JPS62267810A - ステージ位置決め方法 - 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、二次元移動ステージにかかるものであシ、特
に集積回路等の半導体デバイス製造に用いられる露光装
置あるいはレーザリペア装置等に好適な二次元移動ステ
ージの制御方式に関するものである。

（発明の背り 露光装置に使用されるＸ−Ｙステージとしては、例えば
第５図に示すものがある。この図において、図示するＸ
−Ｙ方向に移動可能なステージ１０上には、その鏡面が
Ｘ−Ｙ方向に各々直交するように、干渉計用ミラー１２
．１４が配置されている。

これらの干渉計用ミラー１２．１４には、各々干渉計１
６．１８からレーザ元が入射きれており、これによる干
渉によってステージ１０のＸ−Ｙ方向の位置が各々観測
されるようになっている。すなわち、干渉計１６．１８
による計測結果に基いてステージ１０の移動制御が行わ
れるようになっている。

ところで、かかるステージ１０の移動制御において、そ
のＸ−Ｙ方向への走シの直交度は、干渉計用ミラー１２
０反射面１°２ａとミラー１４の反射面１４ａとの直交
度で決る。従って、何らかの原因で干渉計用ミラー１２
．１４の配置の直交度が変化すると、ステージ１００走
り′の直交度も変化することとなシ、位置合わせの精度
が低下するなどの程々の悪影響が生ずるという不都合が
ある。

（発明の目的） 本発明は、かかる点に鑑みてなされたものでらシ、ステ
ージの走り方向を、常に直交方向に良好に制御すること
ができる二次元移動ステージ制御方式を提供することを
、その目的とするものである。

（発明の概要） 本発明によれば、二次元方向に移動するステージ上には
、該二次元方向に対応する配置を有する複数のマークが
形成される。これらのマークの座標値は、位置検出装置
により検出される。

そして、該座標値に基いて、前記ステージの移動の直交
度が把迩される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳細
に説明する。なお、上述したＸ−Ｙステージと同様の部
分には、同一の符号音用いることとする。

第１図には、本発明の一実施例にかかる二次元移動ステ
ージが示されている。この図において、ステージ１０上
の適宜位置には、第２図に示すような計測用マーク板２
０が設けられている。この計測用マーク板２０は、各辺
に対応して、線状のパターンＡ、Ｂ％Ｃ，Ｄ、が各々放
射状に配置された１成となっており、パターンＡ、Ｃの
中心間の距離と、パターンＢ、Ｄの中心間の距離とは、
いずれもｒＬＪで一致しているものとする。

また、計測用マーク板２０は、例えば石英などの低膨張
物質で形成されている。このため、ノくターンＡ１Ｃｔ
−結ぶ線分ＡＣと、パターンＢ、Ｃを結ぶ線分ＢＤとの
なす角度が変化しないようになっている。なお、多少の
膨張があっても、かかる角度には影響しない。また、線
分ＡＣと線分ＢＤとは、必ずしも直交する必要はない。

もし線分ＡＣ，！：ＢＤとが必要な精度で直交するよう
に各パターンＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄｉ配置できないときは、各
パターンＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄの作成後、線分ＡＣとＢＤのな
す角度ｒできるだけ精密に計測し、装置内のコンピュー
タ等罠定数として記憶させておけばよい。

さて、第１図において、ステージ１０はモータ１１とモ
ータ１３によってＹ方向とＸ方向に独立に移動する。制
御系１９は干渉計１６から出力されるＹ方向の測長信号
と、干渉計１８から出力されるＸ方向の測長信号とを入
力し、モータ１１゜１３をサーボ制御する。

尚、第１図において、干渉計１６の測長軸（レーザ光束
の中心軸）１６ａと′、干渉計１８の測長軸１８ａとは
Ｘ−Ｙ平面内で直交するように配置され、その交点見は
投影型露光装置の場合、投影光学系の光軸が通るように
定められ、またレーザリペア装置の場合、レーザスポッ
トの加工点が位置するように定められている０ また、通常ステージ１０上には、ウエノ〜やガラス基板
を吸着保持するチャックと、このチャックをステージ１
０に対して微小回転させるテーブルと、チャックとテー
ブルとを保持して、Ｘ−Ｙ平Ｈ１−言立−？λグ紬嘴面
ｆ珊／１、帯Ｃ硼１多ｌイ１議）ト下動させる２ステー
ジとが組み込まれる。このような溝成の場合、干渉計用
ミラー１２，１４及び計測用マーク板２０は２ステージ
上に固定される。

さらに計測用マーク板２０は、その表面が測長軸１６＆
と１８Ｂを含む平面（ｘ−ｙ平面）とできるだけ一致す
るように取υ付けられている。

第３図には、上述した計測用マーク２０の観察方法の一
例が示されている。この例は、投影露光装［Ｋ上記実施
例を適用した場合の例である。

第６図において、ステージ１０の上方には、投影レンズ
２２が配置されてお）、更にその上方には、感光基板に
転写すべきパターン上布するレチクル２４が配置されて
いる。レチクル２４の上方には、レチクル２４上のｙ方
向アライメント用のマークＳｙヲ照明する光を射出する
とともに、マークｓｙと計測用マーク板２０上のパター
ンとを同時に観察する位置合わせ用の光学系２６が配置
さｎている。マークｓｙと計測用マーク板２０の各ノく
ターンとの７ライメント状態は光学系２６を介して撮像
管２８とブラウン管３０とによって検出される。ブラウ
ン管３０の画面には、マークＳｙの拡大像ｓｙｔととも
に１例えばマーク板２０のパターンＡの拡大像ＡＩが写
し出される。マークＳｙ　ｋ挟み込み用の２本の平行な
直線パターンとすると、この２本の直線パターンの間に
パターンＡが位置するようにステージ１０ｔ−位置決め
することによって、アライメント誤差が検出できる。マ
ークＳｙとパターンＡとのアライメント誤差は、検出回
路３２によって検出され、その情報は制御系１９＆Ｃ送
られる。

尚、第３図には示していないが、レチクＡ／２４にはｘ
７７向アライメント用のマークＳｘが設けられ、同様に
Ｘ方向の位置合わせ用光学系によりアライメント誤差が
検出される。

次に本発明の実施例の動作及び作用について、ｗｃ４図
を参照して説明する。第４図は投影レンズ２２の結像面
における干渉計用ミラー１２，１４、計測用マーク板２
０のパターンＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ及びレチクル２４のマーク
Ｓｙ　ｓ　Ｓｘの投影点の配置を示す平面図である。

円形ＩＦは交点ａを光軸とする投影レンズ２２のイメー
ジフィールド上表わし、ｌｘはマーク板２０のパターン
ＡとパターンＣを結ぶ線分、ｔｙはパターンＢとパター
ンＤを結ぶ線分゛を表わす。ここで干渉計の測長軸１６
＆と１８ａはＸ−Ｙ平面内で直交しているものとし、ミ
ラー１２の反射面１２ａとミラー１４の反射面１４ａと
の成す角度をθ、線分Ａｘとｔｙとの成す角度（予め求
められている）をαとし、レチクル２４のマーク数の投
影点は測長軸１８ａ上に配置され、マークａＸの投影点
は測長軸１６ａ上に配置されているものとする。

まず、第３図のようにパターンＡがマークＳアト一致す
るようにステージ１０を位置決めする。この際、ブラウ
ン管３０の画面上で、マークｓｙとパターンＡのＸ方向
のアライメント誤差が零になるように、制御系１９はス
テージ１０ｔ−精密に位置決めし、そのときのステージ
１０のＸ方向の座標値Ａｌｔ干渉計１６から読み込み、
パターンＡの座標系ＸＹにおける位置として記憶する。

あるいは、マークｓｙとパターンＡとがほぼ一致するよ
うに位置決めしたときのステージ１０のＸ方向の座標値
Ａｙ′　と、その位置決め後、検出回路６２によって求
められたアライメント誤差ΔＡ７との和（又は差）を座
標値Ａ７として求めてもよい。第４図において、マーク
ｓｙとパターンＡとが正確に一致したとき、パターンＣ
は点Ｃ′に位置する。よってマークｓｙと点Ｃ′ヲ結ぶ
線分は、線分Ａｘと平行である。

次（点σに位置したパターンＣｔ−マークａｙと同時に
観察すべくステージ１０’ｋｘ方向に移動させる。この
移動には２通りの方法が考えられる。１つは、干渉計１
６によって測定されているＸ方向の座標値がＡ）Ｆから
変化しないようにサーボロックしたまｌ、Ｘ方向に距離
りだけ移動させる場合、もう１つはマークＳｙとパター
ンＣとがＸ方向に関して正確に一致する（アライメント
誤差が零になる）よう忙ステージ１０ｔ−追い込む場合
である。

第４図では説明を簡単圧するため前者の方法を示しであ
る。すなわち干渉計１６によって測定される座標値Ａ１
１に変化させないようＶＣｘＣｘ方向デステージ１０移
動させるということは、点σにあるパターンＣが、反射
面１２ａと平行な線分Ｐｘ上を点σマチ移動することを
意味する。点σと点ｃｌのＸ方向の間隔はＬである。制
御系１９は点Ｃ′に位置したパターンＣと→−りＳｙの
Ｘ方向のアライメント誤差Δｌ検出回路３２から耽み込
む。もし、マークＳｙドパターンＣとを１ステージ１０
の位置決めのみにより正確九一致させる後者の方法を適
用する場合は、アライメント達成後、ステージ１０のＸ
方向の座標値ｃｙを干渉計１６から読み込み、座標値入
ｙとの差を誤差ａとするような演算を行なうＯ 第４図に示すようＫ、マークｓｙと点Ｃ′ヲ結ぶ線分Ｐ
ｘとの成す角度上θ１としたとき、偽が微小量であるこ
とから、（１）式の関係が成り立つ。

ΔＹ／Ｌ　＝血θ１中θｌ　　　　　、−１，−（１）
次に制御系１９は、レチクル２４上のマークＳｘが、マ
ーク板２０のパターンＢとＤの夫々と一致するように順
次ステージ１０を移動させる。まずマークＳｘとパター
ンＢとを一致させて、その時のステージ１０のＸ方向の
座標値Ｂｘｋ干渉計１８から読み込む。この際、パター
ンＤは点Ｄ’ｌＣ位置し、マークＳｘと点Ｄ′とを結ぶ
線分は線分ｔ７と平行である。その後、ステージ１０の
座標値Ｂｘｆ変化させないように、Ｘ方向にステージ１
０’ｋＬだけ移動させて、゛マークＳｘとパターンＤと
のＸ方向のずれ量ΔＸｅ求める。第４図に示すように、
座標値Ｂｘを変化させないでステージ１０ｔｙ方向に移
動させると、パターンＤは点σから点Ｄ′まで線分ｐｙ
上を動く。この線分取はミラー１４の反射面１４ａと平
行である。よってマークＳｘと点σを結ぶ線分と線分取
との成す角度上〇、としたとき、θ、が微小量であるこ
とから、（２）式の関係が成シ立つ。

ΔＸ／Ｌ　＝血θ、キθ、　　　　・・・・・・（２）
ところで第４図に示すように、線分Ａｙ　Ｎ　１ｘｓＰ
ｘ、ＰｙｌＣよって囲まれた４辺形に着目してみると１
線分ｔｘとｔｙの成す角度はα、線分りとｐｙの成す角
度はθである。そして線分ｌｘとｐｙの成す角ｆＫい線
分ｔｙとＰｘの成す角１”　Ｋｔとすると、幾何学上の
定理から、Ｒ＝９０°として以下の（３）、（４）、（
５）式が成シ立つ。

θ＋α十に、　十に、　＝４Ｒ（ただしＲ＝９０）　　
・・・（３）Ｋｌ＝２Ｒ−（α十０２　）　　　　　　
　　　、・・・・・（４）Ｋ！＝２Ｒ−α＋θ、　　　
　　　　　　　　　・・・・・・（５）（３）式に（４
）、（５）式を代入して整理すると（６）式が得られる
。

従って、上記４つのパターンＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄの各座標値
を検出してΔＸ、ΔＹを求め、（６）式を計算すること
によって干渉計用ミラー１２．１４の直交度、すなわち
角度θがただちに把握できる。

以上のようにして、適当な時間間隔毎に干渉計用ミラー
１２．１４の直交度を測定する。測定でれた直交度のず
れ（誤差分）は、ステージ１０の移動制御系１９に加え
られ、ステージ１０のＸ−Ｙ方向の走シの制御に補正が
行われる。

この補正は例えばミラー１２の反射面１２ａ’ｉ基準と
した場合、ミラー１４の反射面１４ａがθ−Ｒ（ただし
Ｒ＝９０°）だけ角度ず九を生じているものとして、ス
テージ１０のＸ方向の移動成分に関しては補正を行なわ
ず、Ｘ方向の移動成分に関しては、Ｘ方向の移動量ＹＹ
に対してＹ　Ｙ　５ｉｎ（＃−Ｒ）で算出される量だけ
ステージ１０ｋｘ方向に補正するようにすればよい。ま
た投影式露光装置の場合、ステージ１０による直交度の
補正のかわりに、求められたθに基づいて投影原板とな
るレチクルをステップ・アンド・リピートの露光動作に
合わせて微動させて、露光されるべきウェハ上のショッ
ト配列がミラー１２．１４の直交度に倣うことなく、理
想的に直交するように補正することもできる。

以上本発明の冥施例Ｊｔ説明したが、アライメント用の
光学系２６、撮像管２８のように投影レンズ２２の結像
面内に位置したパターンとレチクル２４上のマークＳｘ
　、　Ｓｙ　　と勿同時に観察する方式以外に、特開昭
（Ｓｏ−１３０７４２号公報に開示されたように投影レ
ンズ２２の結１宰面内に位置したパターンのみを検出す
る光学系、あるいは投影レンズ２２とは別個に設けられ
たオフ・アクシス方式のアライメント光羊４＠によって
、マークＡり２０の各パターンを検出しても同様の効果
が得られる。賛するに、ステージ１０の座標系ＸＹ内の
予め定められた位置に検出ポイントラ有するパターン検
出系であれば、その検出方式や動作は特に限定されるも
のではない。

また本発明は露光装置以外にも、ウェハ上に作り込まれ
たＬＳＩ回路チップの部分的な修正をレーザビームの照
射〈より行なうレーザリペア装置のウェハステージや、
パターンやその線幅音検査する装置の試料ステージなど
にも適用されるものである。また、上記実施例では、位
置検出装置として、レーザ干渉計を用いた場合ケ示した
が、その他の装置、例えばエンコータを用いた場合にも
本発明は適用されるものである。また、計測用マークの
パターンも、上記実施例に限定されるものではなく、種
々設計変更可能である。

更に、上記実施例では、ステージが直交するＸ−Ｙ方向
に移動する場合を示したが、適当な座標変換など七行う
ことにより、任意の二次元方向にステージが移動する場
合であっても本発明は適用可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ステージの走り
方向を、常に直交する移動方向忙良好に制御することが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるステージを示す平面
図、第２図は計測用マークの一例を示す平面図、第３図
は計測用マークの観察系の一例を示す説明図、第４図は
二次元移動ステージの一例を示す平面図である。 （主要部分の符号の説明） １０・・・ステージ、１２．１４・・・干渉計用ミラー
、Ｍｌ＋、１８・・・干渉計、２０・・・計測用マーク
、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ・・・パターン。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 第１図 第２図 第５図 第ｄ図 手続補正書（方式） １　事件の表示 待願昭６１−１１０５３７号 ２　発明の名称 二次元移動ステージ制御方式 ３　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称　　（４１１）日本光学工業株式会社４代理人 住所　　東京都港区虎ノ門−丁目２１番１９号秀和第２
虎ノ門ピル く発送日　昭和６１年７月２９日） は」とあるのを「第４図は実施例の作用説明図、第５図
は」と補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 あらかじめ定められた二次元方向への移動を、ステージ
   の位置検出装置を用いて制御する二次元移動ステージ制
   御方式において、 前記ステージ上に、前記二次元方向に対応する配置を有
   する複数のマークを形成し、 前記位置検出装置により、前記各マークの座標値を求め
   、 該座標値に基いて、前記ステージの移動の直交度を把握
   することを特徴とする二次元移動ステージ制御方式。