射部利を該基板運動機構
の前記回転連動と傾斜運動とにより可動する部分以外の
位置に設けたことを特徴とする特許疏求の第２項記載の
装置。