JPH08236419A

JPH08236419A - 位置決め方法

Info

Publication number: JPH08236419A
Application number: JP7036432A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 1996-09-13
Also published as: KR960032586A

Abstract

(57)【要約】【目的】ウエハステージを軽量化して剛性を上げ、回
折光検出型のアライメントセンサの光ビームと検出マー
クとの回転誤差による検出誤差を除去する。【構成】ウエハステージの座標系（Ｘ，Ｙ）に対する
アライメントセンサからの光ビームの回転角の平均値
（θ_LSAX＋θ_LSAY）／２分だけレチクルを回転する（ス
テップ１０１，１０２）。ウエハを順次ウエハホルダ上
に載置する際に、それまでのウエハの回転誤差の平均値
である平均回転誤差θ_T 分だけ回転し（ステップ１２
１）、残っているわずかな回転誤差Δθ’はレチクルの
回転で対応する（ステップ１１５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光装置でマスク上の
パターンを感光基板上に露光する際の感光基板の位置決
め方法に関し、特に露光装置のステージ上で感光基板の
回転方向の位置決めを行う場合に適用して好適なもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等の製造に
使用されるステッパー等の投影露光装置においては、マ
スクとしてのレチクル上に形成された回路パターンを感
光基板としてのウエハ（又はガラスプレート等）上のフ
ォトレジスト層に高い重ね合わせ精度で転写するため
に、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ（アライ
メント）することが求められている。

【０００３】このためのアライメントセンサとしては、
特開平５−２１３１４号公報に開示されているように、
レーザー光をウエハ上のドット列状のアライメントマー
クに照射し、そのマークにより回折又は散乱された光を
用いてそのマークの位置を検出するＬＳＡ（Laser Step
Alignment）方式、ハロゲンランプを光源とする波長帯
域幅の広い光で照明して撮像したアライメントマークの
画像データを画像処理して計測するＦＩＡ(Field Image
Alignment）方式、あるいはウエハ上の回折格子状のア
ライメントマークに、周波数を僅かに変えたレーザー光
を２方向から照射し、発生した２つの回折光を干渉さ
せ、その位相からアライメントマークの位置を計測する
ＬＩＡ(Laser Interferometric Alignment）方式等のア
ライメントセンサがある。また、アライメント方式は、
投影光学系を介してウエハの位置を測定するＴＴＬ（ス
ルー・ザ・レンズ）方式、投影光学系及びレチクルを介
してレチクルとウエハとの位置関係を測定するＴＴＲ
（スルー・ザ・レチクル）方式、及び投影光学系を介す
ることなく直接ウエハの位置を測定するオフ・アクシス
方式に大別される。

【０００４】これらのアライメントセンサによりウエハ
ステージ上に載置されたウエハの少なくとも２点の位置
検出を行うことにより、並進方向ばかりでなく回転方向
の位置（回転角）の検出も行われる。ウエハの回転角の
計測にも使用されるセンサとしては、ＴＴＬ方式でＬＩ
Ａ(Laser Interferometric Alignment）方式、ＴＴＬ方
式でＬＳＡ（Laser Step Alignment）方式、又はオフ・
アクシス方式でＦＩＡ(Field Image Alignment）方式の
アライメントセンサ等がある。

【０００５】投影露光装置に対しては、これらのアライ
メントセンサの検出結果よりレチクルとウエハとを高精
度に位置合わせすると同時に、このアライメントにかか
る時間を短縮し、高い生産性（スループット）を維持す
ることも求められている。従ってウエハをウエハステー
ジへ搬送する段階から最終露光に至るすべての段階で生
産性を高めることが必要となる。ここで、従来の露光装
置における最終的なアライメントに至る前のウエハの受
け渡し工程における動作について、図５を参照して説明
する。

【０００６】図５は、従来の露光装置におけるウエハの
受け渡し機構を説明するためのウエハステージ周辺の構
成を示し、この図５においてウエハ搬送装置から、Ｘス
テージ１１上の伸縮機構２０を介して設けられたセンタ
ーアップ１９上にウエハ６が受け渡された状態が示され
ている。センターアップ１９は、試料台９、θ回転補正
機構８、及びウエハホルダ７の開口に遊嵌する３本のス
ピンドル部（図５ではその内２本のスピンドル部１９
ａ，１９ｂを示す）を有し、伸縮機構２０の上下の移動
により３本のスピンドル部がウエハ６の受け渡しに対応
してウエハ６を上下させるようになっている。また、セ
ンターアップ１９のウエハの裏面との３箇所の接触部は
外部の真空ポンプにより吸引（真空吸引）されており、
センターアップ１９を上下させるときにウエハ６がずれ
ないようになっている。

【０００７】ウエハ６がウエハホルダ７上に真空吸着に
より静置された後、アライメントセンサによってウエハ
６の両端に形成されているアライメントマークの検出信
号を生成し、例えばその検出信号がピークとなるとき
の、試料台９の端部に固定された移動鏡１３と外部のレ
ーザ干渉計とにより計測される試料台９の座標を求める
ことにより、ウエハステージ系の座標系上での回転誤差
を算出する。その結果に基づいて試料台９上のθ回転補
正機構（θテーブル）８を駆動してウエハ６の回転誤差
を取り除き、レチクルとウエハ６との回転方向の位置合
わせを行う構成となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上の如き従来の技術
においては、ウエハステージ系の座標系の基準となる移
動鏡１３を設置した試料台９とウエハ６との間にウエハ
を回転させるためのθ回転補正機構８が設けられている
ので、ウエハ６を吸着するウエハホルダ７の真空系の吸
着力が弱い場合にウエハ６の横ずれが発生したり、試料
台９上に複雑な機構を設けてあるのでステージ全体の剛
性が弱くなったり、ステージ全体の重量が増すことによ
りステージ制御性能が向上しないという不都合があっ
た。そこで、例えばθ回転補正機構を試料台９の下に配
置することも考えられるが、θ回転補正機構を駆動して
ウエハ６の回転角を調整する時に、試料台９上の移動鏡
１３に当たるレーザ干渉計の光ビームの角度が変化する
ので、θ回転補正機構の回転角が制限され、例えばウエ
ハのプリアライメント精度が悪い場合、それを十分に修
正できないという不都合がある。

【０００９】また、従来の技術において、ＬＳＡ方式や
ＬＩＡ方式のように回折光検出型のアライメントセンサ
を使用した場合、ウエハ６上のアライメントマークと位
置検出用の光ビームとの傾斜角に応じて特有の検出誤差
が生ずることがある。図６は、アライメントマークにレ
ーザビームが照射されている状態を説明するためのもの
で、図６（ａ）は、ＬＩＡ用のアライメントマーク（格
子状マーク）にレーザビームが照射され、、図６（ｂ）
は、ＬＳＡ用のアライメントマーク（点列状マーク）に
レーザビームが照射されている状態を示す。この図６
（ａ）に示すように、ＬＩＡ方式のアライメント系では
格子状のアライメントマークに対して２方向から矩形の
照明領域をもつレーザビームを照射して、アライメント
マークからの２つの回折光の干渉光の位相に基づいてウ
エハを位置決めするものである。図６（ａ）において、
左右方向に所定ピッチで形成された格子状マーク２５の
長手方向（非計測方向）に沿った中心軸２５Ｙに対して
レーザビームの照射領域２６はΔθ_A だけ傾いて入射し
ている。

【００１０】また、図６（ｂ）に示すように、ＬＳＡ方
式のアライメント系では複数の小さな正方形のパターン
を上下方向に所定ピッチで並べた点列状マーク２７でス
リット状の照射領域２８に集光されるレーザビームを走
査して、そのマークからの回折光の光量が最大になる位
置を検出するものである。図６（ｂ）において、点列状
マーク２７の配列方向（非計測方向）に沿った中心軸２
７Ｙに対してレーザビームのスリット状の照射領域２８
の長辺方向の中心軸２８ＹはΔθ_B だけ傾いて入射して
いる。

【００１１】従って、図６（ａ）及び図６（ｂ）どちら
の場合もアライメントマークとレーザビームとの傾き角
による検出位置誤差が発生することがある。即ち、アラ
イメントマーク上にはフォトレジストが塗布されている
ので、そのマークの非計測方向の位置によるフォトレジ
ストの膜厚等の相違により戻り回折光の強弱が発生する
と、マークの位置が戻り光の強い方向にシフトして検出
されるため、図６（ａ）のＬＩＡ方式での検出誤差は最
大で、格子状マーク２５の長手方向の長さＬ３と角度Δ
θ_A との積であるＬ３×Δθ_Aとなる。また、図６
（ｂ）のＬＳＡ方式での検出誤差は最大で、点列状マー
ク２７の長さＬ４と角度Δθ_B との積であるＬ４×Δθ
_Bとなる。しかしながら、従来の技術ではこれらの検出
誤差が容易には除去できないという不都合があった。

【００１２】本発明は斯かる点に鑑み、回折光検出型の
アライメントセンサの光ビームとアライメント用のマー
クとの回転誤差によって生じる検出誤差が除去でき、高
精度にウエハを位置決めできる位置決め方法を提供する
ことを目的とする。本発明は更に、ウエハステージの構
成が簡略化でき、それによりウエハステージの剛性向上
及び軽量化を図ることができ、結果としてウエハの位置
決めを高速且つ高精度に行うことができる位置決め方法
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の位置
決め方法は、所定方向（Ｙ方向）に移動自在な基板ステ
ージ（３０，２９，１０，１１，１２）上に保持された
感光基板（６）上にマスクパターン（１）を転写する際
の前処理工程として、その基板ステージのその所定方向
における位置を計測すると共にその感光基板（６）上に
形成されたマーク（４６Ｙ）に帯状光束（４２Ｙ）を照
射してその基板ステージに対するその感光基板（６）の
位置を検出し、この検出結果に基づいてその感光基板
（６）をその基板ステージ上に位置決めする位置決め方
法において、その帯状光束（４２Ｙ）の長手方向（Ｘ’
方向）とその所定方向（Ｙ方向）との関係を計測し（ス
テップ１０１）、その帯状光束（４２Ｙ）の長手方向と
その所定方向との関係に基づいてそのマスクパターン
（１）とその感光基板（６）とを相対的に移動させる
（ステップ１０２）ものである。

【００１４】この場合、その帯状光束（４２Ｙ）の長手
方向とその所定方向との関係に基づいて、その基板ステ
ージ上にその感光基板（６）を位置決めすることが好ま
しい。また、本発明による第２の位置決め方法は、基板
ホルダ（３０）上に保持された感光基板（６）上にマス
クパターン（１）を転写する際の前処理工程として、所
定の二次元座標系（Ｘ，Ｙ）を基準としてその基板ホル
ダ（３０）上にその感光基板（６）を位置決めする位置
決め方法において、その基板ホルダ（３０）上に載置さ
れたその感光基板（６）のその座標系に対する回転誤差
（Δθ_N）を求め（ステップ１０９）、その基板ホルダ
（３０）からその感光基板（６）を離脱させ（ステップ
１１２）、その回転誤差を補正するようにその感光基板
（６）を回転させた（ステップ１１３）後、再びその感
光基板（６）をその基板ホルダ（３０）上に載置する
（ステップ１１４）ものである。

【００１５】この場合、その感光基板（６）のその回転
誤差の補正後にその感光基板（６）のその二次元座標系
に対する微少回転誤差（Δθ’）を計測し（ステップ１
１５）、この微少回転誤差を補正するようにそのマスク
パターン（１）を回転させる（ステップ１１６）ことが
好ましい。

【００１６】

【作用】斯かる本発明の第１の位置決め方法によれば、
例えば図４に示すように、アライメントセンサからの帯
状光束（４２Ｙ）の長手方向（Ｘ’方向）と基板ステー
ジの座標系との回転角θ_LSAYが計測され、その基板ステ
ージの所定の移動方向（Ｙ方向）に対して回転角θ_LSAY
だけ例えばマスクパターン及び感光基板が回転される。
従って、アライメントセンサからの帯状光束（４２Ｙ）
の方向に合わせて感光基板（６）を回転することになる
ため、アライメントを行うことによってその帯状光束と
感光基板（６）上のマークとの回転誤差はなくなり、位
置検出誤差が除去される。

【００１７】また、帯状光束（４２Ｙ）の長手方向と所
定方向との関係を考慮して、その基板ステージ上に感光
基板（６）を位置決めする場合には、基板ステージ上で
感光基板（６）上のマークとアライメントセンサからの
帯状光束との回転誤差を低減できる。また、本発明の第
２の位置決め方法によれば、感光基板（６）の所定の座
標系に対する回転誤差（Δθ_N）を求め、基板ホルダ
（３０）から感光基板（６）を離脱させ、その回転誤差
を補正するように感光基板（６）を回転させた後、再び
感光基板（６）を基板ホルダ（３０）上に載置するの
で、基板ステージ側に回転補正機構が不要となり、基板
ステージの剛性向上及び軽量化が行われる。

【００１８】また、感光基板（６）の回転誤差の補正後
に感光基板（６）の二次元座標系に対する微少回転誤差
（Δθ’）を計測し、この微少回転誤差を補正するよう
にそのマスクパターン（１）を回転させる場合には、例
えば基板ステージ側に微少回転誤差を補正する機構を設
けることなく、迅速に回転方向の位置合わせが行われ
る。

【００１９】

【実施例】以下、本発明による位置決め方法の一実施例
につき、図１〜図４を参照して説明する。本例は、レチ
クル上のパターンを投影光学系を介してウエハ上の各シ
ョット領域に縮小して投影するステッパー型の投影露光
装置でウエハの交換を行う場合に本発明を適用したもの
である。

【００２０】図２は、本例の投影露光装置の概略構成を
示し、この図２において、水銀灯等からなる光源、フラ
イアイレンズ、及びコンデンサレンズ等を含む照明光学
系ＩＡからの照明光ＩＬのもとで、レチクル１上のパタ
ーンが投影光学系３を介してウエハ６の各ショット領域
上に投影露光される。ここで図２において、投影光学系
３の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内
で図２の紙面に垂直にＹ軸を、図２の紙面に平行にＸ軸
を取る。

【００２１】レチクル１は、レチクル架台３１上に載置
されたレチクルステージ３２上に保持されている。レチ
クルステージ３２は不図示のレチクル駆動系によりＸＹ
平面での並進移動及びθ方向（回転方向）への回転がで
きるようになっている。レチクルステージ３２上の端部
にはＸ方向、Ｙ方向共に移動鏡３３が設置されており、
移動鏡３３とレチクル架台３１上に固定されたレーザ干
渉計３４とによってレチクルステージ３２のＸ方向、Ｙ
方向の位置が例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検
出され、同時にレチクルステージ３２の回転角も検出さ
れている。レーザ干渉計３４の測定値はステージ制御系
１６に送られ、ステージ制御系１６はその情報に基づい
てレチクル架台３１上のレチクル駆動系を制御する。ま
た、ステージ制御系１６から中央制御系１８にレーザ干
渉計３４の測定値の情報が供給されており、中央制御系
１８はその情報に基づいてステージ制御系１６を制御す
る構成となっている。

【００２２】一方ウエハ６は、ウエハＸステージ１１上
の試料台２９に固定されたウエハホルダ３０上に真空吸
着により保持されている。試料台２９はウエハ６の光軸
ＡＸ方向（Ｚ方向）への位置及びチルト（傾き）を補正
するＺチルト駆動部（本例では３個のそれぞれＺ方向に
移動される部材よりなる）１０に支持され、Ｚチルト駆
動部１０はＸステージ１１上に固定されている。また、
Ｘステージ１１はＹステージ１２上に載置され、Ｙステ
ージ１２はウエハベース１４上に載置され、それぞれ不
図示のウエハステージ駆動系を介してＸ方向及びＹ方向
に移動できるように構成されている。また、試料台２９
上の端部にはＬ字型の移動鏡１３が固定され、この移動
鏡１３と移動鏡１３に対応する方向に配置されたレーザ
干渉計１７とにより試料台２９のＸ方向、Ｙ方向の座標
及び回転角が検出される。レーザ干渉計１７により計測
される座標（Ｘ，Ｙ）により規定される座標系をウエハ
ステージの座標系（Ｘ，Ｙ）と呼ぶ。

【００２３】レーザ干渉計１７の測定値はステージ制御
系１６に送られ、ステージ制御系１６はその情報に基づ
いてウエハステージ駆動系を制御する。また、ステージ
制御系１６から中央制御系１８にレーザ干渉計１７の測
定値の情報が供給されており、中央制御系１８はその情
報に基づいてステージ制御系１６を制御する構成となっ
ている。また、ウエハステージの近傍にはウエハを受け
渡しするためのウエハ搬送装置３９（図３参照）が配置
され、ウエハステージ内にはウエハの受け渡し機構が備
えられているが、これについては後で詳しく説明する。

【００２４】更に、本例の投影露光装置にはレチクル４
とウエハ６との位置合わせを行うためのＴＴＬ方式のＬ
ＳＡ（Laser Step Alignment）方式のアライメントセン
サ４、及びオフ・アクシス方式でＦＩＡ（撮像方式）方
式のアライメントセンサ５が備えられている。なお、ア
ライメントセンサ４の中には、ＬＩＡ(Laser Interfero
metric Alignment）方式のアライメントセンサも並列に
組み込まれているが、以下ではＬＳＡ方式のアライメン
トセンサを使用するものとして説明する。アライメント
時には、これらのアライメントセンサ４，５の何れかに
よりウエハ６上に形成されたウエハマークの位置を検出
し、その検出結果に基づき、常時ウエハ６の各ショット
領域に前工程で形成されたパターンとレチクル上のパタ
ーンとを正確に位置合わせする。これらのアライメント
センサ４，５からの検出信号はアライメント制御系１５
によって処理され、アライメント制御系１５は中央制御
系１８により制御されている。また、試料台２９上に、
表面がウエハ６の表面と同じ高さになるように基準マー
ク部材４３が固定され、基準マーク部材４３の表面にア
ライメントの基準となるマークが形成されている。

【００２５】以上のように、ステージ制御系１６及びア
ライメント制御系１５は中央制御系１８により制御さ
れ、中央制御系１８が投影露光装置の全体を統轄的に制
御して、一定のシーケンスで露光動作が行われる構成と
なっている。次に、ウエハ搬送系及びウエハステージ上
のウエハの受け渡し機構について図３を参照して説明す
る。なお、ウエハステージはウエハホルダ３０、試料台
２９、Ｚチルト駆動部１０、Ｘステージ１１、Ｙステー
ジ１２、及びウエハベース１４をまとめて総称するもの
である。

【００２６】図３（ａ）は本例のウエハ搬送系及びウエ
ハステージ周辺の構成の平面図、図３（ｂ）はその側面
図を示す。図３（ａ）及び（ｂ）において、ウエハステ
ージの−Ｘ方向の上方には、ウエハを受け渡しするため
のウエハ搬送装置３９が配置されている。ウエハ搬送装
置３９はＸ方向に直列に並んだウエハアーム２１，２
２、それらのウエハアーム２１，２２を所定の位置まで
スライドさせるスライダー２３、及びウエハアーム２
１，２２を駆動する不図示のアーム駆動系から構成され
ている。２つのウエハアーム２１，２２は共にＵ字状の
平板部を有し、それらの上表面にウエハが載置されるよ
うになっている。これらの２つのウエハアーム２１，２
２により露光後のウエハをアンロードすると同時に次の
ウエハをロードすることができるようになっている。

【００２７】ウエハアーム２１，２２は、ローダ制御装
置２４からの指令に基づき、スライダー２３に沿って、
ウエハがウエハステージ系に受け渡されるローディング
ポジションまで移動し、ウエハアーム２２により露光さ
れた前のウエハ６Ａを搬出する。次にウエハアーム２１
により次に露光するウエハ６をウエハステージ上に移動
し、センターアップ３８上に載置する。図３は、スライ
ダー２３上のウエハアーム２２に前のウエハ６Ａが載置
され、ウエハアーム２１からセンタアップ３８にウエハ
６が渡された状態を示している。

【００２８】センターアップ３８は、Ｘステージ１１上
に設けられた伸縮機構３５に支持され、試料台２９、及
びウエハホルダ３０の開口に遊嵌する３本のスピンドル
部３８ａ〜３８ｃを有し、伸縮機構３５の上下方向（Ｚ
方向）への移動により３本のスピンドル部３８ａ〜３８
ｃがウエハ６を上下させてウエハ６の受け渡しが行われ
る。３本のスピンドル部３８ａ〜３８ｃの先端にはそれ
ぞれ真空吸着の吸着孔が形成され、それらの先端はウエ
ハの受け渡し時にはウエハアーム２１，２２との間で受
け渡しのできる高さまで移動し、ウエハをウエハホルダ
７上に載置する際には、ウエハホルダ７の表面より低い
位置まで移動する。また、スピンドル部３８ａ〜３８ｃ
の先端を真空吸引することにより、センターアップ３８
を上下させるときにウエハ６がずれないようになってい
る。

【００２９】また、伸縮機構３５はその中心軸３５Ｚを
中心としてＸＹ平面上で回転自在に支持され、Ｘステー
ジ１１上に設けられた回転駆動系３６により回転する駆
動軸３７と係合して、回転駆動系３６を制御する中央制
御系１８からの指令により所望の角度まで回転できるよ
うになっている。この回転駆動系３６、駆動軸３７、及
び伸縮機構３５からなる回転系は十分な分解能を持って
おり、０．１ｍｒａｄの精度でウエハ６を回転させるこ
とができる。

【００３０】次に、本例の投影露光装置における位置決
めの動作の一例につき図１を参照して説明する。本発明
においては、先ず、ステップ１０１において図２の基準
マーク部材４３上の基準マークを用いて、ウエハステー
ジの座標系（Ｘ，Ｙ）に対するアライメントセンサ４の
レーザビームの傾きを求める。ここでは、ＬＳＡ方式の
アライメントセンサ４の帯状（スリット状）のレーザビ
ームのウエハステージの座標系（Ｘ，Ｙ）に対する傾き
の状態及び傾き角を計算する例について図４を参照して
説明する。この場合、アライメントセンサ４はＹ軸用で
あるが、不図示のＸ軸用のＬＳＡ方式のアライメントセ
ンサからも基準マーク部材４３上にレーザビームが照射
されているものとする。なお、ＬＩＡ方式についても同
様である。

【００３１】図４（ａ）は、基準マーク部材４３上にア
ライメントセンサ４から投影されたレーザビームの状
態、図４（ｂ）はレーザビームの傾き角の計算方法を説
明する模式図を示す。この図４（ａ）において、基準マ
ーク部材４３の中心Ｃを原点としたＸ，Ｙ座標の上にそ
れぞれＸ軸及びＹ軸に平行な点列状の基準マーク４１
Ｙ，４１Ｘが形成されている。これに対しアライメント
用のＹ，Ｘ方向の位置をそれぞれ検出するレーザビーム
４２Ｙ，４２Ｘの長手方向に平行な座標をＸ’，Ｙ’座
標とすると、Ｘ’，Ｙ’座標はウエハステージのＸ，Ｙ
座標に対してそれぞれθ_LSAY，θ_LSAXだけ傾いている。

【００３２】先ず回転誤差θ_LSAXを検出するためには、
例えば図４（ｂ）のように順次ウエハステージをＹ方向
にＬだけステッピングさせて、基準マーク４１Ｘでレー
ザビーム４２Ｘを走査してそれぞれ基準マーク４１Ｘの
位置を検出する。帯状のレーザビーム４２ＸのＹ’座標
軸に対してウエハステージのＹ座標軸が傾いているため
に、Ｙ方向にＬだけ離して走査したときの基準マーク４
１ＸのＸ座標値が異なってくる。基準マーク４１の２箇
所で測定されたＸ座標値をそれぞれｘ₁，ｘ₂とする
と、ｘ₁−ｘ₂ ＝Δｘとして、回転誤差θ_LSAXはΔｘ／
Ｌで求められる。同様に、Ｘ座標軸に対するＸ’座標軸
の回転誤差θ_LSAYも計測される。また、ＬＩＡ方式のア
ライメントマークに対するレーザビームの回転誤差θ
_LIAX及びθ_LI _AYも同様に求められる。

【００３３】ＬＳＡ方式及びＬＩＡ方式のアライメント
センサからのレーザビームの回転誤差の値を中央制御系
１８において記憶する。なお、新しいウエハをウエハカ
セットからウエハアーム２１，２２に載せ換える前にウ
エハ外周のオリエンテーションフラット（切り欠き部）
の検出により、各ウエハを例えば５０μｍ（３σ）程度
にプリアライメントする機構（不図示）は、ウエハステ
ージの座標系（Ｘ，Ｙ）に対して回転誤差がないように
調整されているものとする。

【００３４】この状態で、ステップ１０２において、Ｌ
ＳＡ方式のアライメントセンサ４を使用するものとし
て、レチクル１をウエハステージの座標系（Ｘ，Ｙ）に
対して回転誤差θ_LSAX及びθ_LSAYの平均値（θ_LSAX＋θ
_LSAY）／２分だけ回転する。次に、座標系（Ｘ，Ｙ）を
角度（θ_LSAX＋θ_LSAY）／２だけ回転した座標系をステ
ージ座標系として、以後はこのステージ座標系を基準と
してウエハステージを駆動する。次に、ステップ１０３
においてウエハの順序を示す変数Ｎを１に設定する。な
お、１ロット内のウエハ枚数をＭとする。次に、ステッ
プ１０４で図３に示すように、１枚目のウエハ６をウエ
ハカセットより取り出し、プリアライメント機構によっ
て５０μｍ程度の位置決め誤差に追い込んだ後、ウエハ
６をウエハアーム２１にて搬送する。次に、ステップ１
０５にてウエハステージをローディングポジション（ウ
エハの受け渡し位置）に移動させ、ステップ１０６で変
数Ｎが１かどうか判定し、変数Ｎが１の場合ステップ１
０７に進む。変数Ｎが１でない場合はステップ１１９に
進む。

【００３５】ステップ１０７では、ウエハアーム２１上
のウエハ６をウエハホルダ３０上に移動する。そして次
のステップ１０８において、ウエハ６をセンターアップ
３８に受け渡し、受け渡し終了後ウエハアーム２１を引
き抜いて、センターアップ３８を下げる。このとき、ス
テップ１０１で求めたアライメント用のレーザビームの
傾き角の平均値（θ_LSAX＋θ_LSAY）／２分だけ、回転駆
動系３６を駆動してセンタアップ３８を回転させる。こ
の回転誤差補正はロット内の全てのウエハについて行わ
れる。ウエハ６がウエハホルダ３０上に到着した時点
で、センターアップ３８側の吸引動作を停止し、ウエハ
ホルダ３０側の吸引動作を開始することでウエハ６がウ
エハホルダ３０上に固定される。この場合、図３（ａ）
に示すように、ウエハ６の左右に位置合わせ用のＬＳＡ
方式のアライメントマーク４５Ｘ，４５Ｙ及び４４Ｘ，
４４Ｙが形成されている。また、ウエハ６上の各ショッ
ト領域ＳＡにはそれぞれ最終アライメント用のＬＳＡ方
式のウエハマーク４６Ｘ，４６Ｙが付設されている。

【００３６】次に、ステップ１０９で、ウエハステージ
を駆動し、図３（ａ）のウエハ６上のアライメントマー
ク４４Ｘ，４４Ｙ及び４５Ｘ，４５ＹをＬＳＡ方式のア
ライメントセンサ４及び不図示のＸ軸用のアライメント
センサにて計測する。この場合、例えばウエハの両端に
ある２つのアライメントマーク４５Ｙ，４４Ｙの計測結
果のステージ座標系のＹ軸での座標値をｙ₃，ｙ₄とす
れば、これらの座標値及び２つの基準マーク４５Ｙ，４
４Ｙ同志の間隔ＬＹから、ステージ座標系に対するウエ
ハ６の回転誤差は（ｙ₄−ｙ₃）／ＬＹで求められる。
この値を回転誤差Δθ₁（ウエハがＮ枚目の場合は回転
誤差Δθ_N ）とする。このようにして、ラフな回転誤差
計測が行われたことになる。

【００３７】次に、ステップ１１０で、今はＮ枚目のウ
エハのローディングを行っているものとして、センター
アップ３８によって回転補正された角度をθ_Tとする。
変数Ｎが１のときには、θ_T＝（θ_LSAX＋θ_LSAY）／２
である。そして、計測された回転誤差Δθ_N とその回転
補正された角度との和を絶対回転誤差Θ_N とする。即
ち、次式が成立する。

【００３８】Θ_N ＝θ_T＋Δθ_N 次に、１枚目のウエハからＮ枚目のウエハまでの絶対回
転誤差Θ_N の平均値である新たな平均回転誤差θ_T（＝
（Θ₁＋Θ₂＋…＋Θ_N）／Ｎ）を求める。次に、ステ
ップ１１１で回転誤差Δθ_Nが許容誤差範囲内かどうか
を判別する。この許容誤差範囲は例えばオペレータより
入力されるが、アライメントセンサ４のレーザビームの
傾きの許容値で決定される数値である。ここで、回転誤
差Δθ_Nが許容誤差範囲内のときはステップ１１５に進
み、許容誤差範囲外のときはステップ１１２に進む。

【００３９】ステップ１１２では、ウエハホルダ３０の
吸引動作を停止し、センターアップ３８の吸引動作を開
始してウエハを吸着し、持ち上げる。ここで、ステップ
１１３においてセンターアップ３８の回転によって回転
誤差Δθ_Nを修正するようにウエハを回転させる。補正
後ステップ１１４において、センターアップ３８を下げ
てセンターアップ３８の吸引動作を停止し、ウエハをウ
エハホルダ３０上に再設置し、ウエハホルダ３０での吸
引動作を行ってウエハをウエハホルダ３０上に固定す
る。そして、ステップ１１５に進む。

【００４０】ステップ１１５では、アライメントセンサ
４等によりステージ座標系に対するウエハの回転誤差の
高精度な計測（ファイン計測）を実施する。この場合、
例えばウエハ上の複数個のショット領域に付設されたウ
エハマークの位置を統計処理して回転誤差を求めるた
め、ステップ１０９における計測結果に比較してより正
確な回転誤差が得られることになる。ここで、このファ
イン計測により得られたウエハのステージ座標系に対す
る回転誤差をΔθ’（残留誤差）とする。この結果に基
づき、次のステップ１１６において、レチクルステージ
３２を駆動して回転誤差Δθ’分だけレチクル１を回転
する。これによりレチクルパターンに対するウエハの各
ショット領域の回転誤差が除去される。そして、その他
の誤差をウエハステージの位置を補正することで除去
し、順次露光を実施する。

【００４１】１枚目のウエハの露光が終了後、ステップ
１１７でウエハの順序を示す変数Ｎを１だけ増加し、Ｎ
＝２としてステップ１１８に進み、ステップ１１８でＮ
＝Ｍであるかどうかを判定する。Ｎ≠Ｍである場合は再
びステップ１０４からのシーケンスを繰り返す。ステッ
プ１１８においてＮ＝Ｍと判定された場合は終了とな
る。

【００４２】ここで、ステップ１０６において変数Ｎが
１でないときのシーケンスを説明する。変数Ｎが１でな
いときは前述のようにステップ１１９に進む。ウエハホ
ルダ３０上には前のウエハが載置されているので、ここ
でウエハを次のウエハと交換する。ステップ１１９で先
ず、ウエハホルダ３０の吸引動作を停止し、センターア
ップ３８の吸引動作を開始してウエハを吸着し、持ち上
げる。次に、ステップ１２０において、搬出用のウエハ
アーム（ウエハアーム２２）にウエハを載せ換え、搬入
用のウエハアーム（ウエハアーム２１）上のウエハをウ
エハホルダ３０上に移動し、センターアップ３８上にウ
エハを移す。

【００４３】ここで、ステップ１２１においてセンター
アップ３８の吸引を開始してウエハをセンターアップ３
８上に固定させた後、センターアップ３８の回転によっ
てそれまでの平均回転誤差θ_Tを修正するようにウエハ
を回転させ、ウエハの回転誤差を補正する。補正後、ス
テップ１２２において、センターアップ３８を下げてセ
ンターアップ３８の吸引動作を停止し、ウエハをウエハ
ホルダ３０上に再設置し、ウエハホルダ３０での吸引動
作を行ってウエハをウエハホルダ３０上に固定する。そ
して、ステップ１０９に進み、回転誤差Δθ_Nの計測を
行う。

【００４４】以上のように、変数Ｎが１でないときは、
既に前のウエハの計測を終えているので平均回転誤差θ
_Tが求められている。一般的にウエハの回転誤差は、ウ
エハ上のアライメントマークを形成した工程の露光装置
とのマッチング誤差と、プリアライメント誤差とによっ
て決定される。従って、同一ロットでは一定の回転誤差
が発生している可能性が高く、そのため、予め補正すべ
き回転誤差を推定する方法としてステップ１１０に示す
ように、それまでの絶対回転誤差Θ₁，Θ₂，…，Θ_N
の平均値（平均回数誤差）θ_Tを求めている。

【００４５】ステップ１０９でアライメントセンサによ
りウエハの回転誤差を計測する前に、ステップ１２１に
おいてこれを予め補正することで、ウエハをウエハホル
ダ３０に搭載後、ステップ１１２〜１１４のように再搭
載する確率が少なくなるようにしている。この一連の動
作が１１９〜１２２に示されており、ウエハ枚数が増え
る程、平均回転誤差θ_Tの信頼性が高まり、ステップ１
１２〜１１４へ進む頻度が減ることになる。この一連の
シーケンスによってアライメントセンサのレーザビーム
の傾きによる回転誤差が少なく、更に高いスループット
（生産性）でウエハへの露光が行われる。

【００４６】以上のように本例においては、アライメン
トセンサ４のレーザビームの方向を基準としてウエハ６
及びレチクル１の回転角を決定するので、ウエハ上のア
ライメントマーク及びウエハマークとレーザビームとの
傾きによる回転誤差の発生を防止することができる。ま
た、レーザビームの傾きに合わせてウエハ６の回転角を
決定するので、レーザビームの傾きを機械的及び光学的
に高精度に合わせる必要がなくコストが低減できる。ま
た、Ｘステージ１１上のセンターアップ３８に回転する
機能を設け、回転誤差を補正するシステムを設けたの
で、試料台２９の軽量化及びウエハステージにおけるよ
り高い剛性性が達成される。従って、ウエハステージの
ステッピング時の静定精度が向上し静定時間も短縮され
る。

【００４７】更に、本例の回転誤差を計測するシステム
によれば、ウエハの推定回転誤差を１枚のウエハの結果
で決めるのではなく複数枚のウエハの平均した平均回転
誤差θ_Tで決めるので、ウエハステージ上でセンターア
ップ３８の回転機能を利用してウエハを回転し直すこと
が少なくなり、スループット（生産性）が向上する。ま
た、センターアップ３８を下げるのとほぼ同時に回転補
正を行い、残留誤差（回転誤差Δθ’）をレチクルステ
ージ３２により補正するので、同様にスループットが向
上する。

【００４８】例えば、図５に示すような従来の方法では
ラフアライメントにより回転誤差を計測後、試料台９上
のウエハのθ回転補正機構８によってウエハの回転を補
正していた。これに要する時間は１〜２秒であるのに対
し、本例のシステムではセンターアップ３８を下げるの
と同時に許容誤差内になるように予め回転補正を行うの
で、そのような時間が発生しない。但し、ロットの先頭
付近では数枚のウエハをウエハホルダ上で再載置するた
めに時間を要するが、学習効果でロット内のウエハ枚数
が多いほど再載置する回数及び時間が減少し、本発明の
効果が高くなる。

【００４９】また、図５に示す従来の投影露光装置に
は、移動鏡１３が載置された試料台９とウエハ６との間
に駆動系としてのウエハのθ回転補正機構８が存在する
が、本例では移動鏡１３とウエハ６との間に駆動システ
ムがないためステッピング精度の安定性が高まる。な
お、本発明はステップ・アンド・リピート型の露光装置
のみでなく、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装
置等あらゆる分野に適用できる。

【００５０】このように本発明は上述実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。

【００５１】

【発明の効果】本発明による第１の位置決め方法によれ
ば、感光基板（ウエハ）上のマークの方向を帯状光束の
長手の方向に対応して調節することができ、その帯状光
束とマークとの回転誤差に基づく検出誤差が除去でき
る。また、例えば帯状光束の方向に合わせて感光基板の
回転角を決定することができるので、帯状光束の方向を
機械的又は光学的に高精度に調節する必要がなくコスト
が低減できる利点がある。

【００５２】また、帯状光束の長手方向と所定方向との
関係を考慮して、基板ステージ上に感光基板を位置決め
する場合には、感光基板を基板ステージに載せた時点で
感光基板とマスクパターンとの方向の調整が終了し、基
板ステージの方向を調節する必要がない。従ってスルー
プット（生産性）が向上すると共に基板ステージにマス
クパターンと感光基板との方向を調節する機構を必要と
しない。

【００５３】また、本発明の第２の位置決め方法によれ
ば、基板ホルダに再置された時点で感光基板の所定の座
標系に対する回転誤差が補正され、感光基板の位置合わ
せが迅速に行われスループットが向上する。また、感光
基板の回転誤差の補正後に感光基板の二次元座標系に対
する微少回転誤差を計測し、この微少回転誤差を補正す
るようにマスクパターンを回転させる場合には、例えば
基板ステージ側に微少回転誤差を補正する機構を必要と
しない。従って基板ステージの軽量化及び剛性のアップ
が可能となり、基板ステージのステッピング時の静定精
度が向上し静定時間も短縮する。また基板ステージ側で
行うより補正動作が簡単になる利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置合わせ方法の一実施例を説明
するためのフローチャートである。

【図２】図１の位置合わせ方法を実施するための投影露
光装置の一例の概略構成を示す図である。

【図３】図２の投影露光装置で用いられるウエハ搬送装
置及びウエハの受け渡し機構を示す図である。

【図４】図１のレーザビームとウエハ上の基準マークと
の回転誤差を説明する図である。

【図５】従来の投影露光装置に用いられるウエハの受け
渡し機構を示す図である。

【図６】従来の投影露光装置におけるアライメント用の
ＬＩＡ及びＬＳＡのマークとビームとの傾きを示す図で
ある。

【符号の説明】

１レチクルＡＸ光軸ＩＬ照明光３投影光学系３４レーザ干渉計（レチクル用）４ＬＩＡ用のアライメントセンサ５ＬＳＡ用のアライメントセンサ６ウエハ１０Ｚチルト駆動部１１Ｘステージ１２Ｙステージ１５アライメント制御系１６ステージ制御系１７レーザ干渉計（ウエハ用）１８中央制御系２９試料台３０ウエハホルダ３５伸縮機構３６回転駆動系３７回転体３８センターアップ４１Ｘ，４１Ｙ基準マーク（基準板）４４Ｘ，４４Ｙ基準マーク（ウエハ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定方向に移動自在な基板ステージ上に
保持された感光基板上にマスクパターンを転写する際の
前処理工程として、前記基板ステージの前記所定方向に
おける位置を計測すると共に前記感光基板上に形成され
たマークに帯状光束を照射して前記基板ステージに対す
る前記感光基板の位置を検出し、該検出結果に基づいて
前記感光基板を前記基板ステージ上に位置決めする位置
決め方法において、前記帯状光束の長手方向と前記所定方向との関係を計測
し、前記帯状光束の長手方向と前記所定方向との関係に
基づいて前記マスクパターンと前記感光基板とを相対的
に移動させることを特徴とする位置決め方法。
【請求項２】前記帯状光束の長手方向と前記所定方向
との関係に基づいて、前記基板ステージ上に前記感光基
板を位置決めすることを特徴とする請求項１記載の位置
決め方法。
【請求項３】基板ホルダ上に保持された感光基板上に
マスクパターンを転写する際の前処理工程として、所定
の二次元座標系を基準として前記基板ホルダ上に前記感
光基板を位置決めする位置決め方法において、前記基板ホルダ上に載置された前記感光基板の前記二次
元座標系に対する回転誤差を求め、前記基板ホルダから前記感光基板を離脱させ、前記回転
誤差を補正するように前記感光基板を回転させた後、再
び前記感光基板を前記基板ホルダ上に載置することを特
徴とする位置決め方法。
【請求項４】前記感光基板の前記回転誤差の補正後に
前記感光基板の前記二次元座標系に対する微少回転誤差
を計測し、該微少回転誤差を補正するように前記マスクパターンを
回転させることを特徴とする請求項３記載の位置決め方
法。