JPS62150721A - 投影型露光装置 - Google Patents

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） 本発明は半導体素子を製造するためのウェハステッパー
又は一括露光用のフォトマスクを製造するためのフォト
リピータ等として使われる投影型露光装置に関する。

（発明の背景） 近年、半導体素子（特にＶ　Ｌ　Ｓ　ｌ　）の集積度、
微細化の向上は目ざましく、これを製造するための露光
装置に要求される機能、精度もそれに伴って年々厳しく
なってきている。特に縮小（又は等倍）投影型露光装置
は、レチクルと呼ばれる原版に形成された回路パターン
の像を投影レンズによって感光基板（フォトレジストを
塗布したウェハ）上の局所領域に結像させて露光するも
のである。

この場合、１回の露光で転写し得る像の面積がウェハ全
面の大きさに対して小さいときは、ウェハを載置して２
次元移動するウェハステージを設け、このウェハステー
ジをステップ・アンド・リピート方式で移動させてレチ
クルの回路パターン像の転写を行なう。一般に半導体素
子の製造においてテップ・アンド・リピート方式ではウ
ェハ上の露光すべき領域毎に回路パターン像との相対的
な位置合わせが達成されるので、ウェハ全面に渡って均
一な重ね合わせ精度が得られる。この際、ウェハ上にす
でに形成された回路パターンと、レチクルの回路パター
ン像とのステッピング後の位置合わせは、ウェハステー
ジの位置を高分解能（例えば０．０２μｍ）のレーザ光
波干渉測長器（レーザ干渉計）によって検出している場
合は、そのウェハステージの位置を微動させて行なうこ
とができる。あるいはステッピング後、レチクルを保持
したレチクルステージの位置を投影レンズの倍率を考慮
して微動することによって位置合わせできる。

いずれの方式であってもウェハステージ側のレーザ干渉
計によって規定された直交座標系のＸ軸方向とｙ軸方向
とには干渉計の分解能程度で位置合わせされるが、特に
レチクルを微動させる方式ではレチクルを微小回転させ
ることにより、ウェハ上の露光領域と回路パターン像と
の相対的な回転誤差をも露光ショット毎に高精度に補正
することができる。

レチクルステージの微動は、レチクル上のアライメント
マークとウェハ上のアライメントマークとの相対的なず
れ量を検出し、そのずれ量分だけレチクルステージを動
かす、所謂オープン制御方式と、相対的なずれ量に応じ
た信号に基づいてレチクルステージをサーボ駆動させる
、所謂クローズ制御方式とに大別できる。いずれの場合
も・レチクルステージの位置を読み取るセンサーが必要
ではあるが、特にオープン制御の場合は高精度なセンサ
ーが必須になる。このセンサーとしてウェハステージの
位置検出と同様にレーザ干渉計を用いることが考えられ
る。この場合ウェハステージと同様にレチクルステージ
の上にＸ方向とＸ方向とに反射面が伸びた移動鏡を配置
すれば、ただちに高精度なレチクルステージの位置検出
が可能になるが、ウェハステージ側のレーザ干渉計との
整合性を配慮しないと、１枚のウェハが複数の露光装置
間を巡ってくる場合に、各装置間で装置定数を厳密に管
理しなければならなくなる。これは露光装置を複数台配
列する半導体工場においてオートメーション化を妨げ、
オペレータに繁雑な作業を強いることになるといった欠
点が生じる。

（発明の目的） 本発明は上記欠点を解決し、レチクルステージ等をレー
ザ干渉計によって位置検出するような構成の露光装置に
おいて、繁雑な装置定数（システムオフセット等）の管
理を実質的に低減させて信軌性を高めた投影型露光装置
を得ることを目的とする。

（発明の概要） 本発明は、ウェハステージ側のレーザ干渉計によって規
定された測定軸と、レチクルステージ側のレーザ干渉計
によって規定された測定軸とを常に平行に保つように構
成したことを技術的要点としている。

（実　施　例） 第１図は本発明の実施例による投影型露光装置の概略的
な構成を示す斜視図である。第１図においては光波干渉
測長器（以下干渉計と呼ぶ）に必要な基本的な系のみを
示す。第１ステージとしてのレチクルステージ１はレチ
クルＲを所定の直交座標系ＸＡ、ＹＡ内に平行に載置し
、２次元的（Ｘ方向、Ｙ方向、及び回転方向）に移動す
る。レチクルＲ上の回路パターン等は不図示の照明光学
系からの照明光で照射され、そのパターンは投影レンズ
２によってウェハＷ上に結像投影される。

ウェハＷは第２ステージとしてのウェハステージ３に載
置され直交座標系ＸＡ、ＹＡ内で２次元的に移動される
。

ウェハステージ３上の２辺には反射面がＸ方向に伸びた
移動鏡４ａと、反射面がＹ方向に伸びた移動鏡４ｂとが
固定されている。レーザ光源５からの平行なレーザ光束
は２つに分割されたのち、それぞれビームスプリッタ６
．７に入射する。ビームスプリッタ６ではレーザ光束を
２つに分け、一方は移動鏡４ａの反射面に垂直に入射し
、他方のレーザ光束は投影レンズ２の鏡筒の下端部（ウ
ェハステージ３に近い位置）に固定された固定鏡８の反
射面に垂直に入射する。移動鏡４ａからの反射光束と固
定鏡８からの反射光束とは再びビームスプリッタ６に入
射し、その２つの反射光束は同軸に合成され干渉計のレ
シーバ９に入射する。

レシーバ９は干渉縞の変化を光電検出するものである。

同様にビームスプリッタ７ではレーザ光束を２つに分け
、一方は移動鏡４ｂの反射面に垂直に入射し、他方のレ
ーザ光束は投影レンズ２の鏡筒の下端部に固定された固
定鏡ＩＯの反射面に垂直に入射する。移動鏡４ｂからの
反射光束と固定鏡ＩＯからの反射光束とは再びビームス
プリッタフに入射し、その２つの反射光束は同軸に合成
され干渉計のレシーバ１１に入射する。レシーバ９はス
テージ３のＹＡ力方向位置変化を検出するものであり、
その測定軸（例えばレーザ光束の中心線）は投影レンズ
２の光軸ＡＸと直交するように配置される。またレシー
バ１１はステージ３のＸＡ方向の位置変化を検出するも
のであり、その測定軸も同様に光軸ＡＸと直交するよう
に配置される。さらにその２つの測定軸を含む平面が投
影レンズ２の投影結像面とほぼ一致するように配置され
ている。２つの測定軸は光軸ＡＸ上で直交し、座標系Ｘ
Ａ、ＹＡを構成する。上記レーザ光源５、ビームスプリ
ッタ６．７、及びレシーバ９．１１によって本発明の第
２光波干渉測長器が構成される。

一方、レチクルステージｌの２次元的な位置（回転も含
む）もレーザ干渉計によって検出される。

レーザ光源１８からの平行なレーザ光束は、まず２つに
分割され、その一方のレーザ光束はビームスプリッタ２
０に入射し、他方のレーザ光束はさらに２つに分割され
る。その分割された一方のレーザ光束はビームスプリン
タ２２に入射し、他方のレーザ光束は所定の光路引き回
しが行なわれてビームスプリッタ２４に入射する。ビー
ムスプリッタ２０に入射したレーザ光束は２つに分けら
れ、一方のレーザ光束はレチクルステージ１に固定され
た直角ミラー２１に入射し、他方のレーザ光束はプリズ
ムミラー２６で光軸ＡＸと平行に反射された後、再び水
平に折り曲げられて、投影レンズ２の鏡筒の上端部（レ
チクルステージｌに近い位置）に設けられ固定鏡２７の
反射面に垂直に入射する。またビームスプリッタ２２に
入射したレーザ光束は２つに分けられ、一方のレーザ光
束はレチクルステージ１に固定された直角ミラー２３に
入射し、他方のレーザ光束はプリズムミラー２６で光軸
ＡＸと平行に反射された後、再び水平に折り曲げられて
固定鏡２７の反射面に垂直に入射する。さらにビームス
プリッタ２４に入射したレーザ光束も２つに分けられ、
一方のレーザ光束はレチクルステージｌに固定された直
角ミラー２５に入射し、他方のレーザ光束は光軸ＡＸと
平行になるように折り曲げられた後、水平に折り曲げら
れてから、鏡筒の上端部に固定された固定鏡２８の反射
面に垂直に入射する。尚、固定鏡２７の反射面と固定鏡
２８の反射面とは互いに直交するように定められ、固定
鏡２７の反射面は座標系ＸＡ、ＹＡのＸＡ軸と光軸ＡＸ
とを含む平面と平行であり、固定鏡２８の反射面はＹＡ
軸と光軸ＡＸとを含む平面と平行である。

ここで第２図を用いてレチクルステージ１の回りの干渉
計の構成についてさらに詳細に説明する。

第２図において干渉に必要な１／４波長板等は省略しで
ある。第２図はレチクルＲがレチクルステージ１上に微
小回転して載置された状態を示し、レチクルステージ１
は直交座標系ＸＡ、ＹＡ内において回転していないもの
とする。第２図において３０．３１はビームスプリンタ
であり、３２．３３．３４はミラーであり、そして３６
．３７．３８はそれぞれ干渉計用のレシーバ（光電検出
部）である。ここでレチクルステージ１の中心点をＯ８
とすると、レチクルステージ１がＸＡ力方向ＹＡ力方向
に関してニュートラル位置にあるとき、中心点Ｏ８に光
軸ＡＸが通るように定められている。また第２図中でレ
チクルＲ上の２ケ所にはアライメント用のマークＲ，、
Ｒ，が既知の間隔で設けられている。このマークＲ，、
Ｒ２に対応したマークＷ、、Ｗ、はウェハＷ上の１つの
被露光領域内に設けられたものであり、投影レンズ２を
介してレチクルＲ側に逆投影されているものとする。

さてビームスプリッタ３０で反射されたレーザ光束Ｌ　
Ｂ　＋は、ウェハステージ３側の干渉計の測定軸によっ
て規定された座標系ＸＡ、ＹＡのＹＡ軸と平行にビーム
スプリッタ２０のスプリット面２０ａに入射する。スプ
リット面２０ａを透過したレーザ光束は直角ミラー２１
の第１反射面２１ａでほぼ直角に反射された後、第２反
射面２１ｂでさらに反射され、ビームスプリンタ２０の
一部に形成された反射面２０ｂに入射する。その反射面
２０ｂはレーザ光束ＬＢ、と垂直に交わるように配置さ
れている。また直角ミラー２１の第１反射面２１ａと第
２反射面２１ｂとの成す角度は正確に９０’に形成され
、所謂コーナレフレクタ−が構成される。この反射面２
１ａと２１ｂの交わる位置はθ、に定められている。従
ってビームスプリンタ２０からのレーザ光束はレチクル
ステージ１の回転変位による直角ミラー２１の微小回転
ら にかかわず、反射面２０ｂに垂直入射し、元の光路を戻
ることになる。そして反射面２０ｂ、２．１ｂ、２１ａ
の順に反射して戻ってきたレーザ光束は、ビームスプリ
ッタ２０のスプリット面２０ａで反射されてレシーバ３
６に入射する。一方レーザ光束はＬＢ、のうちスプリン
ト面２０ａで反射されたレーザ光束は、ビームスプリン
タ２０の内を進み、第１図に示したようなプリズムミラ
ー２６を介して固定鏡２７に入射し、ここで反射されて
再びプリズムミラー２６に戻り、ビームスプリンタ２０
のスプリット面２０ａを透過してレシーバ３６に入射す
る。このようにレシーバ３６にはレチクルステージ１に
固定された移動鏡としての直角ミラー２１からの戻り光
束と固定鏡２７からの戻り光束とが同軸に合成されて入
射するので、レシーバ３６内の受光面には干渉縞が生じ
、それは直角ミラー２１の移動に伴って明滅する。この
レシーバ３６によって検出される測長量は位置θ１のレ
ーザ光束ＬＢＩの送光軸方向、すなわち座標系ＸＡ、Ｙ
ＡＯＹＡ軸方向のみの移動動量である。

同様に、ビームスプリッタ３１で反射されたレーデ光束
ＬＢ２はビームスプリンタ２２のスプリット面２２ａを
透過した後、直角ミラー２３の第１反射面２３ａと第２
反射面２３ｂとで反射され、ビームスプリッタ２２の一
部に形成された反射面２２ｂに入射する。レーザ光束Ｌ
　Ｂ　ｚ　もＹＡ軸と平行であり、反射面２２ｂはレー
ザ光束Ｌ　Ｂ　２の光路軸と垂直に配置されている。そ
して直角ミラー２３の反射面２３ａと２３ｂとの成す角
度は正確に９０°に形成され、その交点は位置Ｙ１に定
められている。従って、直角ミラー２３の微小な回転等
にかかわらず、レーザ光束は反射面２２ｂに垂直に入射
し、元の光路をそのまま戻る。このためレシーバ３７に
はプリズムミラー２６、スプリット面２２ａを介して固
定鏡２７からの反射光束が入射するとともに、反射面２
２ｂからの反射光束が入射する。このレシーバ３７によ
って検出される測長量は位置Ｙ１のＹＡ軸方向のみの移
動量である。また位置θ、と位置Ｙ、とはレチクルステ
ージｌが回転していないときに、座標系ＸＡ、ＹＡＯＹ
Ａ軸によってＸ方向に２等分される点に定められている
。ビームスプリンタ２０とレシーバ３６により構成され
るθ軸干渉計の測定軸は、レーザ光束Ｌ　Ｂ　＋の中心
線、又は位置θ、を通りレーザ光束ＬＢ、と平行な線で
あり、これは座標系ＸＡ、ＹＡのＹＡ軸と平行である。

またビームスプリッタ２２とレシーバ３７により構成さ
れるＹ軸干渉針の測定軸はレーザ光束ＬＢ、の中心線、
又は位置Ｙ１を通りレーザ光束ＬＢ２と平行な線であり
、これもＹＡ軸と平行である。そして本実施例において
重要なことはθ軸干渉計の測定軸とＹ軸干渉針の測定軸
との中心に、レチクルステージｌの中心点Ｏ８を通るよ
うなＹ方向の測定軸が仮想的に存在することである。こ
の仮想的な測定軸がレチクルステージ１の位置検出用の
干渉計によって規定される直交座標系ＸＢ、ＹＢのＹＢ
軸である。

逓 さて、レーザ光束１８からのレーザ光束のうち、ミラー
３２．３３で反射されてビームスプリンタ２４に入射す
るレーザ光束ＬＢ、は座標系ＸＡ、ＹＡのＸＡ軸と平行
である。ビームスプリッタ２４のスプリット面２４ａを
透過したレーザ光束は直角ミラー２５の第１反射面２５
ａ５第２反射面２５ｂで反射され、ビームスプリッタ２
４の一部に形成された反射面２４ｂに垂直に入射する。

反射面２５ａと２５ｂとの交点は位置Ｘ１に定められ、
この位置ＸＩは座標系ＸＢ、ＹＢのＸＢ軸上に一致する
ように定められている。ビームスプリッタ２４のスプリ
ット面２４ａで反射されたレーザ光束ＬＢ、はミラー３
４で下方で反射されて固定鏡２８に向かう。この固定鏡
２８からの反射光束は再びミラー３４で反射され、スプ
リット面２４ａを透過してレシーバ３８に入射する。同
時に反射面２４ｂで垂直に反射したレーザ光束は反射面
２５ｂ、２５ａで反射され、さらにスプリット面２４ａ
で反射されてレシーバ３８に入射する。

このレシーバ３８は位置Ｘ、のＸＢ軸方向のみの移動用
を検出する。上記ビームスプリッタ２４とレシーバ３８
により構成されるＸ軸干渉針の測定軸は位置Ｘ１を通り
レーザ光束Ｌ　Ｂ　３と平行な線であり、これは座標系
ＸＢ、ＸＹのＸＢ軸である。

従ってレチクルステージの位置検出用の干渉計による座
標系ＸＢ、ＸＹの各軸と座標系ＸＡ、ＹＡの各軸とは第
１図に示すように空間的にねじれの関係にならないよう
に平行である。しかも、ＸＡ軸とＸＢ軸とを含む平面内
に光軸ＡＸが含まれ、ＹＡ軸とＹＢ軸とを含む平面内に
も光軸ＡＸが含まれるように構成されている。

さて第３図は第１図の装置を、光軸ＡＸとＸＡ軸（又は
ＸＢ軸）とを含む平面で破断した断面図である。レチク
ルステージｌは干渉計保持コラム４０上にベアリング４
１を介して載置され、水平面内の全ての方向に可動であ
る。保持コラム４０には干渉計を構成する各光学部材（
レシーバも含む）が固定されている。第３図では代表し
てビームスプリッタ２４とミラー３２を示しである。保
持コラム４０の干渉計載置部の下にはモータ駆動部４２
が固定され、その駆動はネジ部の往復運動に変換され、
連接棒４３を介してレチクルステージｌに伝えられる。

このモータ駆動部は３軸の干渉計の夫々に対応して独立
に３個配置されており、その駆動点は本実施例では位置
θ１　、Ｙｌ　、Ｘ＋の近傍に定められ、夫々各軸の干
渉計の測定軸方向の移動をレチクルステージ１に与える
。尚、この駆動点の位置については特に限定されるもの
ではない。さて、投影レンズ２は基底定盤４４の上に構
築されたレンズ保持コラム４５の台座４５ａの上に保持
される。投影レンズ２の鏡筒周囲には台座４５ａに載置
するためのフランジ部２ａが形成されている。基底定盤
４４上にはウェハステージ３が２次元移動可能に載置さ
れる。そして保持コラム４５の上にはワッシャ４６を介
して、前述の干渉計保持コラム４０が載置されている。

このワッシャ４６はレチクルＲとウェハＷとの距離を投
影レンズ２に合わせ調整するためのものである。

またワッシャ４６は投影レンズ２の周辺の複数ケ所に設
けられ、それぞれのワッシャの厚みを微妙に調整するこ
とによって、投影レンズ２の投影結像面とウェハＷの表
面とを精密に平行にすることができる。第３図ではレー
ザ光束ＬＢ３のみしか示していないが、レーザ光束ＬＢ
、、ＬＢ２　、及びＬＢ、はともに光軸ＡＸと垂直な同
一の水平面内に位置し、この水平面はレチクルＲのパタ
ーン面すなわちレチクルステージｌのレチクル載置面と
できるだけ一致するように定められている。これはレチ
クルＲ上のパターン面に形成されたマークＲ，、Ｒ２等
を不図示のアライメント顕微鏡で検出する際、パターン
面に対してアソヘ（Δｂｂｅ）の原理を満足するように
してマークＲ，、Ｒ２の位置検出時のアラへ誤差を零に
するためである。

尚、第１図、第２図等において示したレチクル側の３軸
の各干渉計システムは、所謂シングルパスよりも高い分
解能が得られるダブルパス方式である。

次に本実施例の動作を説明するが、ウェハステージ側の
干渉計の動作については公知なので説明を省略し、専ら
レチクルステージ側の干渉計の動作について説明する。

まず、第２図のようにレチクルステージｌがニュートラ
ル位置くＸ方向、Ｘ方向及び回転方向の位置ずれかない
状態上にある場合、レチクルステージｌを座標計ＸＢ、
ＹＢのＸＢ軸の方向のみに動かしたときの様子を述べる
。

この場合位置ＸＩ、すなわち直角ミラー２５がＸＢ軸方
向に移動するので、当然ビームスプリンタ２４のスプリ
ット面２４ａから反射面２４ｂまでのレーザ光束の光路
長は変化する。この変化量はレシーバ３８によってＸ方
向移動量として検出される。一方、直角ミラー２１と２
３については、それぞれレーザ光束ＬＢ、　、ＬＢ２に
対して直交する方向に動くのみであるから、直角ミラー
２１．２３の光学的な性質からスプリット面２０ａから
反射面２０ｂまでの光路長とスプリット面２２ａから反
射面２２ｂまでの光路長とは共に不変である。従ってレ
シーバ３６により検出される位置θ１のＹＢ軸方向の変
位量と、レシーバ３７により検出される位置Ｙ、のＹＢ
軸方向の変位量とは共に零である。

また、レチクルステージｌがＹＢ軸方向のみに移動した
場合は、同様に直角ミラー２５の光学的な性質によって
レシーバ３８によって検出される移動量は零であり、レ
シーバ３６．３７によって検出される移動量は共に等し
い値になる。

次にレチクルステージ１がニュートラル位置で中心点Ｏ
８の回りにΔθだけ回転した場合について第４図を参照
して説明する。第４図は３軸の各干渉計の光路変化の様
子を示す平面図である。レチクルステージ１は座標系Ｘ
Ｂ、ＹＢ内でΔθだけ反時計方向に回転しているものと
する。１゛は回転がないときのレチクルステージの位置
を表わす。この第３図からも明らかなように、位置θ１
（以後点θ１とする）はニュートラル位置に対してＸＢ
軸の正方向と、ＹＢ軸の正方向とに変位するとともに、
直角ミラー２１は点θ１を中心にΔθだけ反時計方向に
回転したように変位する。位置Ｙ１　（以下点Ｙ１とす
る）についてはＸＢ軸の正方向とＹＢ軸の負方向とに変
位するとともに、直角ミラー２３は点Ｙ、を中心にΔθ
だけ反時計方向に回転したように変位する。そして位置
Ｘ１（以下点Ｘ、とする）にっていはＸＢ軸の正方向と
ＹＢ軸の負方向とに変位するとともに、直角ミラー２５
は点ＸＩを中心にΔθだけ反時計方向に回転したように
変位する。本実施例では中心点Ｏ８から点θ１までの距
離と、中心点Ｏ８から点Ｙ１までの距離とが等しく中心
点Ｏ８、点θ１、Ｙｌの３点を頂点とする二等辺三角形
に定められているので、点θ１とＹｌとのＸＢ軸方向の
変位は方向も大きさも同一であり、ＹＢ軸方向の変位は
互いに逆向きで等しい大きさである。ここで点θ１を通
りＹＢ軸（あるいはレーザ光束ＬＢＩ）と平行な線を１
１とし、点Ｙｌを通りＹＢ軸（あるいはレーザ光束ＬＢ
、）と平行な線を１２とし、そして点Ｘ１を通りＸＢ軸
（あるいはしΣザ光束ＬＢ３）と平行な線を１３とする
と、θ軸干渉計のレシーバ３６によって検出される変位
量は点θ１の線ｌ、上の移動量Δｙａのみになり、Ｙ軸
干渉針のレシーバ３７によって検出される変位量は点Ｙ
、の線１２上の移動量Δｙｂのみになり、Ｘ軸干渉針の
レシーバ３８によって検出される変位量は点×１の線β
３上の移動量ΔＸ（第４図には微小量なので表示してい
ない）のみになる。本実施例ではΔｙａとΔｙｂとの大
きさは同じ値になる。

また第４図のようにΔθだけ回転したままレチクルステ
ージｌがＸＢ力方向はＹＢ力方向平行移動した場合、θ
軸干渉計の計測値とＹ軸干渉針の計測値との差は変化し
ない。以上のように本実施例のように構成された３輔の
干渉計では、点θ、とＹｌのＹＢ軸方向の変位量と点Ｘ
１のＸＢ軸方向の変位量とを独立に正確に計測すること
ができる。

従ってΔθの回転を補正するために必要なて点θ、　、
Ｙ＋　、Ｘｌの移動方向とその量が一義的に求められる
ことになる。すなわち各干渉計の計測量だけ点θ１とＹ
ｌについてはＹＢ力方向の移動をあたえればよく、点Ｘ
１についてはＸＢ力方向の移動を与えればよく、回転量
Δθとは無関係に各点θ、　、Ｙ、　、Ｘｌの移動方向
は常に一定でよいことになる。また点θ、とＹｌのＹＢ
力方向位置と点ＸＩのＸＢ力方向位置とが求まれば、レ
チクルステージ１に対する点θ１、Ｙｌ、Ｘｌの配置関
係が不変であること、及びレーザ光束ＬＢ、、ＬＢ２　
、ＬＢ３の配置関係も不変であることから、必要とする
レチクルステージ１の回転量、すなわち点θ１、Ｙｌ、
Ｘｌが存在すべき位置の座標値は簡単な演算により、干
渉計の分解能（例えば０゜０２μｍ）のオーダで決定す
ることができる。尚、直角ミラー２１．２３．２５の光
学的な性質によって各直角ミラーが点θｌ　、Ｙ＋　、
Ｘｌを中心にして回転したとしても、レーザ光束の光路
長は一切変化しない。さらに各直角ミラーが回転したま
ま、線ｌ３、２．１３と直交する方向に平行移動した場
合も光路長は一切変化しない。

ところで第２図に示したように、ウェハＷｌの〆 マークＷ、　、Ｗ２に対するレチクルＲ上のマークＲ，
ＸＲ２の２次元的なずれが、ＸＢ力方向ΔＸ、ＹＢ力方
向Δｙ、そして回転方向にΔθだけ回転していることが
不図示のアライメント顕微鏡を用いて求められれば、マ
ークＲ９とＷｌとを重ね合わせ、かつマークＲ２とＷ２
とを重ね合わせるアライメントは、３軸の各干渉計の計
測量のみに基づいて高速に実行できる。あるいはずれ量
ΔＸとΔｙについてはウェハステージ３で補正し、レチ
クルＲの回転のみをレチクルステージ１で補正するよう
にしてもよい。この場合はθ軸干渉計とＹ軸干渉針との
２軸を設けるだけでよい。

また第４図からも明らかなように、レチクルステージｌ
の回転によって線Ｉ２１と１２の中間に平行に存在する
中心線はＹＢ軸からＸＢ力方向ずれて、測定軸（ＹＢ軸
）が光軸ＡＸを通らなくなるが、その量はレチクルステ
ージ１の回転量が小さい場合は小さくなる。またレーザ
光束ＬＢ、とＬＢ２との中間に平行に存在する中心線を
測定軸と考えれば、これは常にＹＢ軸と一致して不変で
ある。しかしながらいずれの場合もθ軸干渉計とＹ軸干
渉針との両測定軸はウェハステージ３側の座標系ＸＡ、
ＹＡのＹＡ軸と常に平行であり、このことが本発明にお
いて最も重要なことである。Ｘ軸干渉針についても同様
であり、点Ｘ、を通る線ｌ、はレチクルステージ１の初
期位置からの回転によってＹＢ力方向変位してしまうが
、線Ｉｌ、　　（測定軸）は座標系ＸＡ、ＹＡのＸＡ軸
と常に平行であり、このことが本発明において最も重要
なことである。

次に上記装置を用いたレチクルＲとウェハＷとのアライ
メント特にウェハＷｌの１つの被露光領域とレチクルＲ
上のパターンとのアライメント、所謂ダイ・パイ・ダイ
アライメントについて第５図を参照して説明する。

第５図において、ウェハＷｌの露光領域の周辺にはステ
ップ・アライメント用のマークＷ、　、Ｗ２が形成され
、この２つのマークＷ、　、Ｗ２はともに座標系ＸＡ、
ＹＡのＸＡ軸上にあるものとする。

その座標系ＸＡ、ＹＡに対してレチクルステージｌ上の
レチクルＲはΔθだけ反時計方向に回転し、かつＸＡ力
方向ＹＡ力方向ずれているものとする。

尚、第５図中、直交座標系αβはレチクルＲの中心ＯＲ
を原点にして定めたレチクル内の系であり、座標系ＸＡ
、ＹＡと座標系αβとが正確に一致（重合）するように
アライメントされるべきものである。そしてレチクルＲ
にはマークＷ、　、Ｗ２の夫々と対応するようにマーク
Ｒ＋、Ｒｚがα軸上に形成されている。マークＷ１と、
Ｗ２の間隔とマークＲ３とＲ２の間隔とは、レチクル上
又はウェハ上で等しくなるように定められている。

さて、第５図の状態でアライメント顕微鏡を用いてマー
Ｗ１とＲ３とのＸＡ力方向ＹＡ力方向の相対的な位置ず
れ量を検出し、同様にマークＷ２とＲ２とのＸＡ力方向
ＹＡ力方向の相対的な位置ずれ量を検出する。これらの
位置ずれ量に基づいて、レチクルＲの中心ＯＲの光軸Ａ
Ｘに対するＸ六方向のずれ星ΔＸｒと、ＹＡ力方向ずれ
量ΔＹｒとを求めさらに回転量ΔＯも求める。その回転
量Δθの補正は、座標系ＸＢＸＹＢのＸＢ軸とＸＡ軸と
が平行であることから、点θ１とＹ、とを結ぶ線分がＸ
Ｂ軸に対して−Δθだけ傾くようにレチクルステージ１
を回転させることによって完了する。またずれ量ΔＸｒ
、ΔＹｒについても、投影レンズ２の投影倍率を考慮し
て、レチクルステージｌをＸＡ六方向ＹＡ力方向に、第
５図中矢印Ｚで示すように移動させることによって補正
される。

ここで点θ１、ＹＩ、Ｘｌの座標系ＸＡ、ＹＡ’＋Ｊ 上での座標直を以下のように定めるものとする。

θ＋＝（Ｘａθ、Ｙａθ） Ｙ、　　−（ＸａＹ、ＹａＹ） Ｘ　＋　＝（Ｘ　ａ　Ｘ　％　Ｙ　ａ　Ｘ　）このとき
レチクル側の３軸の各干渉計による計測値がＤθ、ＤＹ
、ＤＸが以下の（１）、（２）、（３）弐で表わされる
値になようにレチクルステージｌを動かすと、上記アラ
イメントが完了する。

Ｄ　Ｘ　＝（ｃｏｓΔθ−１）　　・ＸａＸ−ＯＲｘ　
　−ｃｏｓΔθ（ＯＲｙ−Ｙａ　Ｘ）　ｓｉｎ　　Δθ
−−−−・−（１） Ｄ　Ｙ　＝　（ｃｏｓΔθ−１）　　・ＹａＹ−ＯＲｙ
　　−ｃｏｓΔθ＋　　（ＯＲｘ　　　ＸａＹ）ｓｉｎ
　　Δθ−・−（２） Ｄθ＝（ｃｏｓΔθ−１）　　−Ｙａθ−０Ｒｙ−ｃｏ
ｓΔθ＋　　（ＯＲＸ−Ｘａ　θ）ｓｉｎ　　Δθこの
（１）　〜（３）式でＯＲｘとＯＲｙはレチクルＲの中
心ＯＲの座標系ＸＡ、ＹＢ上での座標値である。

上記（１）〜（３）式において、回転量Δθが極めて小
さいものとすると、ｃｏｓ　Δθ＝　ｌ　、　ｓｉｎΔ
θ＝Δθと近似できるから、（１）〜（３）式のそれぞ
れは以下の（４）、（５）、（６）式のように簡単にな
る。

ＤＸ＝−ＯＲｘ−（ＯＲｙ−ＹａＸ）　　・ΔθＤＹ＃
−０Ｒｙ＋　（ＯＲｘ−ＸａＹ）　　・ΔθＤθ＃−Ｏ
Ｒｙ十（ＯＲｘ−Ｘａθ）・Δθ−−−−−・−（６） 座標値（ＯＲｘ、０Ｒｙ）はマークＲ，，Ｗ、及びマー
クＲｚ　、Ｗｚの相対位置関係からただちに求まり、点
ＸＩのＹ座標値ＹａＸ、点Ｙ、のＸ座標値ＸａＹ、及び
点θ１のＸ座標値Ｘａθは、レチクルの座標系ＸＢ、、
ＹＢ内での３軸の干渉計の計測値からただちに演算して
求めることができる。

尚、上記（１）、（２）、（３）式で誤差となる要素は
、直角ミラー２１．２３．２５の夫々の頂点θ１、ＹＩ
、ＸＩの相対的な座標位置の正確さである。この相対的
な座標位置が設計上の位置から大きくずれていると、ア
ライメント時に回転量Δθが存在するときにのみ、上記
演算によって求めた量だけレチクル側の３軸の干渉計の
計測値に基づいてレチクルステージ１を移動させても、
アライメント誤差が発生する。例えば点θ、とＹＩとの
距離及び点Ｙ１とＸｌとの距離が設計値に対して±５０
μｍの精度内にあるものとすると、レチクルステージｌ
によって回転量Δθ＃３゛の補正を行なう場合、ウェハ
側の座標系ＸＡ、ＹＡでは計算上±０．０１μｍ程度の
アライメント誤差が残る。しかしながらこの品は干渉計
の分解能のオーダであり、十分小さいと言える。

以上本実施例ではウェハ側の座標系ＸＡ、ＹＡとレチク
ル側の座標系ＸＢ、ＹＢとは予め計測値が相関付けられ
ているものとしたが、その相関付けの作業も容易である
。それにはウェハステージ３上にウェハ上のマークＷ＋
　、Ｗ２と同形の基準マーク（フィデューシャルマーク
）を設け、この基準マークを走らせてレチクルマークＲ
１とＲ２の夫々を基準マークと重ね合わせたときのウェ
ハステージ３の位置を検出し、その位置と３軸の各干渉
計の計測値とをつき合わせればよい。またレチクルステ
ージ１にレチクルＲを載置して、レチクルＲの装置に対
するアライメントを行なう際も、３軸の各干渉計とウェ
ハステージ３上の基準マークとを用いて、干渉計の分解
能で決まる精度でレチクルＲの装置（座標系ＸＡ、ＹＡ
）に対する位置火めが達成される。

さらに本実施例では直角ミラー２１．２３．２５の各頂
点θ１、Ｙｌ、ＸＩはレチクルステージ１の周辺部に定
めたが、これは必須の要件ではなく、予め位置がわかっ
ている限りどこに存在してもよい。またレチクルステー
ジ１の駆動点の位置も点θ（−、Ｙｌ　、Ｌの近傍であ
る必要はない。

例えばレチクルＲをウェハステージ３と同様のＸＹステ
ージの上にθテーブルを介して載置してもよい。この場
合、ＸＹステージは座標系ＸＡ、ＹＢ　（ＸＢ、ＹＢ）
の座標軸方向のみに移動し、θテーブルはＸＹステージ
上を水平面内で回転するように構成され、直角ミラー２
１．２３．２５はそのθテーブルに固定される。

また第１図に示すように、レチクル側の３軸の干渉計用
の固定鏡２７．２８は投影レンズ２の鏡筒の上方に設け
たが、理論的には固定鏡２７．２８を鏡筒の下方に設け
、例えばウェハ側の干渉計用の固定鏡８．１０と兼用す
ることが望ましい。

しかしながら現実的にはレチクルＲと鏡筒下部までの距
離は数百ａｍ以上あるので、レチクル側の干渉計から鏡
筒下部の固定鏡に向う参照光束の光路長が長くなり、ビ
ームのゆらぎ（空気のゆらぎ）による計測誤差が無視で
きない程度に大きくなることもある。そのため実際には
、鏡筒上部に固定鏡２７．２８を設けることが計測精度
の点では有利である。

さらに第１図において、レチクル側の干渉計とウェハ側
の干渉計とは、そのレーザ光源を別々にしたが、光学系
の配置、レーザ光束の引き回し等を工夫して単一のレー
ザ光源としてもよい。

（発明の効果） 以上本発明によれば、レチクル（マスク）側の位置検出
系の測定座標系を規定する測定軸と、ウェハ（感光基板
）側の位置検出系の測定座標系を規定する測定軸とを相
対的な回転ずれかないように定め、しかも再位置検出系
を光波干渉計で構成し、その固定鏡を共に投影光学系の
鏡筒に抱かせるようにしたので、共通の固定点を有する
２つの測定座標系という概念を有することになり、誤差
要因を排除するという観点で有利であり、重ね合わせ精
度はオプーン制御でアライメントしたとしても大幅に向
上する。

さらに、レチクル側とウェハ側との両測定座標系が相対
的な回転ずれなく、しかも座標系の原点のずれが最小に
なるように定められた重合した相関干渉計システムを構
成しておくと、このようなシステムを有する複数台の露
光装置の間をウェハが巡って、順次重ね合わせ露光をし
ていく工程において、所謂装置間のマツチング精度を保
持する上でコントロール（調整）すべきパラメータ（装
置定数等）数を大幅に低減できるといった効果が得られ
る。これは半導体工場における露光処理工程でのオペレ
ータの作業を簡素化できることを意味する。

また実施例によれば、レチクルステージには移動鏡とし
て直角ミラーを用い、これを３ケ所に設けて３軸の干渉
計システムを構成しているため、レチクルステージを回
転させたとしても３軸の干渉計システムの各測定軸の方
向は一切変化せず、ウェハステージ側の干渉計システム
の座標系の測定軸と常に平行に保たれている。このため
ウェハ上のパターンとレチクル上のパターンとのアライ
メントの際の回転誤差補正を、レチクルステージの簡単
な制御によって高速に、かつ精密に実行し得るから、重
ね合わせ精度とスループットとの向上が同時に達成され
るといった利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による投影型露光装置の概略的
な構成を示す斜視図、第２図はレチクルステージ側の光
波干渉計システノ、の構成を示す平面図、第３図は第１
図、第２図の装置を光軸を含む平面で破断した断面図、
第４図はレチクルステージ側の光波干渉計システムの動
作を説明する平面図、第５図はレチクルとウェハとのア
ライメントの方法を説明する平面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １−　レチクルステージ ２−投影レンズ ３−ウエハステージ ６．７−ピームスプリソタ合 ８、ｌＯ″−固定鏡、　　　　９．１１−・−レシーバ
２０．２２．２４・−ビームスプリッタ２１．２３．２
５−直角ミラー ２７．２８−固定鏡 ３６．３７．３８−　レシーバ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスクに形成された原画パターンの像を投影光学
   系を介して感光基板に結像させて露光する装置において
   、 前記マスクを保持して、前記投影光学系の光軸と略垂直
   な面内で２次元的に移動させる第１ステージと； 前記感光基板を載置して、前記光軸と略垂直な面内で２
   次元的に移動させる第２ステージと；前記第１ステージ
   に設けられた可動鏡と、装置の固定部に設けられた固定
   鏡とにコヒーレントな平行光束を照射し、前記第１ステ
   ージの位置を検出する第１の光波干渉測長器と； 前記第２ステージに設けられた可動鏡と、装置の固定部
   に設けられた固定鏡とにコヒーレントな平行光束を照射
   し、前記第２ステージの位置を検出する第２の光波干渉
   測長器とを備え、前記第１光波干渉測長器による測定軸
   と前記第２光波干渉測長器による測定軸とが略平行にな
   るように設けたことを特徴とする投影型露光装置。
2. （２）前記第１光波干渉測長器用の固定鏡と前記第２光
   波干渉測長器用の固定鏡とを共に前記投影光学系の鏡筒
   の一部に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の装置。
3. （３）前記第１光波干渉測長器による測定座標系の原点
   と、前記第２光波干渉測長器による測定座標系の原点と
   が、所定の初期状態のとき前記投影光学系の光軸を通る
   ように配置されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の装置。