JPH0878315A

JPH0878315A - 露光装置

Info

Publication number: JPH0878315A
Application number: JP6214610A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ota; 和哉太田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】マスク上のパターンを感光性の基板上に露光
する露光装置において、ウエハステージの位置を計測す
る計測器に対する空気の揺らぎの影響を少なくする。【構成】Ｘ軸に沿ってスライドするウエハＸステージ
８、Ｙ軸に沿ってスライドするウエハＹステージ７、及
びそれら両ステージに載置されるウエハレベリングテー
ブル９等からなるウエハステージを使用し、走査露光中
のウエハレベリングステージ９のＸ方向及びＹ方向の加
速度をウエハレベリングテーブル９上に配置した複数の
加速度センサ２１，２２等により計測し、その計測され
た加速度からウエハレベリングテーブル９の位置を算出
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体集積回
路、液晶ディスプレイ等を製造するためのフォトリソグ
ラフィー工程において、マスク上のパターンを感光基板
上に露光する露光装置に関し、ステッパーのような一括
露光方式の露光装置にも適用できるが、マスクと感光基
板とを同期して走査することにより感光基板上に逐次マ
スクパターンを露光する投影式走査型露光装置に適用し
て好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子、液晶表示素子又は薄
膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィー工程で製造する
際に、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンを感
光材が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に
転写する投影露光装置が使用されている。従来は主に、
ウエハの各ショット領域に順次レチクルのパターンの像
を転写露光するステップ・アンド・リピート方式の縮小
投影型露光装置（ステッパー等）が多用されていた。

【０００３】しかし近年、半導体素子等においては１個
のチップパターンが大型化しているため、より大面積の
パターンを露光できる露光装置も必要とされている。と
ころが、投影光学系の広い露光フィールドの全面で解像
力及び他の結像性能（ディストーション、像面湾曲等）
を所定の精度に維持することは困難である。そこで現在
注目されているのが、走査型露光装置である。この走査
型露光装置の原型とも言うべき露光装置が、投影倍率が
等倍の反射投影光学系を備え、等倍のレチクル（狭義の
所謂マスク）を保持するレチクルステージとウエハを保
持するウエハステージとを共通の移動コラムに結合し
て、レチクル及びウエハを同一速度で走査露光するミラ
ープロジェクションアライナである。その等倍の反射投
影光学系では、屈折素子（レンズ）を用いないために広
い露光波長域において色収差が良好であり、光源（水銀
ランプ等）から発する２種類以上の輝線スペクトル（例
えばｇ線とｈ線等）を同時に使って露光強度を高めるこ
とができ、従って高速の走査露光が可能となっている。
その反射式の投影光学系では、Ｓ（サジタル）像面とＭ
（メリジオナル）像面との双方の非点収差をともに零に
する点が、反射投影系の光軸から一定距離の像高位置近
傍に制限されるため、レチクルを照明する露光光の形状
は幅の狭い輪帯の一部分、いわゆる円弧スリット状にな
っている。

【０００４】このような等倍の走査型露光装置では、ウ
エハ上に投影されるレチクルのパターンの像が鏡像関係
にならないような投影光学系を用いた場合には、レチク
ルとウエハとを一体の移動コラム上にアライメントした
状態で保持させた後、移動コラムに円弧スリット状の照
明光の短手方向に１次元的に走査を行わせることで露光
が完了する。一方、ウエハ上に投影されたレチクルのパ
ターンの像が鏡像関係になるような等倍投影光学系を用
いた場合には、レチクルステージとウエハステージとを
互いに逆方向に同一速度で移動させる必要がある。

【０００５】更に、従来の走査型露光方式として、屈折
素子等を組み込んで投影倍率を拡大、又は縮小した状態
でレチクルステージとウエハステージとの両方を倍率に
応じた速度比で相対走査する方式も知られている。この
場合、その走査型露光装置の投影光学系としては、反射
素子と屈折素子とを組み合わせたもの、あるいは屈折素
子のみで構成されたものが使われ、反射素子と屈折素子
とを組み合わせた縮小投影光学系の一例が、特開昭６３
−１６３３１９号公報に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
縮小倍率の投影光学系を有する走査型露光装置を使用し
た場合には、ウエハ上での露光領域が数十ｍｍ程度しか
得られないため、等倍の走査型露光装置と異なり、１度
の走査露光でウエハ全面を露光することはできない。従
って、ウエハ上の各ショットを投影光学系の視野に対す
る走査開始位置にステップ・アンド・リピート方式で移
動した後、それぞれ走査露光を行うというステップ・ア
ンド・スキャン方式で露光を行う必要がある。そのため
にウエハステージのストロークはウエハの直径とほぼ等
しく、ウエハステージの位置計測用のレーザ干渉計のパ
ス（光路）もウエハの直径と同じ長さが必要であった。

【０００７】ところが、そのように長いレーザ干渉計の
パスでは、空気の揺らぎによる影響が甚だしく、特に走
査型の露光装置において走査露光時のウエハの位置及び
速度の制御精度が悪くなるという不都合があった。そこ
で、その空気の揺らぎによる影響を低減させるために、
レーザ干渉計のパスをカバーで覆って且つ温調された空
気を流す等の対策が施されているが、それでも十分な制
御精度が得られていない。

【０００８】そこで本出願人は、レーザ干渉計が空気の
揺らぎによる影響を受けても位置ずれが生じないよう
に、走査露光の間中連続的にレチクルとウエハとの相対
的な位置合わせを行う投影式走査型露光装置を、特開平
４−３０７７２０号公報及び特開平５−６２８７１号公
報において提案している。ところが、斯かる装置では、
ウエハをエッチングするプロセス、又はウエハ上に膜を
蒸着等で形成するプロセス等により、アライメント用の
ウエハマークが部分的に損傷してしまった場合には、ア
ライメントの精度が低下するという不都合がある。

【０００９】また、走査型の露光装置に限らずステッパ
ータイプ（一括露光方式）の露光装置においても、レチ
クルやウエハの位置を計測するためレーザ干渉計が利用
されている。走査型の露光装置とは異なり、レチクル或
いはウエハのショット毎の位置決めだけに使用されるた
め、走査型の露光装置に使用される場合に比較して条件
的には緩やかと言えるが、干渉計のパスの長さは走査型
の露光装置に使用される場合と変わらず、空気の揺らぎ
による影響により位置決め精度が悪化していた。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、空気の揺らぎの
影響を受けることのない、又はあってもその影響の少な
い新たな位置計測手段により、露光中のウエハ（感光性
の基板）の位置の制御精度を向上させた露光装置を提供
することを目的とする。更に、本発明は、走査露光中の
レチクル及びウエハの位置の制御精度を向上させた走査
型の露光装置を提供することを目的とする。更に、本発
明は走査型の露光装置でアライメントの精度を向上させ
ることをも目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の露光
装置は、感光性の基板（６）に転写されるパターンが形
成されたマスク（１）を照明する照明手段（ＥＬ）と、
その基板（６）を所定の位置決め平面上で移動させる基
板ステージ（９）とを有し、そのマスク（１）のパター
ンをその基板（６）上の所定の露光領域に露光する露光
装置において、その位置決め平面上の互いに交差する２
方向（Ｘ方向及びＹ方向）におけるその基板ステージ
（９）の加速度を検出する加速度検出手段（２１〜２
３）と、この加速度検出手段の検出結果に基づいてその
基板ステージ（９）の２次元的な位置を算出する位置算
出手段（６２）と、この位置算出手段により算出された
位置に基づいてその基板ステージ（９）の２次元的な位
置を制御する基板ステージ制御手段（６３）と、を設け
たものである。

【００１２】この場合、その基板ステージ（９）のその
位置決め平面上での回転角加速度を検出する角加速度検
出手段（２１，２２）を設け、その位置算出手段（６
２）は、その加速度検出手段（２１〜２３）及び角加速
度検出手段（２１，２２）の検出結果に基づいて更にそ
の基板ステージ（９）の回転角を算出し、その基板ステ
ージ制御手段（６３）は、その位置算出手段（６２）に
より算出された回転角に基づいてその基板ステージ
（９）の回転角をも制御することが好ましい。

【００１３】更に、本発明による第２の露光装置は、転
写用のパターンが形成されたマスク（１）を照明し、そ
のマスク（１）を第１の方向（Ｙ方向又は−Ｙ方向）に
走査するのと同期してその基板（６）を第２の方向（−
Ｙ方向又はＹ方向）に走査することによりそのマスク
（１）のパターンを逐次その基板（６）上の各露光領域
に露光する走査型露光装置において、そのマスク（１）
をこのマスクに平行な第１の位置決め平面上で移動させ
るマスクステージ（２）と、その第１の位置決め平面上
でその第１の方向及びこの第１の方向に交差する方向で
のそのマスクステージの加速度を検出するマスク側加速
度検出手段（１８〜２０）と、その基板（６）をこの基
板の表面に平行な第２の位置決め平面上で移動させる基
板ステージ（９）と、その第２の位置決め平面上でその
第２の方向及びこの第２の方向に交差する方向での前記
基板ステージの加速度を検出する基板側加速度検出手段
（２１〜２３）と、そのマスク側加速度検出手段（１８
〜２０）及び基板側加速度検出手段（２１〜２３）の検
出結果に基づいてそれぞれそのマスク（１）及びその基
板（６）の位置を算出する位置算出手段（６０，６２）
と、この位置算出手段の算出結果に基づいてそのマスク
ステージ（２）及び基板ステージ（９）の動作を制御す
るステージ制御手段（６１，６３）と、を設けたもので
ある。

【００１４】この場合、そのマスク（１）に形成された
位置合わせ用マーク（４８，４９）と、その基板（６）
に形成された位置合わせ用マーク（４６，４７）との相
対的な位置ずれ量を検出するアライメント系（ＡＬ）を
設け、そのステージ制御手段を介してそのマスク（１）
及びその基板（６）の位置決めを行う際に、そのアライ
メント系（ＡＬ）で検出される位置ずれ量を所定の許容
範囲内に追い込むことが好ましい。

【００１５】

【作用】斯かる本発明の第１の露光装置によれば、基板
ステージ（９）の位置及び速度はその基板ステージ
（９）に搭載された加速度センサ（２１〜２３）からの
加速度情報に基づき算出されるので、基板ステージ
（９）の位置をモニタする計測器に対する空気揺らぎの
影響はなく、基板（６）の位置及び速度は高精度に制御
される。

【００１６】また、基板ステージ（９）の回転角加速度
を検出する角加速度検出手段（２１，２２）を設けて基
板ステージ（９）の回転角をも制御する場合には、空気
揺らぎの影響を受けることなく回転角の制御ができる。
また本発明の第２の露光装置によれば、走査露光用のマ
スクステージ（２）及び走査用の基板ステージ（９）の
位置は、マスクステージ（２）に搭載された加速度セン
サ（１８〜２０）及び基板ステージ（９）に搭載された
加速度センサ（２１〜２３）からの加速度情報に基づき
それぞれ算出されるので、干渉計のように空気の揺らぎ
の影響を受けることなく、従ってマスク（１）及び基板
（６）の位置及び速度は高精度に制御される。

【００１７】また、アライメント系（ＡＬ）を用いて、
走査開始前にマスク（１）に形成された位置合わせ用マ
ーク（４８，４９）と、基板（６）に形成された位置合
わせ用マーク（４６，４７）との相対的な位置ずれ量を
所定の許容範囲内に追い込む場合には、マスク（１）と
基板（６）とは高精度に位置合わせ（アライメント）が
行われる。その後の走査露光でも、その位置合わせ精度
が高精度に維持される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明による露光装置の一実施例につ
き、図１〜図６を参照して説明する。本実施例は、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
ョット領域に走査露光方式で露光するステップ・アンド
・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したもの
である。

【００１９】図１は、本実施例の投影露光装置の概略構
成を示し、この図１において、水銀ランプ又はエキシマ
レーザ光源等よりなる光源、この光源からの照明光を整
形する整形光学系、均一な照度にするためのフライアイ
レンズ、及びコンデンサーレンズ等よりなる照明光学系
ＥＬから射出された露光用の照明光ＩＬが、レチクル１
に対してほぼ４５°の傾斜角で配置されたダイクロイッ
クミラー２４で反射されて、レチクル１上の矩形の照明
領域（以下「スリット状の照明領域」という）５０に照
射され、その照明領域５０内に描画された回路パターン
が、投影光学系３を介してウエハ６の表面に露光され
る。ここで、図１において、投影光学系３の光軸ＡＸに
平行にＺ軸を取り、その光軸に垂直な平面内で図１の紙
面に平行にＸ軸、図１の紙面に垂直にＹ軸を取る。

【００２０】また、投影光学系３の投影倍率をβ（本例
ではβ＝１／４）とすると、上記のレチクル１の回路パ
ターンがウエハ６の表面に露光される際に、照明光ＩＬ
によるスリット状の照明領域５０に対して、レチクル１
が図１の紙面に対して前方向（−Ｙ方向）に一定速度Ｖ
_Rで走査されるのに同期して、ウエハ６は図１の紙面に
対して後方向（＋Ｙ方向）に一定速度Ｖ_W＝β・Ｖ_Rで
走査される。

【００２１】回路パターンの描かれたレチクル１は、レ
チクルベース板２５上に載置されたレチクルステージ２
上に真空吸着され、このレチクルステージ２は、投影光
学系３の光軸ＡＸに垂直な２次元平面（ＸＹ平面）内
で、Ｘ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）にレチクル
２を位置決めする。また、レチクルステージ２はＹ方向
（走査方向）に所定の走査速度でレチクル１を走査でき
るようになっている。即ち、レチクルステージ２は、レ
チクル１に描かれたパターンの全ての領域が照明光ＩＬ
によるスリット状の照明領域上を通過できるのに十分な
Ｙ方向の移動ストロークを有している。

【００２２】また、レチクルステージ２の周辺には最低
３系統のレーザ干渉計５２が配置され、またレチクルス
テージ２上にはレーザ干渉計５２からのレーザを反射す
る移動鏡５３Ｘ，５３Ｙ（図２参照）が設けられてレチ
クルステージ２のＸ座標、Ｙ座標及び回転角が計測され
る。レチクルステージ２の位置はレーザ干渉計５２によ
って、例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出され
ている。走査露光時には空気揺らぎの影響によりレーザ
干渉計の計測値の信頼性は低くなるが、略々静止時（位
置決め時等）におけるレーザ干渉計の計測値の信頼性は
高い。そこで、本例ではレチクルステージ２の位置決め
時（アライメント時）にはレーザ干渉計５２で計測を行
い、この計測結果を基準として、走査露光時には後述の
加速度センサにより位置計測を行う。

【００２３】次に、図２を参照してレチクルステージ２
の周辺の構成を更に詳しく説明する。図２は、レチクル
ステージ２を示す平面図であり、この図２においてレチ
クルステージ２上の＋Ｙ方向の端部には、Ｘ方向の加速
度を検知する加速度センサ２０が設けられ、レチクルス
テージ２上の−Ｘ方向及び＋Ｘ方向の端部にはそれぞれ
Ｙ方向の加速度を検知する加速度センサ１８及び１９が
設けられている。また、レチクルベース板２５上の＋Ｙ
方向の端部には、Ｘ方向の加速度を検知する加速度セン
サ２８が設けられ、レチクルベース板２５上の−Ｘ方向
及び＋Ｘ方向の端部にはそれぞれＹ方向の加速度を検知
する加速度センサ２６及び２７が設けられている。その
レチクルベース板２５上の加速度センサ２６〜２８は、
レチクルステージ２を保持する周辺機器の傾きあるいは
振動等の影響による計測位置のずれを補正するために設
けられている。なお、加速度センサの具体例について
は、後で説明する。

【００２４】レーザ干渉計５２の計測値、加速度センサ
１８〜２０からのレチクルステージ２の加速度情報、及
び加速度センサ２６〜２８からのレチクルベース板２５
の加速度情報は、レチクルステージ位置算出部６０に送
られる。レチクルステージ位置算出部６０ではこれらの
加速度情報等に基づいてレチクルステージ２の位置が算
出されるが、ここで、加速度センサから送られてくる加
速度情報の処理について、レチクルステージ２をモニタ
する加速度センサ１８〜２０を例にとり説明する。

【００２５】レチクルステージ２をモニタする加速度セ
ンサ２０からはＸ方向の加速度が、また、加速度センサ
１８，１９からは共にＹ方向の加速度が情報として伝え
られる。Ｘ方向の加速度は、加速度センサ２０の測定値
でよく、Ｙ方向の加速度は加速度センサ１８，１９の測
定値の何れか一方の値又は両者の平均値をとればよい。
次に、加速度センサ１８の測定値と加速度センサ１９の
測定値との差分からレチクルステージ２の回転に伴うＸ
Ｙ２次元平面内の角加速度が算出される。レチクルベー
ス板２５、後述するウエハレベリングテーブル９、及び
装置ベース２９の位置を計測する加速度センサからの加
速度情報の処理についても同様である。

【００２６】以上のＸ方向の加速度、Ｙ方向の加速度、
及び回転角加速度から後述する計算方法によりレチクル
ステージ２の位置が算出される。算出された位置情報は
レチクルステージ制御系６１に送られる。レチクルステ
ージ制御系６１の位置情報は、更に主制御系（不図示）
に送られる。主制御系は、ウエハステージとの位置関係
を検出し、その結果をレチクルステージ制御系６１にフ
ィードバックする。レチクルステージ制御系６１は、フ
ィードバックされた結果に基づきレチクルステージ駆動
系５４を介してレチクルステージ全体の動作を制御す
る。

【００２７】レチクルステージ２の２次元平面内の位置
座標（ｘ_r ，ｙ_r ，θ_r ）は、位置決め時にはレチクル
ステージ２上の移動鏡５３、及び周辺に配置された最低
３系統のレーザ干渉計５２の計測値に基づき計測され、
また、走査露光時にはレチクルステージ２上の加速度セ
ンサ１８〜２０及びレチクルベース板２５上の加速度セ
ンサ２６〜２８の計測値に基づき算出される。なお、そ
の位置座標において、ｘ_r はＸ座標、ｙ_r はＹ座標、θ
_r は２次元平面内での回転角を表す。

【００２８】図３は、本実施例の投影露光装置のウエハ
ステージ周辺の構成を示す平面図である。図１及び図３
によりウエハステージ周辺の構造を詳しく説明する。な
お、ウエハステージは、ウエハホルダ１０、ウエハレベ
リングテーブル９、ウエハＸステージ８、及びウエハＹ
ステージ７等を併せた全体のステージを総称するもので
ある。

【００２９】ウエハ６は、ウエハホルダ１０上に真空吸
着され、ウエハホルダ１０はウエハレベリングテーブル
９上に搭載されている。ウエハレベリングテーブル９
は、Ｙ方向にレチクルステージ２のＹ方向のストローク
のβ倍（１／４）のストロークを持ち、走査露光時はレ
チクルステージ２の走査方向とは逆の方向にレチクルス
テージ２の速度のβ倍（１／４）の速度で走査される。

【００３０】ウエハレベリングテーブル９は、この投影
露光装置で露光される最大のウエハの直径分の長さだけ
Ｘ方向に移動可能なウエハＸステージ８上に載置され、
ウエハＸステージ８は、最大のウエハの直径分の長さだ
けＹ方向に移動可能なウエハＹステージ７上に載置され
ている。また、ウエハＹステージ７は、装置ベース２９
上に載置されている。

【００３１】ウエハＹステージ７は、送りねじ機構１３
によって装置ベース２９に対して相対的にＹ方向に移動
する。送りねじ機構１３は、ウエハＹステージ７の側面
に配置され且つ装置ベース２９に固定された駆動モータ
１３ａ、及びこの駆動モータ１３ａに連結されて回転す
る送りねじ１３ｂより構成されている。他の送りねじ機
構も同様である。また、ウエハＸステージ８は、送りね
じ機構１４によってウエハＹステージ７に対して相対的
にＸ方向に移動する。更に、ウエハレベリングテーブル
９は、ウエハ６の傾斜角を調整する。また、不図示であ
るがウエハ６のＺ方向の位置を調整するＺステージも設
けられている。

【００３２】また、ウエハレベリングテーブル９の周囲
には最低３系統のレーザ干渉計１７が配置され、ウエハ
レベリングテーブル９上にはレーザ干渉計１７からのレ
ーザ光を反射する移動鏡１１及び１２が設けられてい
る。レーザ干渉計１７によりウエハレベリングテーブル
９のＸ座標、Ｙ座標及び回転角が計測される。更に、図
３において、ウエハレベリングテーブル９上の＋Ｙ方向
の端部には、Ｘ方向の加速度を検知する加速度センサ２
３が設けられ、ウエハレベリングテーブル９上の−Ｘ方
向及び＋Ｘ方向の端部にはそれぞれＹ方向の加速度を検
知する加速度センサ２１及び２２が設けられている。ま
た、装置ベース２９上の＋Ｙ方向の端部には、Ｘ方向の
加速度を検知する加速度センサ３２が設けられ、装置ベ
ース２９上の−Ｘ方向及び＋Ｘ方向の端部にはそれぞれ
Ｙ方向の加速度を検知する加速度センサ３０及び３１が
設けられている。その装置ベース２９上の加速度センサ
３０〜３２は、ウエハレベリングテーブル９を保持する
周辺機器の傾きあるいは振動等の影響による計測位置の
ずれを補正するために設けられている。

【００３３】ウエハレベリングテーブル９の２次元平面
内の位置座標（ｘ_w ，ｙ_w ，θ_w ）は、位置決め時には
ウエハレベリングテーブル９上の移動鏡１１，１２、及
び周辺に配置されたレーザ干渉計１７の計測値に基づ
き、また、走査露光時にはウエハレベリングテーブル９
上の加速度センサ２１〜２３及び装置ベース２９上の加
速度センサ３０〜３２の計測値に基づいて検出される。
なお、その位置座標において、ｘ_w はＸ座標、ｙ_w はＹ
座標、θ_w は２次元平面内での回転角を表す。

【００３４】レーザ干渉計１７の計測値及び加速度セン
サ２１〜２３，３０〜３２からのウエハレベリングテー
ブル９の加速度情報は、ウエハステージ位置算出部６２
に送られる。ウエハステージ位置算出部６２では、それ
らの情報に基づいてウエハレベリングテーブル９の位置
が算出され、その結果はウエハステージ制御系６３に送
られる。ウエハステージ制御系６３の位置情報は、更に
主制御系（不図示）に送られる。主制御系は、レチクル
ステージとの位置関係を検出し、その結果をウエハステ
ージ制御系６３にフィードバックする。ウエハステージ
制御系６３は、フィードバックされた結果に基づき送り
ねじ機構１３，１４等を介してウエハステージ全体の動
作を制御する。

【００３５】更に、図１中には投影光学系３の結像面付
近のウエハ６の露光面に向けて、光軸ＡＸに対して斜め
にピンホール、あるいはスリットパターン等の像を投影
する照射光学系４と、その投影された像のウエハ６の表
面での反射光束をスリットを介して受光する受光光学系
５とからなる斜入射方式の焦点位置検出系が設けられて
いる。ウエハ６の表面のＺ方向の位置は、この焦点位置
検出系４，５によって検出され、その検出情報に基づき
ウエハ６の表面が投影光学系３の結像面に合致するよう
にオートフォーカスが行われる。

【００３６】ここで、図１〜３に示す加速度センサの具
体例につき簡単に説明する。加速度センサにはサーボ
型、圧電素子型等数多くの方式があり、例えばサーボ型
は、固定された永久磁石と、コイルが取り付けられた振
り子とよりなり、加速度によって振り子が振れたとき、
その振れを元に戻そうとしてコイルに流れる電流を電圧
に変換して検出するもので、その電圧を検出することに
より加速度が測定される。圧電素子型には、せん断式と
圧縮式とがあるが、何れも圧電材料に重りが付けられて
おり、加速度によって圧電材料が歪んだときに発生する
電荷量を検出することにより加速度が測定される。また
圧電素子型の一種で、別々の材質からなる２種類の材料
を張り合わせた板棒状のものを片持ち状態で保持し、加
速度が発生したときに物体が撓んで電荷が発生すること
により加速度を測定する方式もある。その他半導体型、
振動子型、及び静電容量型等数多くの方式が開発されて
いる。

【００３７】本実施例においては、以上の何れのタイプ
の加速度センサも使用できるが、その加速度センサを使
用することにより一種の閉じた系で位置を計測すること
ができる。次に、図１に示す本実施例のアライメント光
学系ＡＬについて説明する。本例のアライメント光学系
ＡＬは、レチクルマークとウエハマークとの位置ずれ量
を画像処理方式で計測するＦＩＡ（Field Image Alignm
ent)方式のアライメント光学系である。

【００３８】図４は、アライメント光学系ＡＬを示す構
成図であり、この図４において、アライメント光学系Ａ
Ｌは２系統のアライメント観察系ＡＬ１，ＡＬ２からな
り、両者ともＸ方向及びＹ方向の位置ずれ量を検出でき
る。図１の如くアライメント光学系ＡＬの２系統のアラ
イメント観察系ＡＬ１，ＡＬ２から射出されたそれぞれ
のアライメント光ＡＢ１，ＡＢ２は、ダイクロイックミ
ラー２４の異なった領域を通過してレチクル１上の異な
る領域に入射し、更にレチクル１を通過した後、投影光
学系３を経てウエハ６の表面の互いに異なる領域に入射
する。ウエハ６の表面に照射されたアライメント光ＡＢ
１及びＡＢ２は、それぞれウエハ６の表面で反射され、
反射された光束は、再び投影光学系３を経た後、レチク
ル１で反射されたそれぞれの反射光束と共にダイクロイ
ックミラー２４の異なった領域を通過してアライメント
光学系ＡＬの対応するアライメント観察系ＡＬ１及びＡ
Ｌ２に入射する。

【００３９】一方のアライメント観察系ＡＬ１では、光
源３３から射出されたアライメント光ＡＢ１は、集光レ
ンズ３４、ビームスプリッタ３５、対物レンズ３６を通
過した後、図１のダイクロイックミラー２４を透過して
レチクル１に形成されたレチクルマーク４８及びウエハ
６上に形成されたウエハマーク４６に照射される。そし
て、レチクルマーク４８及びウエハマーク４６で反射さ
れたアライメント光は、再び図４の対物レンズ３６を通
り、ビームスプリッタ３５に戻り、ビームスプリッタ３
５で反射されたアライメント光は結像レンズ３７を通っ
て２次元ＣＣＤ撮像素子３８で受光される。

【００４０】他方のアライメント観察系ＡＬ２でも、光
源３９から射出されたアライメント光ＡＢ２は、集光レ
ンズ４０、ビームスプリッタ４１、対物レンズ４２を通
過した後、図１のダイクロイックミラー２４を透過して
レチクル１に形成されたレチクルマーク４９及びウエハ
６上に形成されたウエハマーク４７に照射される。そし
て、レチクルマーク４９及びウエハマーク４７で反射さ
れたアライメント光は、再び図４の対物レンズ４２を通
り、ビームスプリッタ４１で反射された後、結像レンズ
４３を通って２次元ＣＣＤ撮像素子４４で受光される。

【００４１】図５は、２次元ＣＣＤ撮像素子３８及び４
４で撮像された像をＣＲＴディスプレイ４５に表示した
状態を示す。図５において、２次元ＣＣＤ撮像素子３８
により撮像されたレチクルマーク４８及びウエハマーク
４６のそれぞれの像４８Ａ及び４６Ａからなる１組の像
と、２次元ＣＣＤ撮像素子４４により撮像されたレチク
ルマーク４９及びウエハマーク４７のそれぞれの像４９
Ａ及び４７Ａからなる１組の像とが電気的に合成され、
ＣＲＴディスプレイ４５の一つの画面上に映し出されて
いる。この画像を処理することにより、レチクルマーク
４８，４９と対応するウエハマーク４６，４７との位置
ずれ量が検出される。

【００４２】図６は図１の平面図であり、この図６に示
すように、２系統のアライメント観察系ＡＬ１，ＡＬ２
は、斜線を施したスリット状の照明領域５０に対して外
側に配置されている。また、レチクル１上の走査露光領
域５１の端部に左右対で形成されたレチクルマーク４
８，４９及びウエハマーク４６，４７の共役像４６Ｒ，
４７Ｒの観察ができるようにアライメント観察系ＡＬ
１，ＡＬ２は配置されている。なお、図１においては便
宜上、レチクルマーク４８，４９と照明領域５０とはＸ
方向に離れて形成されているが、実際の配置は図６のよ
うになっている。更に、２系統のアライメント観察系Ａ
Ｌ１，ＡＬ２は、そのＸ方向の間隔が可変になってお
り、種々の大きさの露光ショットに対応できるようにな
っている。

【００４３】次に、本例におけるウエハステージの位置
決め及び走査露光方式による露光動作の一例につき説明
する。図１において、不図示のウエハローダによってウ
エハホルダ１０上に運ばれたウエハ６はそのウエハホル
ダ１０上に真空吸着され、不図示の粗アライメント系に
よって±数μｍ以下の精度でその位置合わせが行われ
る。次に、ウエハ６上でまず最初に露光しようとするシ
ョット領域に付設されたウエハマーク４６，４７が、図
４の２系統のアライメント観察系ＡＬ１，ＡＬ２の視野
内に位置決めされる。この際、干渉計１７の計測値に基
づいてウエハ６はウエハＸステージ８、ウエハＹステー
ジ７によって位置決めされ、それと同時に、レチクルマ
ーク４８，４９も２系統のアライメント観察系ＡＬ１，
ＡＬ２の視野内に位置決めされる。

【００４４】次に、アライメント観察系ＡＬ１は、レチ
クルマーク４８とウエハマーク４６との相対的な位置ず
れ量（Δｘ₁ ，Δｙ₁ ）を計測し、アライメント観察系
ＡＬ２は、レチクルマーク４９とウエハマーク４７との
相対的な位置ずれ量（Δｘ₂，Δｙ₂ ）を計測する。Δ
ｘ₁ 及びΔｘ₂ はそれぞれＸ方向の位置ずれ量を表し、
Δｙ₁ 及びΔｙ₂ はそれぞれＹ方向の位置ずれ量を表
す。そして、これらの位置ずれ量Δｘ₁ ，Δｙ₁ ，Δｘ
₂ ，Δｙ₂ の値が全て０（又は所定の基準値）になるよ
うにレチクルステージ２を微動させる。以上の動作によ
り、アライメントが終了する。

【００４５】更に、レチクルマーク４８，４９と対応す
るウエハマーク４６，４７との相対的な位置ずれ量が０
になったとき、レチクル側のレーザ干渉計５２によりレ
チクルステージ２の初期位置（ｘ_r0，ｙ_r0，θ_r0）が計
測され、同時にレーザ干渉計１７によりウエハレベリン
グテーブル９の初期位置（ｘ_w0，ｙ_w0，θ_w0）が計測さ
れる。

【００４６】初期位置が計測された後、走査露光が開始
される。レチクルステージ２に搭載された三つの加速度
センサ１８〜２０により測定されたそれぞれの加速度の
値をａ_RS1 〜ａ_RS3 、レチクルベース板２５に搭載され
た３つの加速度センサ２６〜２８により測定されたそれ
ぞれの加速度の値をａ_RB1 〜ａ_RB3 、ウエハレベリング
テーブル９に搭載された３つの加速度センサ２１〜２３
により測定されたそれぞれの加速度の値をａ_WS1 〜ａ
_WS3 、そして装置ベース２９に搭載された３つの加速度
センサ３０〜３２から出力されるそれぞれの加速度の値
をａ_WB1 〜ａ_WB3とする。これらの加速度情報に基づき
レチクルステージ２の位置（ｘ_r ，ｙ_r ，θ_r ）とウエ
ハレベリングテーブル９の位置（ｘ_w ，ｙ_w ，θ_w ）と
を求めるには、それぞれの加速度の値に２回の時間積分
を施せばよい。例えばレチクルステージ２のＸ座標の位
置ｘ_r は以下の計算により求めることができる。また、
走査開始時（ｔ＝０）での位置ｘ_r の初期値はｘ_r0であ
る。

【００４７】ｘ_r ＝∫（∫ａ_RS3 ｄｔ)ｄｔ−∫（∫ａ_RB3 ｄｔ)ｄｔ（１）以上の方法により求めたレチクルステージ２の位置（ｘ
_r ，ｙ_r ，θ_r ）とウエハレベリングテーブル９の位置
（ｘ_w ，ｙ_w ，θ_w ）とを基に、各ステージの制御を行
いながら、走査露光を行う。更に、加速度を１回時間積
分すると速度が求められるため、上述の加速度を１回積
分して求めた速度に基づいて、レチクルステージ２及び
ウエハレベリングステージ９の速度を制御してもよい。

【００４８】レチクル１上の所定の走査露光範囲の露光
が終了した後、ウエハレベリングテーブル９は走査開始
点に戻され、次に露光されるショット領域に付設された
２つのウエハマーク（不図示）がウエハＸステージ８と
ウエハＹステージ７とによって、２系統のアライメント
観察系ＡＬ１，ＡＬ２の視野内に位置決めされる。同時
に、レチクルマーク４８，４９も２系統のアライメント
観察系ＡＬ１，ＡＬ２の視野内に位置決めされる。以下
上述の最初の露光時と同様の手順を繰り返しながら、ウ
エハ６の各ショット領域にそれぞれレチクル１のパター
ンが露光される。

【００４９】以上のように走査露光中のレチクルステー
ジ２及びウエハレベリングテーブル９の位置は、それぞ
れの上に搭載された加速度センサにより検出される。従
って、レーザ干渉計を使用することなく、レチクルステ
ージ２及びウエハレベリングテーブル９の位置をそれぞ
れ一種の閉じた系で高精度に検出することができる。即
ち、走査露光中における空気の揺らぎによる影響はな
い。

【００５０】なお本実施例では、走査露光中のレチクル
ステージ２及びウエハレベリングテーブル９の位置はそ
れぞれの上に搭載された加速度センサからの加速度情報
だけに基づき算出したが、走査露光の途中において、本
実施例で示した加速度センサからの加速度情報に基づく
計算により求まる位置とそれぞれの干渉計でモニタして
いる位置とを、ローパスフィルタ（低域フィルタ）を通
した後比較し、両者の差が許容範囲を越えないよう、補
正を適宜行いながら走査を行ってもよい。この方法によ
れば、レチクルステージ及びウエハステージの位置を算
出する過程で加速度センサからの測定値を２回の時間積
分することにより累積する誤差は干渉系の測定値により
補正することができる。

【００５１】なお、本実施例では、１／４の縮小倍率の
投影光学系３を用いたが、この縮小倍率に制限はない。
また、上述実施例は投影型の走査型露光装置に本発明を
適用したものであるが、本発明は投影光学系を使用しな
いプロキシミティ方式の走査型露光装置、又は一括露光
型（ステップ・アンド・リピート方式等）の投影露光装
置等にも同様に適用できる。

【００５２】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。

【００５３】

【発明の効果】本発明の第１の露光装置によれば、一括
露光型又は走査露光型の何れに適用した場合でも、基板
ステージ（ウエハレベリングテーブル等）の位置はその
基板ステージに搭載された加速度センサにより測定され
るので、干渉計のように空気揺らぎの影響を受けること
なく、基板（ウエハ等）の位置が高精度に制御される利
点がある。

【００５４】また、基板ステージの回転角加速度を検出
する角加速度検出手段を設けて基板ステージの回転角を
制御する場合には、空気揺らぎの影響を受けることなく
基板の回転方向の位置を迅速且つ正確に制御できる。本
発明の第２の露光装置は走査型露光装置に関するもので
あり、本発明によれば、走査露光中のマスク（レチクル
等）ステージ及び走査用の基板ステージの位置は、マス
クステージに搭載された加速度センサ及び基板ステージ
に搭載された加速度センサによりそれぞれ測定されるの
で、干渉計のように空気の揺らぎの影響を受けることが
ない。従って、走査露光中のマスク及び基板の位置及び
速度は高精度に制御される。

【００５５】また、アライメント系を用いて、走査開始
前にマスクに形成された位置合わせ用マーク（レチクル
マーク）と、感光性の基板に形成された位置合わせ用マ
ーク（ウエハマーク）との相対的な位置ずれ量を所定の
許容範囲内に追い込んだ後に走査露光を開始する場合に
は、マスクと感光性の基板とは高精度に位置合わせされ
た状態で走査露光される。また、位置合わせ用のマーク
を走査領域全域にわたって形成する必要がないため、あ
る程度大きな位置合わせ用のマークも許容される。従っ
て、プロセス中の処理により位置合わせ用のマーク（ウ
エハマーク）が損傷を受けても、アライメントの精度に
それほど影響しないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査型露光装置の一実施例を示す
概略構成図である。

【図２】図１のレチクルステージを示す平面図である。

【図３】図１のウエハステージを示す平面図である。

【図４】図１のアライメント光学系ＡＬを示す構成図で
ある。

【図５】図１のアライメント光学系によって観察される
レチクルマーク及びウエハマークのＣＲＴディスプレイ
上の像を示す図である。

【図６】図１のアライメント光学系によるアライメント
実行時のスリット状の照明領域５０に対するレチクルマ
ーク及びウエハマークの位置関係を示す平面図である。

【符号の説明】

１レチクル２レチクルステージ３投影光学系６ウエハ７ウエハＹステージ８ウエハＸステージ９ウエハレベリングテーブル１８〜２３，２６〜２８，３０〜３２加速度センサ１７，５２レーザ干渉計３３，３９アライメント用の光源３８，４４２次元ＣＣＤ撮像素子４６，４７ウエハマーク４８，４９レチクルマークＡＬアライメント光学系ＡＬ１，ＡＬ２アライメント観察系６０レチクルステージ位置算出部６１レチクルステージ制御系６２ウエハステージ位置算出部６３ウエハステージ制御系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感光性の基板に転写されるパターンが形
成されたマスクを照明する照明手段と、前記基板を所定
の位置決め平面上で移動させる基板ステージとを有し、
前記マスクのパターンを前記基板上の所定の露光領域に
露光する露光装置において、前記位置決め平面上の互いに交差する２方向における前
記基板ステージの加速度を検出する加速度検出手段と、該加速度検出手段の検出結果に基づいて前記基板ステー
ジの２次元的な位置を算出する位置算出手段と、該位置算出手段により算出された位置に基づいて前記基
板ステージの２次元的な位置を制御する基板ステージ制
御手段と、を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記基板ステージの前記位置決め平面上
での回転角加速度を検出する角加速度検出手段を設け、前記位置算出手段は、前記加速度検出手段及び角加速度
検出手段の検出結果に基づいて更に前記基板ステージの
回転角を算出し、前記基板ステージ制御手段は、前記位置算出手段により
算出された回転角に基づいて前記基板ステージの回転角
をも制御することを特徴とする請求項１記載の露光装
置。
【請求項３】転写用のパターンが形成されたマスクを
照明し、前記マスクを第１の方向に走査するのと同期し
て感光性の基板を第２の方向に走査することにより前記
マスクのパターンを逐次前記基板上の各露光領域に露光
する走査型露光装置において、前記マスクを該マスクに平行な第１の位置決め平面上で
移動させるマスクステージと、前記第１の位置決め平面上で前記第１の方向及び該第１
の方向に交差する方向での前記マスクステージの加速度
を検出するマスク側加速度検出手段と、前記基板を該基板の表面に平行な第２の位置決め平面上
で移動させる基板ステージと、前記第２の位置決め平面上で前記第２の方向及び該第２
の方向に交差する方向での前記基板ステージの加速度を
検出する基板側加速度検出手段と、前記マスク側加速度検出手段及び基板側加速度検出手段
の検出結果に基づいてそれぞれ前記マスク及び前記基板
の位置を算出する位置算出手段と、該位置算出手段の算出結果に基づいて前記マスクステー
ジ及び基板ステージの動作を制御するステージ制御手段
と、を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項４】前記マスクに形成された位置合わせ用マ
ークと、前記基板に形成された位置合わせ用マークとの
相対的な位置ずれ量を検出するアライメント系を設け、前記ステージ制御手段を介して前記マスク及び前記基板
の位置決めを行う際に、前記アライメント系で検出され
る位置ずれ量を所定の許容範囲内に追い込むことを特徴
とする請求項３記載の露光装置。