JPS61202111A - 位置変化検出装置 - Google Patents

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、位置変化検出装置にかかるものであり、例え
ば、縮小投影型露光装置等において使用される二次元移
動するステージの位置を、光波干渉計システムにより高
精度で検出する場合に好適な位置変化検出装置に関する
ものである。

〔発明の背景〕

従来、例えば光波干渉計を用いて移動ステージの位置な
いし移動距離を計測するときに、該干渉計の移動鏡の固
定が良好でないと、移動ステージの移動のスタートある
いはストップ等において前記移動鏡が微小ではあるがず
れることがある。このようなずれがあると、移動ステー
ジの実際の移動距離の計測に誤差が生ずることがある。

この誤差は、一般的に非常に小さく、また、ランダムに
発生することもあるので、その発見には多大の時間と労
力を要する。

詳述すると、干渉計用の移動鏡は、一般に極めて高い面
精度が要求され、場合によっては使用するレーザビーム
の波長の数十分の一程度の平面性ないし平担性が必要と
される。

才た、移動ステージがＸ、ｙの二次元に移動する場合、
各ｘ、ｙの両方向に対して各々移動鏡が必要である。こ
れらの移動鏡の反射平面は、Ｘ方向とＸ方向の各々に細
長く延設して形成されている。このため一般に移動鏡は
、角柱状の光学ガラスの表面に所定の反射面をコーティ
ングして作成され、この移動鏡は、移動ステージ上の所
定位置ｆこ正確に欧り付けられる。

ところで、該移動鏡自体の面精度を適宜の手・段で得た
としても、移動ステージに対する取り付は精度が悪いと
、結果的に面精度が低下することとなる。例えば移動鏡
を、ボルト等によって移動ステージにネジ止めすると、
ボルトの締め具合によって結果的に面精度が著しく低下
することが認められた。また、移動鏡の取付けに接着剤
を使用する手法も考えられるが、接着剤の硬化時には、
移動鏡と移動テーブルの接着面に不用な応力が作用し、
面精度は著しく低下することとなる。特に、接着剤を用
いた場合には、接着剤の硬化の進行中に移動鏡の位置が
ずれることもあり、かかる場合には、ｆＲ造後に移動鏡
の位置ずれ（特に傾き）が発見されでもその修正の作業
ｌこ多大の労力が必要となる。

以上のような観点から、移動鏡の固定方法としては、移
動鏡を移動ステージ上の固定位置に載置し、その移動鏡
が動かない程度であって、かつ面精度が低下しない程度
に押え、あるいは係止する方法が好ましいことが認めら
れる。この場合、移動鏡は、その反射面と垂直な測長方
向に対して動かなければよいので、移動鏡の背面を移動
ステージ側に押し付けるように、反射面側から移動鏡を
弱いパネカで付勢するようにすればよい。

ところが、以上のような方法で移動鏡の面精度を確保し
たとしでも、移動ステージに大きな振動が発生すると、
該移動鏡の位置がずれるおそれがある。特に、縮小投影
型露光装置においては、移動ステージ上に載置されたウ
ェハ上のチップをステップアンドリピート方式で露光し
ていくため、移動ステージに要求される加速度も大きく
なる。

このため、移動ステージの移動によって、わずか（例え
ば０８１μｍないし０．５μｍ程度）ｌこ移動鏡の位置
がずれる場合がある。このようなずれが生ずると、移動
ステージの位置にもずれが生じ、ひυ１てはウェハ上の
チップの露光装置に対する位置もずれることとなり、ず
れた位置で露光が行なわれることとなる。従って、移動
鏡のずれは、ＩＣ。

ＬＳＩなどの生産性を著しく低下させる原因となる、才
た、かかる移動鏡のずれは、該移動鏡のずれも含めて移
動ステージの位置を光波干渉計で計測しているため、光
波干渉計の計測値から判断することができず、結局は、
露光されたウェハとマスクの重ね合せ具合や、チップの
配列状態を別個の検査装置等で確認するまで発見できな
い。

このような不都合は、露光装置だけではなく、干渉計を
測長手段ないし位置変化計測器として有するステージを
用いたその他のＮＣ工作機械、レーザ加工装置等におい
ても共通して存在する。

更に、移動鏡が正確にｘ、７両方向に直交して配置され
ていないと、ステップアンドリピート方式でウェハ上の
チップ毎の露光を行う場合、ウェハ上のチップ配列が移
動鏡の直交度にならってしまうという不都合もある。

従って、テップ配列やパターンの重ね合せに、該直交度
の誤差に応じた位置ずれが生ずることとなる。この点か
らも、ＩＣ，ＬＳＩ　　ｐどの生産の歩留りが著しく低
下することとなる。

〔発明の目的〕

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり。

移動鏡の傾きを伴う微小なずれを容易に検出でき、これ
によって移動ステージの移動誤差の低減を図り、ひいて
はＩＣ等の不良の発生を低減して歩留りの向上、露光装
置等の信頼性の向上を図ることをその目的とするもので
ある。

〔発明の概要〕

本発明は、光学部材（移動鏡１２．１４　）の複数箇所
の各々について光学部材と移動体（ステージ１０）との
相対的な位置ずれを検出する第１の検出手段（変化検出
回路３０．：ｒンデンサＣｘａ、Ｃｘｂ、Ｃｙａ。

ｃｙｂ　）とともに、この手段曇こよって検出された複
数箇所の位置ずれを比較して光学部材の反射面（１２Ａ
、　１４Ａ）の傾きを検出する第２の検出手段（変化検
出回路３０．　コンデンサＣｘａ　、Ｃｘｂ　、Ｃｙａ
　、Ｃｙｂ）を設けることとし、これらの検出手段によ
り位置変化を検出しようとするものである。

〔実施例〕

以下、本発明にかかる位置変化検出装置について添付図
面に示す実施例を参照しながら詳細に説明する。

第１図には、本発明の一実施例の全体構成が示されてい
る。第２図には、かかる実施例のうちのテーブル部分が
一部分解して示されている。なお、寸法は必ずしも一致
させていない。次に、第３図（こは、上記実施例のうち
の電気的な構成部分が示されている。更に第４図には、
移動鏡の変化態様の一例が示されている。

これら第１図ないし第４図において、移動ステージ１０
は、図示しない手段によって、第１図あるいは第２図に
示すｘ、７両方向に移動できるようになっている。この
移動ステージ１０の二方向の側部には、断差が設けられ
ており、各々移動鏡１２．１４が固定されている。移動
鏡１２は、Ｘ方向に伸びており、反射面１２４を有する
。移動鏡１４は、Ｘ方向に伸びており１反射面１４Ａを
有する。移動鏡１２．１４は、例えば光学ガラスのブロ
ックを角柱状に成形したものであって、反射面１２Ａ、
１４Ａは、例えば金属の反射性薄膜を蒸着することによ
って得られる。

前述した反射面１２Ａ、１４Ａに各々対向する位置には
、干渉計１６．１８が各々配置されている。Ｘ方向干渉
計１６は、反射面１２Ａに対し垂直にレーザ光ＬＡを照
射するとともに、その反射レーザが入射され、干渉によ
り反射面１２７ＶのＸ方向の位置、すなわちステージ１
０のＸ方向の位置を検出するものである。Ｘ方向干渉計
１８は、反射面１４Ａに対し垂直にレーザ光ＬＢを照射
するとともに、その反射レーザが入射され、干渉により
反射面１４Ａ−のＸ方向の位置、すなわちステージ１０
のＸ方向の位置を検出するものである。

これらの操作により、Ｘ方向干渉計１６は、ステージ１
０のＸ方向の位置情報Ｄｙを遂次出力し、Ｘ方向干渉計
１８は、ステージ１０のＸ方向の位置情報Ｄｘを遂次出
力する。これらのデータは、ステージ１０の座標値Ｔｘ
　ｓ　”！を算出する演算回路２０に入力されるようｌ
こなっている。

次に、移動鏡ｔ２．ｉ４とテーブル１０の段差部側面と
の間には、第２図に示すように静電容量センサが形成さ
れており、これらのセンサによる信号は、シールドケー
ブル２２　、２４　、２６．２８によって各々変化検出
回路３０に入力されてい也この変化検出回路３０は、入
力されるデータ（静電容量値）から、移動鏡１２の反射
面１２ＡのＸ方向に対する変化量にと、移動鏡１４の反
射面１４ＡのＸ方向に対する変化量Ｌｘとを求め、これ
らを演算回路２０に出力するものである。変化量Ｌｘ　
、Ｌｙには、各軸方向に対する位置ずれ量と傾き量とが
各々含まれる。

次に、静電容量センサにつＬｌｌで特に第２図を参照し
ながら詳述する。第２図には、移動鏡１２が分解して示
されている。なお、静電容量センサは、移動鏡１２．１
４で同一の構成となっているのス同一の構成部分につい
ては同一の符号を用いることとする。

第２図において、移動鏡１２．１４の反射面１２Ａ、１
４Ａと反対側の面には、その長手方向に２分割された導
電体膜３２．３４が各々設けられている。これらの導電
体膜３２．３４は、例えばアルミニウムなどの金属を蒸
着することによって形成される。導電体膜３２．３４の
端側には、外部と電気的な接続を可能とする導出部３６
が各々設けられている。そして、この導出部３６を除い
た導電体膜３２．３４の表面例えば酸化シリコン（ｓｔ
ｏ２）などの絶縁性の薄膜がコーティングされる。

以上のように構成された移動鏡１２．１４は、導電体膜
３２．３４がステージ１０の段差側面１０Ａに対面する
ように、ステージ１０の段差に取り付けられる。詳述す
ると、ステージ１０の段差側面１０Ａには、突起１０Ｂ
が２つづつ設けられており、この突起１０Ｂに移動鏡１
２．１４の裏面側が当接するようにステージ１０の段差
上に置かれる。そして、ステージ１０の側面にネジ手段
６８で止められている板バネ４０によって移動鏡１２．
１４を押圧することｆこよりその固定が行なわれる。こ
の板バネ４０による押圧力は、移動鏡１２．１４の反射
面１２Ａ、　１４Ａの面積度を低下させないよう（こ考
慮される。

なお、突起１［ＩＢで移動鏡１２ｊ１４の裏面側位置を
規制するのは、反射面１２Ａ、１４Ａがｙ軸、ｙ軸と平
行になるようにする調整が、裏面全体と段差側面１０Ａ
とが当接する場合よりも容易になるからである。また、
突起１０Ｂの段差側面１０Ａからの突出量は１例えば５
　ｆｌいし１０μｍのわずかなものでよυ１゜以上の移
動鏡１２．ｉ４の取り付けによって、電気的Ｉこアース
されているステージ１０と導電体膜３２．３４との間で
コンデンサが形成されることとなる。導電体膜３２．３
４の導出部３６には、シールドケーブル２２，２４，２
６．２８の芯線が接続され、シールドケーブル２２．２
４，２６．２８のシールド線はステージ１０に接続され
る。

なお、移動鏡１２の導電体膜３２．３４とステージ１０
との間ｌこ形成されるコンデンサを、Ｃｙａ。

ｃｙｂで表わし、移動鏡１４の導電体膜３２．３４とス
テージ１０との間に形成されるコンデンサを。

ｅｘａ、Ｃｘｂで表わすこととする。これらのコンデン
サＣｘａ、Ｃｘｂ、Ｃｙａ、Ｃｙｂの静電容量は、概ね
導電体膜３２．３４の表面積と、ステージ１０の段差側
面１０Ａの面積と、それらの面の間隔との関数で表わさ
れる。

次ｆこ、第３図を参照しながら、電気的な構成部分につ
いて説明する。ステージ１０と移動鏡１４との間に形成
されたコンデンサＣｘａ、Ｃｘｂは、切替スイッチ４２
を介して選択的にキヤパンタンスメータ（以下ｒＣＰＭ
Ｊという）４４＃こ接続されている。

このＣＰＭ４４は、コンデンサｅｘａ、Ｃｘｂの静電容
量値に応じたアナログ電圧を出力するものである。ＣＰ
Ｍ４４は、アナログ−ディジタル変換器（以下囚℃」と
いう）４６に接続されており、これｆこよって了゛ナロ
グ信号入力がディジタル量ｉこ変換されて出力されるよ
うになっている。

他方、ステージ１０と移動鏡１２との間に形成されたコ
ンデンサＣｙａ　＃　Ｃｙｂは、同様Ｅこスイッチ４８
を介してＣＰＭ５０に選択的に接続されており、ＣＰＭ
５０は、ＡＤＣ５２に接続されている。

ＡＪ）Ｃ４６，５２は、各々マイクロコンピュータ（以
下「神明という〕５４に接続されており、コンデンサＣ
ｘａ、Ｃｘｂ、Ｃｙａ、Ｃｙｂの静電容量値がディジタ
ル値に変換されてＭＰＵ５４に入力されるようｌこなっ
ている。なおＭＰｒＪ５４は、切替スイッチ４２．４８
に各々接続されており、切替の制御が行なわれるように
なっている。

次に、　ＭＰＵ５４には、メモリ５６が接続されている
。このメモリ５６１こは、コンデンサＣｘａ、Ｃｘｂ。

Ｃｙａ　、Ｃｙｂの静電容量値と、これに対応する移動
鏡１２．１４のｘ、ｙ軸に対する変化量すなわち傾き量
θと平行な位置ずれ量βとがテーブルとして格納されて
いる。これらのデータは、予め精密な光電オートコリメ
ータ等によって実測して作られている。また、メモリ５
６には、移動鏡１２．１４をステージ１０）こ対して正
確にセットしたときのコンデンサＣｘａ　、Ｃｘｂ　、
Ｃｙａ　、Ｃｙｂの容量値すなわち初期値も格納されて
いる。ＭＰＵ５４はＡＤＣ４６，５２から入力されるコ
ンデンサｅｘａ、Ｃｘｂ、Ｃｙａ、Ｃｙｂの容量値ｆこ
対応した移動鏡１２．１４の傾き量θ、平行ずれ量βを
、メモリ５６のテーブルから求め、該当するか、又は最
も近似するθ、βを含むデータＬｘ　、Ｌｙを演算回路
２０（第１図参照）に対して出力するようになっている
。

次に、上述した実施例の全体的動作について、第４図も
参照しながら説明する。第４図は、第１図でいえば軸Ａ
Ｘ方向から見たもので、移動鏡１２が正規の状態から鳥
だけ平行ずれを生じているとともに、θＧだけｘ、ｙ平
面内で傾いている。なお。

移動鏡１４は、正規の位置にあるものとする。

第４図１こ示すような状態においては、正規の状態と比
較してコンデンサＣｙａ、Ｃｙｂはまず位置ずれβ０に
よってその容量が全体として小さくなる。そして次に、
傾きθ０によってコンデンサＣｙｂの方がＣｙａより更
にその容量が小さくなるように変化する。

そこでＭＰＵ５４による制御信号によって切替スイッチ
４８が適宜のタイミングで交互ｔこ切替られ。

コンデンサＣｙａ、Ｃｙｂの容量値がＭＰＵ５４にデイ
ジタル値として読み込まれる。なお、この切替スイッチ
４８の切替とＭＰＵ５４　＃こよるデータの読み込みの
サイクルは、ステージ１０の移動とは無関係に遂次行な
うほうが好ましい。また、必要に応じて、コンデンサＣ
ｙａ、Ｃｙｂの容量値を複数回読み込み、それらの値の
平均をとるようにしてもよい。

次に、ＭＰＵ５４は、才ずコンデンサＣｙａとｃｙｂの
容量差を算出し、この偏差に対応する傾き量θ０をメモ
リ５６に格納されているテーブルから求める。

更にＭＰＵ５４は、コンデンサＣｙａｊＣｙｂの容量値
の初期値からの偏差Ｅこ対応する位置ずれ量β０を同様
にして求める。これらの傾き量θ０１位置ずれ量鳥は、
変化量を示すデータＬｙとして演算回路２０に出力され
る。

次に、演算回路２０は、移動鏡１２の反射面１２Ａ上で
、Ｘ方向のどの位置にレーザ光束ＬＡが照射されている
かを算出する。これは、演算回路２０が、Ｘ方向干渉計
１８（第１図参照）からの位置情報Ｄｘを読み込む動作
だけで容易に求められる。

ここで移動鏡１２の長さをｔとして、レーザ光束ＬＡが
ｔの丁度半分の位置に照射されている場合を考えると、
反射面１２Ａのレーザ光束ＬＡの入射点におけるＸ方向
のずれ量ｔ＝ｙは・ムｙ＝鳥＋（ｔ／２）８１ｎθ　　
　・・・・・・・−・（１）で表わされる。従って、ス
テージ１０がＸ方向に移動してレーザ光束り入が移動鏡
１２のｔの半分の位置とは異なる位置で反射面１２Ａ、
ｆこ入射している場合には、Ｘ方向の補正量Δｙは、 Δｙ＝βｏ　＋ｆ　（Ｄｚ）８ｉｎθｏ　　　”・・・
−−−−（２）となる。この（２）式で、ｆ（ＤＸ）は
、ステージ１０のＸ方向に対する位置りを変数とする一
次関数であり、レーザ光束Ｌ４の反射面１２Ｎに対する
入射点を表わすものである。なお、傾き量θ０は、極め
て小ざい値、であるから、８面。」。と近似することが
できる。

従って演算回路２０は、干渉計１６．１８及び変化検出
回路３０の出力から、ステージ１０のＸ方向の正確な位
置Ｔｙを、次式から算出すること叙きる。

Ｔｙ＝Ｄｙ−△Ｙ＝Ｄｙ−（β’ｏ＋ｆ　（Ｄｘ）！ｉ
’ｏ　）　・−−−（３）Ｘ方向の位置変化に対しでも
同様である。すなわち、移動鏡１４の傾き量ε０．平行
ずれ量両がコンデンサｅｘａ、Ｃｘｂの変化に対応して
メモリ５６から読み出され、ステージ１０のＸ方向の正
確な位置Ｔｘが次式から求められる。

ＴＸ：ＤＸ−ｂ　Ｘ＝Ｄｘ−（αｏ＋、！７（Ｄｙ）ｓ
ｉｎεＧ）−・・川−（４）次に、上記実施例の他の変
形態様あるいは応用態様などその他の実施例Ｅこついて
説明する。

まず、８５図に示すように、移動鏡５８をｓＸ＊’１Ｘ
方向に対してＬ字状（こ−１体に形成するようにしても
よい。この場合において、容量センサ部を、例えば移動
鏡５８の端部である破線で示すＰＡ、、ＰＢの２ケ所に
設けるようにしてもよい。

次ζこ第６図憂こ示すように、移動鏡６０に、Ｘ　ｓ　
Ｙ方向と４５°の角度を有する方向に反射面６２．６４
を各々形成し、破線で示すＰＣ，ＦＤの位置に容量セン
サ部を設けるようにしても同様の効果を得ることができ
る。

以上の例（こおいても、移動鏡５８．６０の傾きが許容
値以上になると、レーザ干渉計に戻る反射光の光軸が傾
き、干渉計におけるＳハ比が低下したへ場合ｆこよって
は反射光が全く干渉計に戻らなくなる。従って、干渉計
による位置計測が可能な場合には、上述した実施例のよ
うにデータの補正を行い、干渉計の動作が不安定になっ
た場合には、適宜の警報を発して、露光装置の稼動を停
止し、移動鏡５８．６０の位置の再調整を行う。このよ
うにすれば、装置の稼働停止に至るまで、パターンの位
置合せあるいは重ね合せに不良があるチップが低減され
、停止以降については不良チップの製造は行なわれない
のでＩＣ，ＬＳＩの製造のスループットが向上する６な
お、Ｍｌの実施例におＩ／１ても、容量センサ部の容量
あるいはその差が所定の許容量を越えた場合には、警報
を発したり、装置の稼働を停止させるよう番こしてよい
。

才た、コンデンサを構成する導電体膜は、１つの移動鏡
に対し、３分割、４分割・・・等して設けるようにし、
複数のコンデンサを形成するようにしてもよい。このよ
うにして各コンデンサの容量を比較すればより精度の高
い位置変化の検出を行うことができる。これらのコンデ
ンサの容量を検出する方法としては、共振回路による共
振を利用する方法、位相比較による方法、発振周波数の
変化による方法など種々の方法があるが、いずれであっ
てもよい。

更＋ｃ、位置変化をコンデンサの容量変化としてではな
（、例えば光電マイクロメータをステージ内に設け、こ
れによって移動鏡の位置変化を検出するようにしてもよ
い。

更ｌこ、本発明は、露光装置などに限定されるものでは
な（、その他の装置例えばＮＣ工作機械などに対しても
適用されるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による位置変化検出装置に
よれば、移動鏡の位置変化を良好に検出することができ
、これに基づいてデータの補正。

警告を行なうなどの必要な手段を速やかに講することが
でき、ひいては生産性の向上を図ることができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる位置変化検出装置の一火施例の
概略を示す斜視図、第２図は嬉１図の装置の構成を詳細
に示す斜視図、第３図は第１図の装置の電気的構成の主
要部を示す回路ブロック図、第４図は位置変化の例を示
す匿明図、第５図及び第６図は本発明の他の実施例を示
す斜視図であａ〔主要部分の符号の説明〕 １０・・・テーブル、１２．１４・・・移ルｈ鏡、　　
１２Ａ、　１４Ａ・・・反射面、１６．１８・・・干渉
計、３０・・・変化検出回路。 Ｃｘａ　、　Ｃｘｂ　、Ｃｙ　ａ　、Ｃｙｂ−−−コン
デンサ、ＬＡ、ＬＢ　・・・レーザ光束。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 計測の対象である移動体に、所定の光束が入射される反
   射面を有する光学部材を設置し、該反射面による反射光
   束を光波干渉計に入射して前記移動体の位置変化を計測
   する位置変化検出装置において、 前記光学部材の複数個所の各々について、前記光学部材
   と前記移動体との相対的な位置ずれを検出する第１の検
   出手段と、 該手段によつて検出された前記複数箇所の位置ずれを比
   較して前記反射面の傾きを検出する第２の検出手段とを
   含むことを特徴とする位置変化検出装置。