JPH0982598A

JPH0982598A - 露光装置

Info

Publication number: JPH0982598A
Application number: JP7232273A
Authority: JP
Inventors: Susumu Makinouchi; 進牧野内
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】特に走査露光型の露光装置において、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
高精度に行う。【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差分ΔＲＸ，ΔＲＬ，ΔＲＲを求
め、これらの差分に応じ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
される露光装置に関し、一括露光方式の露光装置（ステ
ッパー等）にも適用できるが、特にステップ・アンド・
スキャン方式等の走査露光方式の投影露光装置に適用し
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像を逐次
ウエハ上に転写露光する所謂スリットスキャン方式の投
影露光装置が注目されている。

【０００３】特に、ウエハ上の複数のショット領域にそ
れぞれ縮小投影した状態でスリットスキャン方式で露光
を行う場合、或るショット領域から次のショット領域へ
の移動はステッピング方式で行われるため、このような
露光方式はステップ・アンド・スキャン方式とも呼ばれ
ている。このステップ・アンド・スキャン方式は、従来
より知られているように、１回の走査露光でレチクルの
全面のパターンを等倍でウエハの全面に転写するアライ
ナーを発展させたものである。

【０００４】斯かるスリットスキャン方式、又はステッ
プ・アンド・スキャン方式等の走査露光方式の投影露光
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。

【０００５】

【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
に位置ずれが生ずるという不都合があった。

【０００６】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がそれぞれ許容値以下にな
るまでの追従時間が長いという不都合がある。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、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
合わせできる露光装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、転写用パターンの形成されたマスク（１２）の
位置決めを行うマスクステージ（９〜１１）と、マスク
（１２）のパターンが転写される基板（５）の位置決め
を行う基板ステージ（１〜４）とを備え、そのマスクス
テージ及びその基板ステージを介してマスク（１２）と
基板（５）との位置関係を所定の関係に維持した状態で
マスク（１２）のパターンを基板（５）上に転写する露
光装置において、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側位置計測手段（１４）と、
基板ステージ（１〜４）の２次元的な位置を計測する基
板側位置計測手段（７）と、それら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（１２）と基板（５）との間の倍率、及びマスク（１
２）と基板（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
ル量を差し引いて誤差ベクトル量を求める演算手段（１
５ｃ）と、この演算手段によって求められた誤差ベクト
ルに応じてそれら２つのステージ（９〜１１，１〜４）
の内の対応するステージの位置を制御する制御手段（１
７）と、を有するものである。

【０００９】この場合、それら２つの位置計測手段（１
４，７）の計測の自由度はそれぞれ３軸以上であること
が望ましい。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。

【００１０】

【数１】

【００１１】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。

【００１２】

【数２】

【００１３】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。

【００１４】

【数３】

【００１５】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）を差し引いて誤差ベクトル量（ΔＲＸ，Δ
ＲＹ，ΔＲθ）を得、この誤差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
ることにより、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。

【００１６】また、本発明による第２の露光装置は、例
えば図３及び図４に示すように、転写用パターンの形成
されたマスク（１２）の位置決めを行うマスクステージ
（９〜１１）と、マスク（１２）のパターンが転写され
る基板（５）の位置決めを行う基板ステージ（１〜４）
とを備え、そのマスクステージ及びその基板ステージを
介してマスク（１２）と基板（５）とを同期して走査し
た状態でマスク（１２）のパターンを基板（５）上に逐
次転写する走査露光型の露光装置において、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側
位置計測手段（１４）と、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手段（７）と、
それら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（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誤差ベクト
ル量を求める演算手段（１５ｃ）と、この演算手段によ
って求められた誤差ベクトルに応じてそれら２つのステ
ージ（９〜１１，１〜４）の内の対応するステージの位
置又は速度を制御する制御手段（１７）と、を有するも
のである。

【００１７】斯かる本発明の第２の露光装置によれば、
走査露光中に仮に基板ステージ（１〜４）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。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明による露光装置の実
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
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１０、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
ない様になっている。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１１
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１３Ｌ，１
３Ｒ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
の走査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、レチクルとウエハとのアライメントが行われて、レ
チクル及びウエハ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１５ｂ、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個の干渉計７Ｘ
１，７Ｘ２，７Ｙ１，７Ｙ２で計測されるＺθ軸駆動ス
テージ４の位置ＷＸ１，ＷＸ２，ＷＹ１，ＷＹ２が、所
定のサンプリング周波数で図３の演算手段１５ｃ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Ｗ
Ｘ１，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
レチクル側の干渉計１４（図２（ｂ）の干渉計１４Ｘ，
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１
５ｃ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Ｔ１
〜Ｔ４等の演算式としても表されている。

【００３６】

【数７】

【００３７】演算手段１５ｃでは、そのようにして求め
た誤差ベクトル（ΔＲＸ，ΔＲＬ，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、供給された誤差ベクトルが（０，０，０）と
なるように、図２（ｂ）のレチクル微小駆動ステージ１
１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
＋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、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。

【００３８】上述のように本例によれば、ウエハ側のＺ
θ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）
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を差し引くことによって、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、その目
標位置によって位置合わせが行われている。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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】更に、上述の例では図２に示すように、ウ
エハ側のステージの位置は４自由度で計測され、レチク
ル側のステージの位置は３自由度で計測されているが、
ウエハ側のステージ、及びレチクル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
エハ側のステージの位置を３自由度で計測して、レチク
ル側のステージの位置を４自由度で計測してもよく、ウ
エハ側及びレチクル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。

【００４２】また、上述の例はステップ・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
が、本発明はステッパーのような一括露光方式の投影露
光装置にも適用できる。一括露光方式ではレチクル及び
ウエハが静止状態で露光されて、位置合わせに対する追
従速度がそれ程要求されず、且つウエハ側のステージの
ヨーイングの影響も小さいために、現状では本発明を適
用する必要性は小さい。しかしながら、半導体素子等の
集積度が一層高まって、必要な位置合わせ精度が高くな
ったような場合、又は露光工程のスループット（単位時
間当たりのウエハの処理枚数）を高めるためにアライメ
ントの時間を一層短縮したいような場合には、本発明は
一括露光方式でも有効である。

【００４３】このように、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。

【００４４】

【発明の効果】本発明の第１の露光装置によれば、一括
露光方式、又は走査露光方式の何れの露光装置において
も、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誤差ベクトル量を求め、この誤差ベ
クトルに応じて２つのステージ（レチクルステージ、及
びウエハステージ）の内の対応するステージの位置を制
御しているため、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利点がある。

【００４５】この場合、それら２つの位置計測手段の計
測の自由度がそれぞれ３軸以上であると、マスクと基板
とを並進方向、及び回転方向に高精度に位置合わせでき
る利点がある。また、本発明の第２の露光装置によれ
ば、走査露光方式の露光装置において、例えば走査露光
時に２つのステージの一方がヨーイングによって回転し
たような場合でも、高い追従速度でマスクと基板とを高
精度に位置合わせして同期走査できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による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。

【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

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の位
置決めを行うマスクステージと、前記マスクのパターン
が転写される基板の位置決めを行う基板ステージとを備
え、前記マスクステージ及び基板ステージを介して前記
マスクと前記基板との位置関係を所定の関係に維持した
状態で前記マスクのパターンを前記基板上に転写する露
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
側位置計測手段と、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
置計測手段と、前記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、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誤差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誤差ベクトルに応じて前
記２つのステージの内の対応するステージの位置を制御
する制御手段と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】請求項２記載の露光装置であって、前記２つの位置計測手段の計測の自由度はそれぞれ３軸
以上であることを特徴とする露光装置。
【請求項３】転写用パターンの形成されたマスクの位
置決めを行うマスクステージと、前記マスクのパターン
が転写される基板の位置決めを行う基板ステージとを備
え、前記マスクステージ及び基板ステージを介して前記
マスクと前記基板とを同期して走査した状態で前記マス
クのパターンを前記基板上に逐次転写する走査露光型の
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
側位置計測手段と、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
置計測手段と、前記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、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誤差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誤差ベクトルに応じて前
記２つのステージの内の対応するステージの位置又は速
度を制御する制御手段と、を有することを特徴とする露
光装置。