JPS6366405A

JPS6366405A - ステ−ジ位置検出装置

Info

Publication number: JPS6366405A
Application number: JP61211207A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Umagome; 伸貴馬込; Susumu Mori; 晋森
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1986-09-08
Filing date: 1986-09-08
Publication date: 1988-03-25

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

【特許請求の範囲】

（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）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。