JPH09320933A

JPH09320933A - 走査型露光装置

Info

Publication number: JPH09320933A
Application number: JP8133202A
Authority: JP
Inventors: Susumu Makinouchi; 進牧野内
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 1997-12-12
Also published as: US5969800A; US6633363B1

Abstract

(57)【要約】【課題】走査露光に際して、相対的な回転等も考慮し
てレチクルとウエハとの位置合わせを高い追従速度で高
精度に行うと共に、重ね合わせ誤差を低減する。【解決手段】速度指令発生手段１５ｂからの指令に応
じてウエハステージ制御系１６はウエハステージを駆動
し、干渉計７で計測されるウエハステージの４軸の座標
ＷＸ１，ＷＸ２，ＷＹ１，ＷＹ２、及び干渉計１４で計
測されるレチクルステージの３軸の座標ＲＸ，ＲＬ，Ｒ
Ｒが演算手段１５ｃに供給される。演算手段１５ｃは、
ウエハステージの４軸の座標ベクトルに、レチクルとウ
エハとの相対回転角の関数等を要素とする変換行列を乗
じて得られる目標座標から、現在のレチクルステージの
座標を減算して求めた誤差ベクトル量を予め設定された
転写位置の誤差に基づいた補正ベクトル量で補正し、こ
の補正結果に基づいて、レチクルステージ制御系１７は
レチクルステージの位置、及び回転角を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程中
で、マスクパターンを感光基板上に転写するために使用
される投影露光装置に関し、更に詳しくはマスクと感光
基板とを同期して走査することによってマスクパターン
を逐次感光基板上の各ショット領域に転写するステップ
・アンド・スキャン方式の投影露光装置等の走査型露光
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子等を製造する際に、マ
スクとしてのレチクルのパターンをフォトレジストが塗
布されたウエハの各ショット領域に転写するための投影
露光装置として、従来はステップ・アンド・リピート方
式（一括露光方式）の縮小投影型露光装置（ステッパ
ー）が多用されていた。これに対して最近、投影光学系
に対する負荷をあまり大きくすることなく、転写対象パ
ターンの大面積化の要請に応えるために、レチクル上の
パターンの一部を投影光学系を介してウエハ上に投影し
た状態で、レチクルとウエハとを投影光学系に対して同
期して走査することにより、レチクル上のパターンの縮
小像を逐次ウエハ上の各ショット領域に転写露光する所
謂ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置が注
目されている。従来より知られている、一体型のステー
ジによる１回の走査露光でレチクル全面のパターンを等
倍の正像でウエハの全面に転写するアライナー（スリッ
ト・スキャン方式の投影露光装置）は、走査型露光装置
の原型とも言えるものである。これに対して、ステップ
・アンド・スキャン方式ではレチクルステージとウエハ
ステージとを投影倍率に応じた速度比で独立に駆動する
必要があり、且つウエハ上の各ショット領域間の移動は
ステッピング方式で行うため、ステージ系の機構は複雑
で、極めて高度な制御が必要である。

【０００３】即ち、ステップ・アンド・スキャン方式の
投影露光装置では、レチクルステージとウエハステージ
とを独立に、且つ所定の位置関係で同期させた状態でそ
れぞれ安定に走査する必要がある。そのため、従来は例
えば走査開始前にレチクルステージとウエハステージと
のアライメントを行った後、ウエハステージを所定方向
に所定速度で走査するのと同期して、その所定速度に対
応する走査速度でレチクルステージを走査すると共に、
両ステージの走査方向、及び非走査方向（走査方向に垂
直な方向）への位置ずれ量を演算によって求め、このよ
うに求められた位置ずれ量を小さくするように例えばレ
チクルステージの位置を微調整していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、走査露光時にはレチクルステージとウエハ
ステージとの走査方向、及び非走査方向への位置ずれ量
が求められ、これらの位置ずれ量を独立に補正するよう
に制御が行われていた。そのため、例えば走査露光中に
ウエハステージがヨーイングによって回転したような場
合にも、走査方向、及び非走査方向で独立に位置ずれ量
の補正が行われて、結果としてレチクルとウエハとの間
に位置ずれ（同期誤差）が生ずるという不都合があっ
た。

【０００５】これに関して、レチクルステージとウエハ
ステージとの相対的な回転角をも検出し、この回転角を
所定の目標値に維持するような制御を付加することも考
えられる。しかしながら、並進方向の位置ずれ量と回転
角のずれ量とを互いに独立に補正するのでは、回転によ
っても並進方向の位置ずれ量が生ずるため、並進方向、
及び回転方向への位置ずれ量である同期誤差がそれぞれ
許容値以下になるまでの追従時間（整定時間）が長いと
いう不都合がある。

【０００６】また、ウエハの各ショット領域に対して重
ね合わせ露光を行う場合、一括露光方式であれば、例え
ばウエハのショット配列に応じてウエハの位置を補正す
る等によって重ね合わせ誤差を低減できる。ところが、
走査露光方式ではレチクルとウエハとを同期して走査す
るため、例えばウエハが歪んでいるような場合に、単に
重ね合わせ誤差を補正するためにレチクル又はウエハの
位置を微調すると、上述の同期誤差が増加する恐れがあ
る。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、走査露光中にレ
チクルステージ、又はウエハステージの一方が回転した
ような場合でも、高い追従速度でレチクルとウエハとを
高精度に位置合わせできる走査型露光装置を提供するこ
とを目的とする。更に、本発明は、例えばウエハが歪ん
でいるような場合に、同期誤差を増大することなく重ね
合わせ誤差を低減できる走査型露光装置を提供すること
をも目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による走査型露光
装置は、転写用パターンの形成されたマスク（１２）を
移動するマスクステージ（９〜１１）と、そのマスク
（１２）のパターンが転写される感光性の基板（５）を
移動する基板ステージ（１〜４）とを備え、そのマスク
（１２）のパターンの一部をその基板（５）上に投射し
た状態で、そのマスクステージ（９〜１１）及びその基
板ステージ（１〜４）を介してそのマスク（１２）及び
その基板（５）を対応する方向に同期して走査すること
によって、そのマスク（１２）のパターンをその基板
（５）上に逐次転写露光する走査型露光装置において、
そのマスクステージ（９〜１１）の２次元的な位置を計
測するマスク（１２）側位置計測装置（１４）と、その
基板ステージ（１〜４）の２次元的な位置を計測する基
板側位置計測装置（７）と、を有する。

【０００９】更に、本発明は、その２つの位置計測装置
（７，１４）の内の一方の計測結果を成分とするベクト
ル量に、そのマスク（１２）とその基板（５）との間の
倍率、及びそのマスク（１２）とその基板（５）との間
の回転角を含む成分からなる変換行列を乗じて得られる
ベクトル量から、その２つの位置計測装置（７，１４）
の他方の計測結果を成分とするベクトル量を差し引いて
誤差ベクトル量を求めると共に、予め計測してあるその
マスク（１２）のパターンのその基板（５）上での転写
位置の誤差に基づいてそのマスク（１２）とその基板
（５）との相対位置を補正するための補正ベクトル量を
求める演算手段（１５Ｃ）と、この演算手段（１５Ｃ）
によって求められたその誤差ベクトル量及びその補正ベ
クトル量に基づいてそのマスクステージ（９〜１１）及
びその基板ステージ（１〜４）の相対位置を制御する制
御手段（１７）とを有するものである。

【００１０】斯かる本発明によれば、マスクステージ
（９〜１１）の位置は、例えば２次元方向の位置（Ｒ
Ｘ，ＲＹ）、及び回転角Ｒθより表され、基板ステージ
（１〜４）の位置も、例えば２次元方向の位置（ＷＸ，
ＷＹ）、及び回転角Ｗθより表される。そして、例えば
基板ステージ（１〜４）の位置の計測結果を成分とする
ベクトル（ＷＸ，ＷＹ，Ｗθ）に対して、次のようにマ
スク（１２）と基板（５）との間の倍率、及びマスク
（１２）と基板（５）との間の回転角を含む成分からな
る変換行列Ａを乗じて、所定のオフセットベクトルＢを
加算することにより、マスクステージ（９〜１１）の目
標位置（ＲＸ^*,ＲＹ^*)、及び目標回転角Ｒθ^*を成分と
するベクトル量が得られる。

【００１１】

【数１】

【００１２】このとき、行列Ａ、及びオフセットベクト
ルＢは次のように表すことができる。

【００１３】

【数２】

【００１４】更に、次のような４行×４列の行列Ａ’を
導入することにより、（数１）は次のようなベクトル量
と行列との乗算にまとめることができる。

【００１５】

【数３】

【００１６】そして、例えば（数３）で求められるマス
クステージ（９〜１１）の目標位置を示すベクトル（Ｒ
Ｘ^*,ＲＹ^*,Ｒθ^*)から、マスクステージ（９〜１１）の
実際に計測される位置を成分とするベクトル量（ＲＸ，
ＲＹ，Ｒθ）を差し引いて同期誤差としての誤差ベクト
ル量（ΔＲＸ，ΔＲＹ，ΔＲθ）を得る。更に、半導体
等の製造工程における基板（５）の変形、又は走査型露
光装置のステージの応答速度等に起因するマスクパター
ンの転写位置の誤差（例えば重ね合わせ対象の回路パタ
ーンからのずれ量）を予め補正ベクトル量として演算し
て求めておき、上述の誤差ベクトル量（同期誤差）とこ
の補正ベクトル量とを合わせたベクトル量に基づいてマ
スクステージ（９〜１１）の位置、及び回転角を制御す
る。これによって、一方のステージが回転したような場
合でも、高い追従速度でマスク（１２）と基板（５）と
が高精度に位置合わせされる。更に、これと並行して重
ね合わせ誤差も低減される。

【００１７】この場合、その補正ベクトル量は、一例と
して、その２つのステージの一方の走査速度に比例した
成分、そのマスクステージ（９〜１１）の位置に応じて
変化する成分、その基板ステージ（１〜４）の位置に応
じて変化する成分、及びその２つのステージの一方の走
査方向に応じて変化するオフセット成分の内の少なくと
も１つの成分を含むものである。ステージの走査速度に
比例した成分によってステージ系の対応速度等に起因す
る誤差が補正され、そのマスクステージの位置に応じた
成分によってマスクパターンの描画誤差等に起因する誤
差が補正され、基板ステージの位置に応じた成分によっ
て基板（５）の歪み等に起因する誤差が補正され、ステ
ージの走査方向に応じたオフセット成分によって走査方
向によるステージ系の機械的な誤差等が補正される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明による走査型露光装
置の実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。
本例は、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。図１は本例の投影露
光装置を示し、この図１において、図示省略された照明
光学系からの露光用の照明光（露光光）ＩＬによる矩形
の照明領域（以下、「スリット状の照明領域」という）
２１Ｒにより、レチクル１２のパターン形成面のパター
ンが照明され、その照明領域２１Ｒ内のパターンが投影
光学系８を介して投影倍率β（βは例えば１／４，１／
５等）で縮小されて、ウエハ５上のスリット状の露光領
域２１Ｗに投影露光される。ここで、投影光学系８の光
軸に平行な方向にＺ軸を取り、Ｚ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。走査露光方式で露光が行われている際には、照明領
域２１Ｒに対して、レチクル１２が−Ｙ方向（又は＋Ｙ
方向）に速度Ｖ_R で走査されるのに同期して、ウエハ５
は＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度β・Ｖ_R で走査され
る。

【００１９】レチクル１２及びウエハ５の駆動系につい
て説明すると、レチクル支持台９上にＹ軸方向に駆動自
在なレチクルＹ軸駆動ステージ１０が載置され、レチク
ルＹ軸駆動ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ
１１が載置され、レチクル微小駆動ステージ１１上にレ
チクル１２が真空吸着により保持されている。レチクル
微小駆動ステージ１１は、投影光学系８の光軸に垂直な
面内で図１の紙面に平行なＸ方向、Ｙ方向及び回転方向
（θ方向）にそれぞれ微小量だけ且つ高精度にレチクル
１２の位置制御を行う。レチクル微小駆動ステージ１１
上には移動鏡１３が配置され、レチクル支持台９上に配
置されたレチクル側の干渉計１４によって、常時レチク
ル微小駆動ステージ１１のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の
位置がモニターされている。干渉計１４により得られた
レチクル微小駆動ステージ１１（レチクル１２）の位置
情報Ｓ１が主制御系１５に供給されている。

【００２０】一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ軸方向に
駆動自在なウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その
上にＸ軸方向に駆動自在なウエハＸ軸駆動ステージ３が
載置され、その上にウエハ５のＺ方向への位置決め及び
回転角の調整を行うためのＺθ軸駆動ステージ４が設け
られ、このＺθ軸駆動ステージ４上にウエハ５が真空吸
着によって保持されている。Ｚθ軸駆動ステージ４上に
も移動鏡６が固定され、外部に配置されたウエハ側の干
渉計７により、Ｚθ軸駆動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向
及びθ方向の位置がモニターされ、干渉計７により得ら
れたＺθ軸駆動ステージ４（ウエハ５）の位置情報も主
制御系１５に供給されている。主制御系１５は、ウエハ
ステージ制御系１６を介してウエハＹ軸駆動ステージ２
〜Ｚθ軸駆動ステージ４の動作を制御し、レチクルステ
ージ制御系１７を介してレチクルＹ軸駆動ステージ１
０、及びレチクル微小駆動ステージ１１の動作を制御す
ると共に、装置全体の動作を統轄的に制御する。

【００２１】また、Ｚθ軸駆動ステージ４上には、レチ
クル１２及びウエハ５のアライメントの基準となる基準
マークが形成された基準マーク部材（不図示）が固定さ
れ、レチクル１２の上方には、その基準マークとレチク
ル１２上のマークとの位置ずれ量を検出するためのレチ
クルアライメント顕微鏡（不図示）が配置されている。
更に、投影光学系８のＹ方向の側面部に、ウエハ５上の
アライメント用のウエハマークの位置を検出するための
オフ・アクシス方式のアライメントセンサ１８が配置さ
れている。これらの基準マーク部材、及びアライメント
センサ１８等によって、レチクル１２とウエハ５とのア
ライメントが行われる。

【００２２】次に、図２を参照してウエハステージ及び
レチクルステージの詳細な構成につき説明する。図２
（ａ）はウエハステージの平面図であり、この図２
（ａ）において、Ｚθ軸駆動ステージ４の上にウエハ５
が載置されている。Ｚθ軸駆動ステージ４上には、Ｘ軸
用移動鏡６Ｘ及びＹ軸用移動鏡６Ｙが固定され、露光時
にはウエハ５上のスリット状の露光領域２１Ｗに、レチ
クルのパターン像が投影されるようになっている。そし
て、Ｚθ軸駆動ステージ４は、Ｙ方向（走査方向）には
図１のウエハＹ軸駆動ステージ２によりリニアモータ方
式で駆動され、Ｘ方向にはウエハＸ軸駆動ステージ３に
より送りねじ方式で駆動されるようになっている。

【００２３】その移動鏡６Ｘには、Ｘ軸用の干渉計７Ｘ
１及び７Ｘ２より、Ｘ軸に平行で且つそれぞれ投影光学
系８の光軸及びアライメントセンサ１８の光軸を通る光
路に沿って間隔Ｌでレーザビーム１９Ｘ１及び１９Ｘ２
が照射され、移動鏡６Ｙには、Ｙ軸用の干渉計７Ｙ１及
び７Ｙ２よりＹ軸に平行な光路に沿って、間隔Ｌでレー
ザビーム１９Ｙ１及び１９Ｙ２が照射されている。本例
では、Ｚθ軸駆動ステージ４の位置情報として、干渉計
７Ｘ１及び７Ｘ２によるＸ軸の計測値ＷＸ１及びＷＸ２
と、干渉計７Ｙ１及び７Ｙ２によるＹ軸の計測値ＷＹ１
及びＷＹ２とからなる４自由度の情報が使用される。従
って、本例ではＺθ軸駆動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向
の位置の他に、ヨーイングに起因する回転角も検出でき
るようになっている。なお、例えば干渉計７Ｘ２、又は
干渉計７Ｙ２を省略しても回転角を検出できるが、本例
のように４自由度の位置情報を検出して、平均化効果を
得ることにより、位置及びヨーイングの検出精度が高ま
っている。

【００２４】また、オフ・アクシス方式のアライメント
センサ１８を使用する場合のＸ軸方向の位置は、レーザ
ビーム１９Ｘ２を使用する干渉計７Ｘ２の計測値に基づ
いて制御している。これにより、所謂アッベ誤差が生じ
ないようになっている。図２（ｂ）は、レチクルステー
ジの平面図であり、この図２（ｂ）において、レチクル
Ｙ軸駆動ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ１
１が載置され、その上にレチクル１２が保持されてい
る。また、レチクル微小駆動ステージ１１にはＸ軸用の
移動鏡１３Ｘ及びＹ軸用の２個のコーナキューブ１３
Ｌ，１３Ｒが固定され、移動鏡１３Ｘには干渉計１４Ｘ
からＸ軸に平行にレーザビーム２０Ｘが照射されてい
る。また、Ｙ軸用の干渉計１４Ｌ及び１４Ｒからそれぞ
れコーナキューブ１３Ｌ及び１３Ｒに対して、Ｙ軸に平
行に間隔Ｍでレーザビーム２０Ｌ及び２０Ｒが照射され
ている。

【００２５】そして、コーナキューブ１３Ｌ，１３Ｒで
反射されたレーザビーム２０Ｌ，２０Ｒはそれぞれ反射
ミラー２２Ｌ，２２Ｒを介してコーナキューブ１３Ｌ，
１３Ｒに戻された後、干渉計１４Ｌ，１４Ｒに戻されて
いる。即ち、レチクル１２用の干渉計１４Ｌ及び１４Ｒ
はダブルパス干渉計であり、これによって、レチクル微
小駆動ステージ１１の回転によるレーザビームの位置ず
れが生じない構成になっている。また、露光時には、レ
チクル１２上のスリット状の照明領域２１Ｒが露光光に
より均一な照度で照明される。

【００２６】本例のレチクルＹ軸駆動ステージ１０は、
レーザビーム２０Ｌ及び２０Ｒにほぼ平行な２つの駆動
軸に沿ってＹ方向にそれぞれリニアモータ方式で駆動さ
れ、レチクル微小駆動ステージ１１は、レチクルＹ軸駆
動ステージ１０に対してレーザビーム２０Ｘにほぼ平行
な駆動軸に沿ってＸ方向に不図示のアクチュエータで駆
動されている。この場合、Ｙ軸の２つのリニアモータの
駆動量のバランスを変化させることにより、所定範囲内
でレチクルＹ軸駆動ステージ１０、ひいてはレチクル微
小駆動ステージ１１を回転できるようになっている。即
ち、レチクル微小駆動ステージ１１は全体として３自由
度の駆動系で駆動されている。

【００２７】そして、レチクル微小駆動ステージ１１の
Ｘ方向への位置情報として、干渉計１４Ｘによる計測値
ＲＸが使用され、レチクル微小駆動ステージ１１の２つ
のリニアモータの駆動軸に沿ったＹ方向への位置情報と
して、干渉計１４Ｌ及び１４Ｒによる計測値ＲＬ及びＲ
Ｒが使用されるようになっている。なお、レチクルＹ軸
駆動ステージ１０に対してレチクル微小駆動ステージ１
１を、ほぼレーザビーム２０Ｌ，２０Ｒ，２０Ｘに平行
な駆動軸に沿って３自由度で微動できるようにした構成
を採用してもよい。この場合、レチクル１２側のステー
ジは、全体として５つの自由度で駆動されるが、例えば
レチクルＹ軸駆動ステージ１０をＹ方向に駆動するため
の２つのリニアモータをオープンループで一定速度で駆
動し、レチクル１２とウエハ５との位置ずれをレチクル
微小駆動ステージ１１を微動するための３自由度の駆動
系をクローズドループで制御して補正することにより、
本例の制御系がほぼそのまま使用できる。

【００２８】次に、図３を参照して本例の投影露光装置
の露光時の同期制御方法につき説明する。図３は本例の
ステージの制御系の構成図を示し、この図３において、
図１のレチクル１２とウエハ５とのアライメントが行わ
れて、レチクル１２及びウエハ５がそれぞれ走査開始位
置に位置決めされているものとする。そして、主制御系
１５内の制御手段１５ａが走査露光開始のコマンドを速
度指令発生手段１５ｂ、及び演算手段１５ｃに供給する
と、速度指令発生手段１５ｂからウエハステージ制御系
１６に対して、図２のウエハ側のＺθ軸駆動ステージ４
のＸ方向への目標速度（通常は０）、及びＹ方向への目
標走査速度Ｖ_W ^*を示す速度指令信号が供給される。後者
のＹ方向への目標走査速度Ｖ_W ^*は、０から次第に増大し
て一定の走査速度Ｖ_W0に達して所定時間経過した後、再
び次第に０に戻るというように、時間に対して台形状に
変化する。なお、制御手段１５ａ、速度指令発生手段１
５ｂ、及び演算手段１５ｃはそれぞれコンピュータのソ
フトウェア上の機能である。

【００２９】それに応じて、ウエハステージ制御系１６
は、オープンループ制御で図１のウエハＹ軸駆動ステー
ジ２をその目標走査速度Ｖ_W ^*でＹ方向に駆動し、必要に
応じてウエハＸ軸駆動ステージ３を目標速度でＸ方向に
駆動する。この際に、図２（ａ）の４個のウエハ側の干
渉計７Ｘ１，７Ｘ２，７Ｙ１，７Ｙ２で計測されるＺθ
軸駆動ステージ４の位置ＷＸ１，ＷＸ２，ＷＹ１，ＷＹ
２が、所定のサンプリング周波数で図３の演算手段１５
ｃに供給される。演算手段１５ｃでは、先ず図２（ａ）
の２つのレーザビーム１９Ｘ１，１９Ｘ２の間隔Ｌ、及
びレーザビーム１９Ｙ１，１９Ｙ２の間隔Ｌを用いて、
計測値ＷＸ１，ＷＸ２，ＷＹ１，ＷＹ２よりなるベクト
ルに次式で定義される行列Ｔ１を乗算して、Ｚθ軸駆動
ステージ４のＸ方向の位置ＷＸ、Ｙ方向の位置ＷＹ、及
び回転角Ｗθよりなるベクトルに換算する。

【００３０】

【数４】

【００３１】次に、演算手段１５ｃでは、アライメント
によって求められたレチクル１２とウエハ５との相対的
な回転角θ、及びレチクル１２からウエハ５への投影倍
率βの関数を成分とする次式の行列Ｔ３，Ｔ２、及びオ
フセットベクトルＢを導入する。そして、Ｚθ軸駆動ス
テージ４の位置、及び回転角を成分とするベクトル（Ｗ
Ｘ，ＷＹ，Ｗθ）から、図２（ｂ）のレチクル微小駆動
ステージ１１のＸ方向の目標位置ＲＸ^*、Ｙ方向の目標
位置ＲＹ^*、及び目標回転角Ｒθ^*を成分とするベクト
ル（ＲＸ^*,ＲＹ^*,Ｒθ^*)を算出する。

【００３２】

【数５】

【００３３】ここで（数１）と（数５）とを比較して分
かるように、（数１）で使用される行列Ａの一例は行列
Ｔ３・Ｔ２である。更に、演算手段１５ｃは、次式のよ
うに図２（ｂ）のレーザビーム２０Ｌ，２０Ｒの間隔Ｍ
を成分とする行列Ｔ４を用いて、ベクトル（ＲＸ^*,ＲＹ
^*,Ｒθ^*)を図２（ｂ）のレチクル微小駆動ステージ１１
の３軸の駆動軸に対応する目標位置よりなるベクトル
（ＲＸ^*,ＲＬ^*,ＲＲ^*)に変換する。言い換えると、ベク
トル（ＲＸ^*,ＲＬ^*,ＲＲ^*)は、走査露光時に干渉計１４
Ｘ，１４Ｌ，１４Ｒによって計測されるべきレチクル微
小駆動ステージ１１の目標位置を示すベクトルである。

【００３４】

【数６】

【００３５】また、図３において、演算手段１５ｃには
レチクル１２側の干渉計１４（図２（ｂ）の干渉計１４
Ｘ，１４Ｌ，１４Ｒの全体を示す）によって実際に計測
される位置ＲＸ，ＲＬ，ＲＲも供給されている。演算手
段１５ｃでは、次式のようにレチクル微小駆動ステージ
１１の目標位置を示すベクトル（ＲＸ^*,ＲＬ^*,ＲＲ^*)か
ら、レチクル微小駆動ステージ１１の実際の位置を示す
ベクトル（ＲＸ，ＲＬ，ＲＲ）を差し引いて誤差ベクト
ル（ΔＲＸ，ΔＲＬ，ΔＲＲ）を求める。この誤差ベク
トルは、上述のＺθ軸駆動ステージ４の位置を示すベク
トル（ＷＸ１，ＷＸ２，ＷＹ１，ＷＹ２）、及び行列Ｔ
１〜Ｔ４等の演算式としても表されている。

【００３６】

【数７】

【００３７】本例では、更に、次式のように誤差ベクト
ル（ΔＲＸ，ΔＲＬ，ΔＲＲ）に補正項としての補正ベ
クトルＣを加えて総合誤差ベクトル（ΔＲＸ',ΔＲＬ',
ΔＲＲ')を求め、この総合誤差ベクトル（ΔＲＸ',ΔＲ
Ｌ',ΔＲＲ')を目標値である（０，０，０）とするよう
にして高精度な露光動作の制御を行った。

【００３８】

【数８】

【００３９】（数８）におけるベクトル（ｄ１，ｄ２，
ｄ３）は速度比例係数ベクトルであり、ベクトル（ｄ
１，ｄ２，ｄ３）Ｖ_W0はウエハ５の走査速度Ｖ_W0に比例
した速度比例補正項である。更に、ｆはレチクル１２側
のステージの位置のベクトル（ＲＸ，ＲＬ，ＲＲ）に応
じた補正項の係数行列、ｗはウエハ５側のステージの位
置のベクトル（ＷＸ１，ＷＸ２，ＷＹ１，ＷＹ２）に応
じた補正項の係数行列、そして、α１，α２はウエハ５
の走査方向に依存する補正項としてのオフセットベクト
ルである。これらの補正項の内の速度比例係数ベクトル
（ｄ１，ｄ２，ｄ３）、及びオフセットベクトルα１，
α２は、各投影露光装置固有の補正定数ベクトルであ
る。以下、これらの補正項につき図４〜図８を参照して
説明する。

【００４０】図４は、走査露光時のウエハ側のＺθ軸駆
動ステージ４（ウエハ５）の走査速度Ｖ_W0の違いによる
ウエハ５上の１つのショット領域に対する転写パターン
像の位置ずれを示し、この図４において、（ａ）は走査
速度Ｖ_W0を高速のＶ_H にした場合、（ｂ）は走査速度Ｖ
_W0を低速のＶ_L にした場合である。また、図４（ａ）、
（ｂ）の位置ずれは（数８）の補正ベクトルＣを（０，
０，０）としたときの位置ずれの状態を示している。こ
のとき、図４（ｂ）では、重ね合わせ露光の対象である
ショット領域ＳＡと、スリット状の露光領域２１Ｗに対
して低い走査速度Ｖ_L でウエハを走査して露光を行った
ときの転写パターン像ＳＡ_L とがほぼ一致しているが、
図４（ａ）では、露光対象のショット領域ＳＡに対し、
速い走査速度Ｖ_H でウエハを走査して露光を行ったとき
の転写パターン像ＳＡ_H は走査方向側に位置ずれが生じ
ている。即ち、ウエハの走査速度Ｖ_W0にほぼ比例した転
写パターン像の位置ずれが生じている。この位置ずれは
制御系の応答速度等によるものと推定される。

【００４１】実際の露光工程では、１台の投影露光装置
において、同期走査の速度の変更を余儀無くされること
がある。これは、例えば通常感度のレジストから高感度
レジストに変更した場合、それらの感光に要する露光エ
ネルギーが異なるため、露光領域２１Ｗの幅が一定であ
るときには自ずとウエハの走査速度Ｖ_W0を変える必要が
生じる。そのため、上記のように、ウエハ５の走査速度
Ｖ_W0の比例係数である速度比例係数ベクトル（ｄ１，ｄ
２，ｄ３）を用いた補正項（ｄ１，ｄ２，ｄ３）Ｖ_W0が
必要となってくる。

【００４２】速度比例係数ベクトル（ｄ１，ｄ２，ｄ
３）の算出方法の一例は、低い走査速度Ｖ_L と機械的に
最高に近い走査速度Ｖ_H との２点において、ショット領
域ＳＡと実際の転写パターン像との位置ずれ量を計測
し、この位置ずれ量を走査速度で除算して、除算結果の
平均値を求めればよい。図５は、補正ベクトルＣ中のレ
チクル１２側の位置ベクトル（ＲＸ，ＲＬ，ＲＲ）に応
じた補正項に起因する転写パターン像の位置ずれを示
し、この図５において、（ａ）は歪みのない場合の転写
パターン像３０に対して、Ｙ方向の中間近辺で−Ｘ側に
位置ずれが生じている転写パターン像ＳＡ_DIを、（ｂ）
は同様に転写パターン像３０に対して、＋Ｘ方向側の転
写パターン長はほぼ等しく、−Ｘ方向側の転写パターン
長が長いという位置ずれが生じている転写パターン像Ｓ
Ａ_LHを示している。更に、図５（ｃ）は同様に歪みのな
い転写パターン像３０に対して、Ｙ方向への同期ずれが
生じた転写パターン像ＳＡ_SYを示している。このよう
に、転写パターン像ＳＡ_DI，ＳＡ_LH，ＳＡ_SYを歪ませる
のは、例えば露光前のアライメント等によって露光対象
のショット領域の回路パターンが歪んでいることが分か
った場合に、その回路パターンの歪みに合わせて転写パ
ターン像を歪ませて重ね合わせ誤差を低減させるためで
ある。

【００４３】ここで、図５（ａ）における位置ずれが生
じる原因の一例は、例えば第１層を露光する投影露光装
置の固有のディストーションである。このため、第２層
以降に露光を行う投影露光装置は、予め各装置毎に第１
層を露光する投影露光装置のディストーションに応じて
定まる（数８）の係数行列ｆを記憶しておき、変換行列
ｆと位置ベクトル（ＲＸ，ＲＬ，ＲＲ）との積で定まる
補正ベクトル分の補正を行うことが望ましい。図５
（ａ）の変換行列ｆの一例は、次に示す要素ｆ₂₁，ｆ₃₁
のみが０でない行列で表される。

【００４４】

【数９】

【００４５】このとき、要素ｆ₂₁，ｆ₃₁はレチクル１２
の一方のＹ座標ＲＬに応じて図４（ｄ）のように山形に
変化する関数であり、これによってレチクル１２のＸ座
標ＲＸがｆ₂₁（ＲＬ＋ＲＲ）だけ次第に変位するため、
図５（ａ）のような転写パターン像ＳＡ_DIが得られる。
（数９）の係数行列ｆは、投影露光装置の機械的変形等
によりレチクル１２がＸ方向に横ずれしながら露光が行
われるような場合においても、考慮する必要がある。

【００４６】また、図５（ｂ）のように台形状に歪んだ
転写パターン像ＳＡ_LHを得るためには、次の（数１０）
に示す係数行列ｆが用いられる。（数１０）で要素
ｆ₂₂，ｆ ₃₂は定数であり、これによってレチクル１２の
Ｙ座標の一方のＲＬのみに（ｆ₂₂・ＲＬ＋ｆ₃₂・ＲＲ）
の補正が加えられて、台形状の歪みが得られる。

【００４７】

【数１０】

【００４８】更に、図５（ｃ）のようにＹ方向への位置
ずれを起こさせるためには、次に示す係数行列ｆが使用
される。

【００４９】

【数１１】

【００５０】この（数１１）の変換行列は、要素ｆ₂₂，
ｆ₃₂，ｆ₂₃，ｆ₃₃以外の要素は０で、且つ要素ｆ₂₂〜ｆ
₃₃はＹ座標ＲＬ，ＲＲの関数である。これによって、レ
チクル１２の２つのＹ座標ＲＬ，ＲＲに補正が加えられ
て、図５（ｃ）のような転写パターン像ＳＡ_SYが得られ
る。次に、図６は、（数８）の補正ベクトルＣ中のウエ
ハ５の位置ベクトル（ＷＸ１，ＷＸ２，ＷＹ１，ＷＹ
２）に応じた補正項に起因する転写パターン像の変形例
の説明図であり、この図６のウエハ５の各ショット領域
ではウエハ５が加熱処理等により反り等を生じたことに
起因して部分的に歪んでいる。この図６において、ウエ
ハ５の右半分のショット領域１０１〜１１３は、正常に
回路パターンが形成されているのに対して、ショット領
域１１４〜１１８からショット領域１１９〜１２３、そ
してショット領域１２４〜１２６と次第に回路パターン
の歪みが大きくなっている。半導体素子等の製造工程に
おいて、細心の注意を払っても、程度の大小はあるにせ
よ反り、うねり、歪み等のウエハ５の変形は完全に取り
払えない。従って、その救済は投影露光装置側で行わな
ければならないのが現状である。

【００５１】そこで、本例では（数８）の補正ベクトル
Ｃとして、ウエハ５側のステージの座標ベクトル（ＷＸ
１，ＷＸ２，ＷＹ１，ＷＹ２）に応じて転写パターン像
を歪ませるための補正項を設け、この補正項の係数行列
ｗをウエハ５の歪みに応じて設定する。図６のように、
変形しているウエハ５に対する係数行列ｗの一例は、次
に示す行列である。

【００５２】

【数１２】

【００５３】この（数１２）の係数行列ｗは要素ｗ₁₂，
ｗ₂₂以外は０であり、要素ｗ₁₂，ｗ ₂₂はウエハ５の位置
に対応する座標ＷＸ１，ＷＸ２，ＷＹ１，ＷＹ２の関数
である。そして、この係数行列ｗを用いると、レチクル
１２のＹ座標の一方の値ＲＬが補正されて、転写パター
ン像が図６の各ショット領域に合わせて歪むために重ね
合わせ誤差が低減される。

【００５４】ウエハ５の変形による係数行列ｗの算出の
一例を以下に挙げる。ある半導体素子を製造する際の露
光工程が１０回あるとする。このとき、１０回の露光工
程それぞれにおいてウエハ５は、片面の薄膜積層数、及
び受けてきた熱処理履歴が異なるため、それらによる変
形も１〜１０回の露光工程毎で異なることとなる。従っ
て、１〜１０回の露光工程時のウエハ５の変形による位
置補正に必要な係数行列ｗを例えば数枚のウエハの露光
結果を平均して算出する。このようにすれば、例えば７
回目の露光時におけるウエハ５の変形に対応する係数行
列ｗが予め分かるため、各ショット領域に合わせて正確
に転写パターン像を歪ませることができる。

【００５５】図７は、（数８）の補正ベクトルＣ中のウ
エハ５の走査方向に応じたオフセットベクトルα１，α
２による転写パターン像の位置ずれを示し、この図７に
おいて、（ａ）は露光対象のショット領域ＳＡとウエハ
５を露光領域２１Ｗに対して＋Ｙ方向に走査したときの
転写パターン像ＳＡ_F との位置ずれである。また、図７
（ｂ）はショット領域ＳＡとウエハ５を−Ｙ方向に走査
したときの転写パターン像ＳＡ_R との位置ずれを示し、
走査方向によって位置ずれ量が微妙に異なっている。

【００５６】これは、正方向走査と負方向走査とでは、
ステージの機械的変形量、機械的特性、及び電気的特性
が完全に同じではないことに起因する位置ずれ量と考え
られ、特に重ね合わせ誤差の許容値が小さい場合にはそ
の位置補正が必要となってくる。このため、次の（数１
３）に示すように正方向（＋Ｙ方向）走査の露光でのオ
フセットベクトルα１（＝（α１_RX，α１_RL，α１_RR))
と、負方向走査の露光でのオフセットベクトルα２とを
予め各々に求めておいて、走査露光時に補正を行うもの
である。

【００５７】

【数１３】

【００５８】そして、図３の演算手段１５ｃでは、求め
た誤差ベクトル（ΔＲＸ，ΔＲＬ，ΔＲＲ）と補正ベク
トルＣとを加算した総合誤差ベクトル（ΔＲＸ',ΔＲ
Ｌ',ΔＲＲ')をレチクルステージ制御系１７に供給し、
レチクルステージ制御系１７では、供給された総合誤差
ベクトルが（０，０，０）となるように、図２（ｂ）の
レチクルＹ軸駆動ステージ１０及びレチクル微小駆動ス
テージ１１の３自由度の駆動系の制御を行う。そして、
この制御の結果が３個の干渉計１４Ｘ，１４Ｌ，１４Ｒ
の計測値として演算手段１５ｃにフィードバックされ、
レチクル微小駆動ステージ１１はクローズドループ制御
で駆動される。その結果、Ｚθ軸駆動ステージ４（ウエ
ハ５）が例えば＋Ｙ方向に一定速度Ｖ_W0で駆動されるの
に同期して、レチクル微小駆動ステージ１１（レチクル
１２）は、所定の相対回転角θを保った状態で速度（１
／β）Ｖ_W0で−Ｙ方向に駆動される。

【００５９】上述のように本例によれば、ウエハ５側の
Ｚθ軸駆動ステージ４の４自由度の位置を要素とするベ
クトル（ＷＸ１，ＷＸ２，ＷＹ１，ＷＹ２）に、（数
７）及び（数８）に示すように行列（Ｔ４・Ｔ３・Ｔ３
・Ｔ１）を乗じてオフセットベクトルＢを加算すること
によって、レチクル微小駆動ステージ１１の目標位置、
及び目標回転角を示すベクトル（ＲＸ^*,ＲＬ^*,ＲＲ^*)が
算出され、このベクトルから実際の位置を示すベクトル
（ＲＸ，ＲＬ，ＲＲ）を差し引いて補正ベクトルＣを加
えることによって総合誤差ベクトル（ΔＲＸ',ΔＲＬ',
ΔＲＲ')が算出され、このベクトルに基づいて位置合わ
せが行われている。

【００６０】従って、仮に走査露光時にウエハＹ軸駆動
ステージ２のヨーイングが発生して、Ｚθ軸駆動ステー
ジ４が回転したような場合でも、ほぼリアルタイムでレ
チクル微小駆動ステージ１１の目標位置、及び目標回転
角が更新されて、レチクル微小駆動ステージ１１の位
置、及び回転角が補正されるため、高い追従速度でレチ
クル１２とウエハ５とが高精度に位置合わせされた状態
で同期走査が行われる。更に、同時にウエハ５の走査速
度Ｖ_W0、走査方向、レチクル１２の位置、及びウエハ５
の位置に応じて補正ベクトルＣを加えて転写パターン像
の歪みを制御しているため、重ね合わせ誤差を極めて小
さくできる。

【００６１】なお、上述の例では図３に示すように、ウ
エハステージ制御系１６は速度基準で制御されている
が、ウエハステージ制御系１６を位置基準で制御しても
よい。即ち、ウエハステージ制御系１６に対して所定周
期で刻々と変化する目標位置の情報を供給し、それに応
じてウエハステージ制御系１６がウエハＹ軸駆動ステー
ジ２等の位置を変化させるようにしてもよい。

【００６２】また、図１の構成では、レチクルＹ軸駆動
ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ１１を介し
てレチクル１２が載置されているが、レチクル微小駆動
ステージ１１を省略し、ウエハＹ軸駆動ステージ２とウ
エハ５との間で、Ｘ方向に所定間隔離れた２箇所の位置
に、Ｙ方向に所定範囲でウエハ５の位置を変えるための
微動ステージを配しても良い。この場合、レチクルＹ軸
駆動ステージ１０をオープンループで制御し、レチクル
Ｙ軸駆動ステージ１０の計測される位置から算出される
目標位置に応じて、ウエハ５側のウエハＹ軸駆動ステー
ジ２、及び微動ステージ等をクローズドループ方式で制
御するようにするとよい。

【００６３】更に、上述の例では図２に示すように、ウ
エハ５側のステージの位置は４自由度で計測され、レチ
クル１２側のステージの位置は３自由度で計測されてい
るが、ウエハ５側のステージ、及びレチクル１２側のス
テージの位置をそれぞれ３自由度で計測してもよい。又
は、例えばウエハ５側のステージの位置を３自由度で計
測して、レチクル１２側のステージの位置を４自由度で
計測してもよく、ウエハ５側及びレチクル１２側のステ
ージの位置をそれぞれ４自由度以上で計測してもよい。
このように計測の自由度が増す程に、平均化効果によっ
て位置、及び回転角の計測精度が向上する。

【００６４】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。

【００６５】

【発明の効果】本発明の走査型露光装置によれば、２つ
の位置計測手段の内の一方の計測結果を成分とするベク
トル量に、マスクと基板との間の倍率、及びそのマスク
とその基板との間の回転角を含む成分からなる変換行列
を乗じて得られるベクトル量から、それら２つの位置計
測手段の内の他方の計測結果を成分とするベクトル量を
差し引いて得られた誤差ベクトル量と、予め設定された
マスクパターンの転写位置のずれ量に応じた補正ベクト
ル量とに応じて２つのステージ（マスクステージ、及び
基板ステージ）の内の所定のステージの位置を制御して
いる。従って、それら２つのステージの一方が回転した
ような場合でも、高い追従速度でそのマスクとその基板
とを高精度に位置合わせできると共に、転写パターン像
を所定量歪ませることによって重ね合わせ誤差を低減で
きる利点がある。

【００６６】また、その補正ベクトル量が、２つのステ
ージの一方の走査速度に比例した成分、マスクステージ
の位置に応じて変化する成分、基板ステージの位置に応
じて変化する成分、及び２つのステージの一方の走査方
向に応じて変化するオフセット成分の内の少なくとも１
つの成分を含む場合には、それぞれステージ機構の機械
的変形、前層の露光を行った露光装置のディストーショ
ン、ウエハ等の基板の熱変形、及びステージ機構の制御
誤差等に応じた変形を転写パターン像に与えることによ
って、重ね合わせ誤差を更に低減できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査型露光装置の実施の形態の一
例のステージ機構を示す正面図である。

【図２】（ａ）は図１のウエハ５側のステージ構成を示
す平面図、（ｂ）は図１のレチクル側のステージ構成を
示す平面図である。

【図３】その実施の形態のステージの制御系を示す一部
機能ブロック図を含む構成図である。

【図４】ウエハの走査速度に応じた転写パターン像の位
置ずれ量を示す平面図である。

【図５】レチクルの座標に応じて転写パターン像を種々
に歪ませる方法の説明図である。

【図６】ウエハ５に反りを生じたときのウエハ５上の各
ショット領域の回転パターンの変形例を示す平面図であ
る。

【図７】ウエハの走査方向に応じた転写パターン像の位
置ずれ量を示す平面図である。

【符号の説明】

１ウエハ支持台２ウエハＹ軸駆動ステージ５ウエハ７Ｘ１，７Ｘ２，７Ｙ１，７Ｙ２ウエハ側の干渉計８投影光学系９レチクル支持台１０レチクルＹ軸駆動ステージ１１レチクル微小駆動ステージ１２レチクル１４Ｘ，１４Ｌ，１４Ｒレチクル側の干渉計１５主制御系１５ｂ速度指令発生手段１５ｃ演算手段１６ウエハステージ制御系１７レチクルステージ制御系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転写用パターンの形成されたマスクを移
動するマスクステージと、前記マスクのパターンが転写
される感光性の基板を移動する基板ステージとを備え、
前記マスクのパターンの一部を前記基板上に投射した状
態で、前記マスクステージ及び前記基板ステージを介し
て前記マスク及び前記基板を対応する方向に同期して走
査することによって、前記マスクのパターンを前記基板
上に逐次転写露光する走査型露光装置において、前記マスクステージの２次元的な位置を計測するマスク
側位置計測装置と、前記基板ステージの２次元的な位置を計測する基板側位
置計測装置と、前記２つの位置計測装置の内の一方の計測結果を成分と
するベクトル量に、前記マスクと前記基板との間の倍
率、及び前記マスクと前記基板との間の回転角を含む成
分からなる変換行列を乗じて得られるベクトル量から、
前記２つの位置計測装置の他方の計測結果を成分とする
ベクトル量を差し引いて誤差ベクトル量を求めると共
に、予め計測してある前記マスクのパターンの前記基板
上での転写位置の誤差に基づいて前記マスクと前記基板
との相対位置を補正するための補正ベクトル量を求める
演算手段と、該演算手段によって求められた前記誤差ベクトル量及び
前記補正ベクトル量に基づいて前記マスクステージ及び
前記基板ステージの相対位置を制御する制御手段と、を
有することを特徴とする走査型露光装置。
【請求項２】請求項１記載の走査型露光装置であっ
て、前記補正ベクトル量は、前記２つのステージの一方の走
査速度に比例した成分、前記マスクステージの位置に応
じて変化する成分、前記基板ステージの位置に応じて変
化する成分、及び前記２つのステージの一方の走査方向
に応じて変化するオフセット成分の内の少なくとも１つ
の成分を含むことを特徴とする走査型露光装置。