JPS6366405A - ステ−ジ位置検出装置 - Google Patents

ステ−ジ位置検出装置

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JPS6366405A
JPS6366405A JP61211207A JP21120786A JPS6366405A JP S6366405 A JPS6366405 A JP S6366405A JP 61211207 A JP61211207 A JP 61211207A JP 21120786 A JP21120786 A JP 21120786A JP S6366405 A JPS6366405 A JP S6366405A
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JP
Japan
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stage
axis
light
reticle
optical system
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Application number
JP61211207A
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English (en)
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Nobutaka Umagome
伸貴 馬込
Susumu Mori
晋 森
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70716Stages
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70775Position control, e.g. interferometers or encoders for determining the stage position

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

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
、或いは一括露光によるフォトマスク製造用のフォトリ
ピータ等の所謂露光装置に於けるマスク(レチクル)、
或いはウェハを保持して2次元的に移動する為に用いら
れるステージの2次元位置を検出するステージ位置検出
装置に関する。
(発明の背景) 近年、半導体素子(特にVLS I)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怒光基板(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@Ii
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・リヒ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は、ウェハ上に数層〜士数層の
パターンを正確に重ね合わせて露光することが行なわれ
るが、上記ステップ・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つて規定
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
、所謂クローズド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y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。
ところがこの方法ではレチクルステージが微小回転して
しまうと、干渉計のレーザ光束が所定の光路を戻らなく
なり、位置検出が不可能となってしまう、そこでレチク
ルステージの構造に工夫を加えて、X方向とy方向のみ
に平行移動するXYステージ上に、微小回転するθテー
ブルを設け、このθテーブルにレチクルを載置し、XY
ステージの位置は干渉計で計測し、θテーブルの回転量
は別のロータリーエンコンダ等で計測するという方法も
考えられる。しかしながらこのような構成はXYステー
ジとθテーブルとが必要で構造が複雑になる。またθテ
ーブルの回転量はあくまでもXYステージを基準にして
計測されるだけであり、装置の絶対座標系に対する回転
量ではない、このためXYステージそのものが絶対系に
対して微小量回転してしまっても、その回転を検出する
ことは不可能である。更にレチクルステージが移動する
際ピッチングやヨーイング等のステージエラーを起こし
た場合も干渉計のレーデ光束が所定の光路を戻らなくな
り、位置検出が不能となる。そこで直交する3面反射面
を有するプリズム(コーナーキューブ)を用いることが
考えられる。ところがコーナーキューブを用いると光路
長がステージの回転によって変化し、測定誤差を生ずる
という問題点がある。
(発明の目的) 本発明は上記欠点を解決し、レチクル等の基板の絶対系
における位置を回転も含めて光波干渉計で検出できるよ
うにすると共に基板が移動する際ピッチングやヨーイン
グ等のステージエラーを起こしても測定誤差無く検出可
能の位置検出装置を得ることを目的とする。
(発明の概要) 上記目的を達成するための本発明の構成は以下の通りで
ある。基板(レチクルR又はマスク)を保持して直交座
標系(XA、YA)内で回転を含めて2次元移動させる
ステージ(レチクルステージl又はθテーブル)と一体
に移動するような可動反射部材(21:23:25)を
設ける。この可動反射部材(21:23:25)は3つ
の反射面の相互のなす角度がそれぞれ直角をなす様構成
される。(以下前記可動反射部材を直角コーナーミラー
と称する)そして該稼動反射部材はこれを3角錐と看做
し、該3角錐の頂角から底面に下ろした垂線がステージ
の移動面に対してほぼ平行になる様設定する。そしてこ
の可動反射部材の一つの反射面と装置に固定された固定
鏡(27:28 : 41)とにコヒーレントな平行光
束(レーザ光束LB+ −LBz 、LB3 )を入射
させる送光光学系(レーザ光源18、ビームスプリッタ
30.31.42、ミラー26.32.33.34)を
配置し、可動反射部材の他方の反射面から射出した光束
を反射させて、再び可動反射部材の2つの反射面を介し
て送光光学系の方に戻す基準反射部材(ビームスプリッ
タ20 : 22 : 24の一部に形成された反射面
21b=22b:24b)と、この基準反射部材から可
動反射部材を介して戻ってくる光束と、固定鏡から戻っ
てくる光束とを同一の光路に合成して干渉させるための
合成光学系(ビームスプリッタ20 : 22 : 2
4のスプリット面20a : 22a : 24a)と
を設ける。
そして合成光学系からの射出光束を干渉計レシーバで受
けることによって、可動反射部材の2つの反射面の交点
(θl :Y、:XI)の位置変化を、可動反射部材に
入射する平行光束の光軸方向のみについて検出し得るよ
うに構成した。
(実 施 例) 第2図は本発明の第1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2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。レチクルステージ1は
レチクルRを所定の直交座標系XASYA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m4bとが
固定されている。レーザ光−fi5からの平行なレーザ
光束は2つに分割された後、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ンタ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ンタ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10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10からの反
射光束とは再びビームスブリックフに入射し、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rIl
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X六
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XA、YAを構成する。
一方、レチクルステージ1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1
8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ンタ20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ッタ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。ビームスプリンタ
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に固定された直角コーナ
ーミラー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。またビームスプリンタ22に入射
しj: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に固定された直角コーナーミラー
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
ームスプリンタ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1に固定さ
れた直角コーナーミラー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X
A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1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1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1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1図において30.31はビームスプリフタ
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O3
とすると、レチクルステージ1がXA方回と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1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+、
Rzが既知の間隔で設けられている。このマークR+ 
、Rz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LB
、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、YAOYA軸と平行に合成光学系
としてのビームスプリッタ20のスプリント面20aに
入射する。スプリント面20aを透過したレーザ光束は
直角コーナーミラー21の第1反射面21a、第2反射
面21b1第3反射面21cでさらに反射され、ビーム
スブリック20の一部に形成された反射面2obに入射
する。その反射面20bはレーザ光束LB1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と第3反射面21c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21aと21bと2
1Cとの交わる位置はθ1に定められている。従ってビ
ームスプリフタ20からのレーザ光束は、レチクルステ
ージlのヨーイング、ピッチング等のステージエラーに
よる直角コーナーミラー21の回転にかかわず、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、211゜21b、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
プリント面20aで反射されてレシーバ36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、ビームスプリフタ20の内を
進み、第2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に固定された可
動反射部材としての直角コーナーミラー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、それは直角コーナーミラー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θ、のレーザ光束LBIの送光軸方向、すなわち座標
系XA、YAOYA軸方向のみの移動動量である。
同様に、ビームスプリンタ31で反射されたレーザ光束
L B tはビームスプリッタ22のスプリット面22
aを透過した後、直角コーナーミラー23の第1反射面
23aと、第2反射面23bと、第3反射面23c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LB、もYA軸と平行
であり、反射面22bはレーザ光束LB、の光路軸と垂
直に配置されている。
そして直角コーナーミラー23の反射面23aと23b
と23Cの成す角度は正確に90″に形成され、その交
点は位置YIに定められている。
従って、直角コーナーミラー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2
7からの反射光束が入射するとともに、反射面22b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ff1y+のYA軸方向のみの移動
量である。また位置θ1と位置Y、とはレチクルステー
ジ1が回転していないときに、座標系XA、YAのYA
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LB、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、YAOYA軸と平行である。またビ
ームスプリフタ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Y、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l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、YBOYB
軸である。
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ッタ24に入射す
るレーザ光束L B sは座標系XA。
YAoXA軸と平行である。ビームスプリンタ24のス
プリット面24aを透過したレーザ光束は直角コーナー
ミラー25の第1反射面25a2第2反射面25b、第
3反射面25Cで反射され、ビームスプリフタ24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201)と25cとの交点は位W x + に
定められ、この位置X、は座標系XB、YBのx B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
3はミラー34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24at−i3過してレシーバ3
8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25c、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、OXB軸方向の
みの移動量を検出する。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
X、を通りレーザ光束LB、と平行な線であり、これは
座標系XB、XYOXB軸である。
さて第3図は第2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1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には干渉針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
てビームスプリンタ24とミラー32を示しである。保
持コラム40の干渉計a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1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、XI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
+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LB、のみ
しか示していないが、レーザ光束LB、 、LB、+ 
、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1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+、Rz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
ツベ(Abbe )の原理を満足するようにして、マー
クR1、R2の位置検出時のアツベ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。
また、合成光学系としてのビームスプリッタ20.22
.24には基準反射部材としての反射面20b、22b
、24bが一体に形成されているが、これは光学系の長
期的な安定性を確保するためである。
さらにビームスプリッタ20と22は同一の部材で構成
してもよい、こうすればθ軸干渉計とY軸干渉針とのY
B力方向おける相対的な位置調整が不要となり、製造が
楽になる。
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1図のようにレチクルステージ1がニエートラ
ル位置くX方向、y方向及び回転方向の位置ずれがない
状M)にある場合、レチクルステージ1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fiX1、すなわち直角コーナーミラー2
5がXB軸方向に移動するので、当然ビームスプリ7タ
24のスプリント面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、直角コーナーミラー21と23については、それ
ぞれレーザ光束LB、 、LBtに対して直交する方向
に動(のみであるから、直角ミラー21.23の光学的
な性質からスプリント面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θ、のYB軸方向の変位量と、レシーバ3
7により検出される位置Y、OYB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1がYB軸方向のみに移動した場
合は、同様に直角コーナーミラー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3tl+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XB、YB内て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
θ。
(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、
直角コーナーミラー21は点θ、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ffy+  <以
下点YI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、直角コーナーミラー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x+  (以下点XIとする)にっていはX
B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X、を中心にΔθだけ反時計方向に
回転したように変位する0本実施例では中心点O3から
点θ1までの距離と、中心点O3から点Y、までの距離
とが等しく中心点O8、点θ、 、Y、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θ、とYl
とのXB軸方向の変位は方向も大きさも同一であり、Y
B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θ、を通りYB軸(あるいはレーザ光束LBI
)と平行な線をe、とし、点Y、を通りYB軸(あるい
はレーザ光束LBt)と平行な線を18とし、そして点
X、を通りXB軸(あるいはレーザ光束LBs)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、X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X、の線l、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Δy
a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I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X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軸の干渉計
では、点θ1とYlのYB軸方向の変位量と点X1のX
B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。従って八〇の回転を補正するために必要な点θ+ 
、’/+ 、XI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θ、
とYlについてはYB力方向の移動を与えればよ(、点
X、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+ 、Yl % 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X、のXB力方向位置とが求まれば
、レチクルステージIに対する点θ+ 、Yl 、XI
の配置関係が不変であること、及びレーザ光束LB+ 
、LBt 、LBs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θ
+ 、Yl 、X+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、直角コーナーミラー21.23.25の光学的な性
質によって、各直角コーナーミラーが点θ+ 、Y+ 
、X+ 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、さらに各直角コーナーミラー
が回転したまま、線II、I18、l、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1図に示したように、ウェハW上のマークW
1、Wtに対するレチクルR上のマークR,、R,の2
次元的なずれが、XB力方向ΔX、YB方向に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R3と
Wlとを重ね合わせ、かつマークR2とWt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軸干渉計との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Ha J! I とl、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軸干渉針
とY軸子ゆ計との両測定軸はウェハステージ3例の座標
系XA、YAのYA軸と常に平行であり、χ軸干渉計に
ついても線i3 (測定軸)は座標系XA、YAOXA
軸と常に平行である。すなわちレチクル側の干渉計の測
定軸は、レチクルステージ1の3時限的回転(ピッチン
グ・ヨーイング)にかかわらず、常に絶対系(座標系X
A、YA)と同じ方向に保たれている。
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、
 、Wl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
3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の位置決めが達成される。
尚、本実施例の様に直角コーナーミラー21.23.2
5は3つの反射面を互いに90°で組み合わせたもので
あり、レチクルステージ1がピッチングを起こしても干
渉計による測定が可能である事から、例えばレチクルス
テージ1にレベリング機構を組み込む事が出来る。即ち
、そのレベリング機構によってレチクルRのパターン面
を投影レンズの光軸AXと垂直な面に対して任意の方向
に微小量傾ける事により投影像の像質(ディストーショ
ン等)を変化させて、より精密な重ね合わせ露光を達成
するものである。
更に本実施例では直角コーナーミラー21.23.25
の各頂点θ+ 、’/+ 、X+ 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θl 、’/+
 、Xlの近傍である必要はない。例えば従来のように
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′iIi置してもよい。この場
合、XYステージは座標系XA、VB (XB、YB:
lの座標軸方向のみに移動し、θテーブルはχY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
21.23.25はそのθテーブルに固定される。
さて第5図は本発明の第2の実施例による位π検出装置
の構成を示す平面図である。本実施例はxl露光装置等
のマスクの位置検出に通用されるもので、マスクはレベ
リングステージ(不図示)を介してθテーブル100に
保持される。θテーブル100番↓XYステージ(不図
示)に微小回転可能に設けられている。さらにθテーブ
ル100にはマスク上のパターンPTをX線に対して遮
へいしないような開口100aが形成されている。
第5図中座標系XA、YAはマスクの下側にプロキシミ
ティギャノプで配置されるウェハの移動座標系である。
座標系XASYAの原点Cにおいて立てられた法線は、
X線源のX線発生点を通るように定められている。また
マスクにはアライメント用のマークMY、MX、Mθが
設けられ、マークMY、MθはともにYA方向のアライ
メントに使われ、マークMXはXA力方向7ライメント
に使われる。これらマークは本来XA軸、YA軸上に位
置するように定められている。
そして本実施例においても、3つの直角コーナーミラー
21.23.25をθテーブル100と一体に設ける。
そしてθテーブル100と、XYステージとがニュート
ラル位置にあるとき、直角コーナーミラー21の2つの
反射面の交点θ1と、直角コーナーミラー23の2つの
反射面の交点Y、とかXA軸上に位置するように構成し
、θ軸干渉計の測定軸とY軸子渉計の測定軸とを共にY
A軸と平行にする。また点θ、とY、とは原点Cから等
しい距離にあるものとする。同様に直角コーナーミラー
25の3つの反射面の交点X!はYA軸上に位置するよ
うに構成し、X軸干渉計の測定軸はXA軸と平行にする
。尚、第5図においてY軸干渉計の光学系の配置は省略
してあり、ビームスプリッタ42はレーザ光源からの光
束をレーザ光束L B + とLB2との2つに分ける
ものであり、41は装置の固定部に設けられた固定鏡ブ
ロックである。
本実施例では、パターンPTとウェハ上のパターンとの
相対的な回転誤差はマークMYとMθとをアライメント
顕微鏡を用いて検出する。その回転誤差量は点Y、と点
θ、のYA方向のずれ量に換算され、そのずれ量分だけ
θテーブル100を原点Cを中心に回転させればよい。
もちろんXYステージを微動させればθテーブル100
も一体に動くので、3軸の各干渉計の計測値もそれに応
じて変化する。
以上本発明の2つの実施例を説明したが、その他車発明
はウェハステージ3上に設けられたθテーブルの回転を
検出する場合にも同様に実施し得る。
また本発明は、本来−次元にしか移動しないステージの
位置を検出する場合にも、ステージエラー即ちステージ
のヨーイング、ピッチング、ローリング等の影客を受け
ることなく高精度の位置検出が可動である。それには第
1図又は第4図に示したレチクルステージにおいて、直
角コーナーミラー25のような配置を採用してステージ
のXB方向の位置を検出すればよい、またヨーイングも
合わせて検出する場合は、第1図に示した直角コーナー
ミラー21.23のような配置を採用して、ステージの
YB方向の位πを検出すればよい、この場合ステージの
一次元の移動ストロークはかなり大きくできる。
(発明の効果) 以上本発明によれば、ステージと一体に移動する移動鏡
として直角コーナーミラーを用いてダブルパスの干渉計
システムを構成しているため、ステージを回転させても
測定軸の方向が一切変化せずピッチング、ヨーイング、
ローリング等のステージエラー示あっても高精度な2次
元内の位置検出が可能である。またステージの位置を検
出する測定点が直交座標系内で直角コーナーミラーの交
点に限られるので、ステージの位置決め制御も  。
容易になる。
さらに実施例によればステージの異なる2ケ所に直角コ
ーナーミラーを設けて、最低2軸の干渉計システムを構
成するので、レチクル(マスク)上のパターンとウェハ
上のパターンとの7ライメント時の回転誤差が華純な形
で高精度に検出でき、回転補正を高速に、かつ精密に制
御できるといった利点がある。このため重ね合わせ精度
とスループットの向上が同時に達成される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例による位置検出装置として
の光波干渉計システムの構成を示す平面図、第2図は第
1図の光波干渉計システムを有する投影型露光装置の概
略的な構成を示す斜視図、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図は本発明の第2の実施例による位置検出装
置の構成を示す平面図である。 (主要部分の符号の説明〕 1−−−−レチクルステージ、 2−一一一投影レンズ
3−−−−ウェハステージ 6.7−−−−ビームスプリツタ 8.10−−−一固定鏡、 9.11−−−−レシーバ
2Q、22.24−−−−ビームスプリフタ21.23
.25−−−一直角コーナーミラー27.28−−−一
固定鏡 36.37.38−−−−レシーバ 100−−−−θテーブル、  R−−一−レチクルW
−−−−ウェハ、    PT−−−−マスクパターン
出願人   日本光学工業株式会社 代理人 弁理士 渡 辺  隆 男 YB 第4図 N5図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板を保持して、該基板を所定の直交座標系内で
    回転を含めて2次元的に移動させるステージの所定の基
    準位置に対する変位量を光波干渉により検出するステー
    ジ位置検出装置において、3反射面を有し、該3反射面
    の成す角度がそれぞれ相互に直角をなす如く構成した可
    動反射部材と、 コヒーレントな平行光束を前記座標平面と略平行に前記
    可動反射部材の任意の一反射面に入射させるとともに、
    装置の所定位置に固定された固定鏡にも入射させる送光
    光学系と、 前記可動反射部材の3反射面によって反射された後射出
    した光束を反射させて、再び前記可動反射部材の3反射
    面を介して前記送光光学系の方に戻す基準反射部材と、 該基準反射部材から可動反射部材を介して戻ってくる光
    束と、前記固定鏡から戻ってくる光束とを同一の光路に
    合成して干渉させるための合成光学系と、 該合成光学系にて合成された光束の干渉を光電検出する
    光電検出手段とを備えることを特徴とするステージ位置
    検出装置。
  2. (2)前記可動反射部材は前記ステージの異なる2ケ所
    に設け、前記基準反射部材と合成光学系とを該2つの可
    動反射部材の夫々に対して配置し、該2つの合成光学系
    の夫々から射出する光束を個々に受光する2つの光電検
    出手段を設け、該2つの光電検出手段の計測値に基づい
    て、前記ステージの所定の直交座標系内での回転変位量
    を検出し得るように構成したことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載のステージ位置検出装置。
JP61211207A 1986-09-08 1986-09-08 ステ−ジ位置検出装置 Pending JPS6366405A (ja)

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JP61211207A JPS6366405A (ja) 1986-09-08 1986-09-08 ステ−ジ位置検出装置

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