JPH06151277A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スループット等の低下なく長期的に安定した
高精度の露光を行えるようにする。 【構成】 原版を照明してそのパターンの像を、所定の
露光基準面に表面を一致させた感光基板上に露光転写す
る光学手段と、露光基準面に対する感光基板表面の距離
と傾きを検出する基板表面位置検出手段と、基板保持手
段と、基板保持手段を移動させるＸ−Ｙステージと、基
板保持手段を傾斜させるレベリングステージと、基板保
持手段をθ方向に回転させる微θステージと、レーザ干
渉計により基板保持手段のＸ，Ｙ，θ位置を測定する水
平位置測定手段と、基板表面位置検出手段および水平位
置測定手段の出力に基き各ステージを位置決めし、感光
基板の表面と露光基準面とを一致させてから、原版のパ
ターン像を露光転写する駆動制御手段とを備えた露光装
置において、前記各ステージを駆動させた際に水平位置
測定手段の測定値に誤差を生じさせる誤差要因を検出す
る誤差要因検出手段を具備し、制御手段は、その検出結
果を考慮してＸ−Ｙステージおよび微θステージの駆動
制御を行うものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路製造用
の露光装置に関し、特にウエハ（感光基板）を傾斜させ
て所定の露光基準面、例えば投影型露光装置におけるマ
スクパターンの投影像面と、ウエハの表面とを正確に一
致させ、かつウエハの水平回転を最小にした二次元移動
を行なう位置決め機構を有する露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造におけるリソグラ
フィ工程において、ステップ・アンド・リピート方式の
縮小投影型露光装置、所謂ステッパは中心的役割を担う
ようになっている。このステッパでは、サブ・ミクロン
程度で形成される回路の縮小線幅に対応して、投影レン
ズの解像限界を年々高める必要があり、大きい開口数
（Ｎ．Ａ．）と広い露光フィールドとを同時に満足する
要求が高まっている。しかしながら、大きい開口数
（Ｎ．Ａ．）で広い露光フィールドの投影レンズは必然
的に焦点深度が浅くなるため、ウエハ上の任意のショッ
ト領域の一部で所定の露光基準面に対する傾きが生じる
と、露光フィールド内での全面で常に正確な焦点合せを
行うことが困難になる。そこで、例えば特開平３−２４
６４１１号などに開示されている基板表面位置検出系を
用い、ウエハ上のショット領域毎に露光基準面に対する
傾きを検出する。そして、同様に特開平４−１３４２９
３号に開示されているステージ装置（ウエハステージ）
を用い、レベリングステージの所定の複数点（例えば、
３つの動作点）を駆動することによってショット領域の
傾きが零となるようにレベリングステージの傾斜角が制
御される。この結果、露光基準面、すなわち結像面とシ
ョット領域の表面とを正確に一致させることによって、
露光フィールド内で部分的な焦点ずれが生じることな
く、高解像にマスクあるいはレチクル（以下、レチクル
と呼ぶ）の回路パターンの投影像がウエハ上に露光され
る。

【０００３】上述したレベリング機構は、今後の解像限
界の高まりに対応するためには必須の機構となってきて
いる。また、ウエハ全面の情報を使ったアライメント方
法等特開昭６３−２３２３２１号により、レチクルの回
路パターンの投影像とウエハのチップの２次元位置を合
わせて高精度に露光が行なわれる。このアライメント方
法において、特にオフアクシスアライメント（投影レン
ズ光軸とアライメント系が離れている）の場合には、Ｘ
−Ｙステージが正確な格子で駆動できることがウエハの
位置合せ精度の高まりに対応するために重要である。そ
のため、プレーンミラーの回転角度を差分干渉計を用い
て計り、所望の値との差に基づいて、微θステージを制
御することによりＸ−Ｙステージの案内の精度や経時変
化、履歴等に左右されずにウエハの回転角を一定に保つ
機構が付加されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のレベリング機構および回転制御機構を有するステッパ
において、Ｘ−Ｙステージの位置を計る干渉計のビーム
とウエハの回転角を計る干渉計のビームは、走り面に平
行な面に位置するように構成された露光基準面を通るよ
うに高さと方向を合わせる必要があった。さらに、Ｘ−
Ｙステージ上にある二次元位置測定用のミラーはＸ−Ｙ
ステージの走り平面に垂直でさらに干渉計のレーザビー
ムとも垂直に合わせる必要があった。さらに、回転角を
測る２本のビームの平行を合わせる必要があった。なぜ
なら、上記のビーム合せが十分でないと、干渉計の計測
値に次のごとく誤差を生じせしめるためである。

【０００５】（１）Ｘ−Ｙ干渉計のビームが露光基準面
と高さが合ってないと、レベリングステージを例えば角
度θだけ傾けて任意のショット領域のレベリングを行な
った場合、この露光基準面の中心から干渉計ビームへの
高さずれνを要因とするショット領域の中心のＸＹ座標
に関するずれ、所謂サイン誤差ΔＳｅが生じる（ΔＳｅ
＝ν・ｓｉｎθ）。

【０００６】（２）Ｘ−Ｙ干渉計のビームがＸ−Ｙステ
ージ上のミラーに垂直に当たっていないと、レベリング
ステージを例えば角度θだけ傾けて任意のショット領域
のレベリングを行なった場合、例えば露光基準面の中心
からステージ上のミラー面までの距離がＸｍで、露光基
準面の中心から干渉計の干渉面までの距離をＬｏとした
とき、干渉計ビームとミラー面の法線のなす角βを要因
とするショット領域中心のＸＹ座標に関するずれ、所謂
コサイン誤差ΔＣｅが生じる（ΔＣｅ＝（２Ｌｏ−Ｘ
ｍ）（１−ｃｏｓ（θ＋β）））。

【０００７】（３）ウエハの回転角を一定に保つために
ミラー面の回転を計っている差分干渉計のビーム２本が
Ｘ−Ｙステージの走り面に平行な面に投影した互いのな
す角度（平行度）がκであり、ミラーとビームの直角度
がτである状態で、ＸＹステージをビーム方向（実施例
ではＹ方向）へ移動した場合、２本の差分干渉計ビーム
の平行度κとミラーとの直角度τを要因とするウエハ回
転角の計測値の実際の回転角に対する騙されΔＹｅが生
じる（ΔＹｅ＝Ｙ・（１／（ｃｏｓκ−ｔａｎ（τ＋θ
ｑ）・ｓｉｎκ）−１／Ｌ；但し、Ｌは差分干渉計ビー
ムのスパン、θｑは微θステージの駆動位置）。

【０００８】（４）ウエハの回転角を一定に保つために
ミラー面の回転を計っている差分干渉計の２本のビーム
をＹ方向の位置を検出するレーザ干渉計から照射される
レーザビームを含むＸ−Ｙステージの走り面に垂直な面
に投影した互いのなす角度（平行度）がηで、Ｘ−Ｙス
テージのＹ座標が０の時の２本のビームがミラー面を測
る点のＸ−Ｙステージの走り面からの高さの差がδであ
る状態で、レベリングステージを例えば角度θだけ傾け
て任意のショット領域のレベリングを行なった場合、２
本の差分干渉計の高さの差δと平行度ηを要因とする、
ウエハ回転角の計測値の実際の回転角に対する騙され
（所謂サイン誤差）ΔＨｅが生じる（ΔＨｅ＝（δ＋Ｙ
・ｔａｎη）・ｓｉｎθ／Ｌ；但し、Ｌは差分干渉計ビ
ームのスパン）。

【０００９】したがって例えば、ウエハの傾斜角θを±
１秒（３００ｐｐｍ）、高さずれνを０．５ｍｍ、｜２
Ｌｏ−Ｘｍ｜を８００ｍｍ、βを１０００ｐｐｍ、δを
０．５ｍｍ、τを１０００ｐｐｍ、κを１０００ｐｐ
ｍ、ηを１０００ｐｐｍ、Ｙは２００ｍｍ、Ｌは７０ｍ
ｍとすると、ΔＳｅ＝０．１５０μｍ、ΔＣｅ＝０．２
７６μｍ、ΔＹｅ＝４．２９ｐｐｍ、ΔＨｅ＝２．１４
ｐｐｍの誤差が生じる。これらの誤差を合わせたずれ量
はこの種のウエハステージに要求される位置決め精度
（０．０２μｍ、０．１ｐｐｍ）に対して大き過ぎる。
しかし、これらの誤差を補正するためには各ショット領
域でレベリングを行なった後に再びレチクルの回路パタ
ーンの投影像とウエハ上に既に形成されている回路パタ
ーンとのアライメントを行なわなければならず、スルー
プットが低下してしまうという問題点があった。また、
これらの要因を調整によって完全に取り除くことは極め
て困難で、かつ製作上熟練した工数を多く要する作業で
あり、ステッパのコストの増大を招くという問題があっ
た。

【００１０】また、レベリング機構の動作によってミラ
ーが動かないように、ミラーをＸＹステージに直接設け
てレベリング機構をその内側に配置し、機械的に発生す
る誤差を少なくするように駆動するステージも提案され
ているが、ステッパに要求される精度が厳しくなるにつ
れて、レベリング機構の動作による他成分が観測されな
いので、長期的に高い精度を維持するのは困難という問
題がある。

【００１１】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、露光基準面とＸ−Ｙ干渉計ビームおよび差動干渉計
ビームとの間の調整をラフに行なって、誤差要因が残留
しても、ウエハステージの位置決め精度、スループット
等を低下させることなく長期的に安定に高精度の位置合
せと露光を行うことができるステッパタイプの露光装置
を得ることを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明では、パターンが形成された原版を照明してその
パターンの像を、所定の露光基準面例えばパターン像の
結像面に表面を一致させた感光基板上に露光転写する光
学手段と、露光基準面に対する感光基板表面の距離と傾
きを検出する基板表面位置検出手段と、感光基板を保持
する基板保持手段と、基板保持手段を露光基準面にほぼ
平行にＸおよびＹ方向に移動させるＸ−Ｙステージと、
基板保持手段を露光基準面に対して任意方向に傾斜させ
るレベリングステージと、基板保持手段を露光基準面に
略垂直な前記光学手段の光軸の回りのθ方向に回転させ
る微θステージと、基板保持手段に固定された反射平面
およびその反射平面位置を計測するレーザ干渉計により
基板保持手段のＸ，Ｙ，θ位置を測定する水平位置測定
手段と、基板表面位置検出手段および水平位置測定手段
の出力に基づいて前記各ステージを駆動させて位置決め
し、感光基板の表面と露光基準面とを一致させてから、
原版のパターン像を前記光学手段により感光基板上に露
光転写する駆動制御手段とを備えた露光装置において、
前記各ステージを駆動させた際に水平位置測定手段の測
定値に誤差を生じさせる誤差要因を検出する誤差要因検
出手段を具備し、制御手段は、その検出結果を考慮して
Ｘ−Ｙステージおよび微θステージの駆動制御を行うよ
うにしている。

【００１３】誤差要因検出手段は、例えば、感光基板の
Ｘ，Ｙ方向へのずれ量を検出するずれ量検出手段を備
え、これにより、各ステージを一定量駆動させた際のず
れ量を検出することによって誤差要因を検出するもので
ある。

【００１４】誤差要因検出手段は、例えば、基板保持手
段に対して位置が固定され相互に離れた３ケ所以上に設
けられた複数のマークを検出することによって誤差要因
を検出するものである。複数のマークは、例えば、ベー
スライン計測用フォトクロミックプレートの表面に露光
により形成されたものである。

【００１５】ずれ量検出手段は、例えば、光学手段の露
光光軸から離れた異なる位置に配置されている。ずれ検
出手段として、原版、感光基板間のアライメント検出系
を用いることができる。

【００１６】

【作用】この構成において、図４〜６に示すように、水
平位置測定手段における測定軸Ｌｘ，Ｌｙの露光基準面
からのＺ方向距離νｘ，νｙ、測定軸Ｌｘ，Ｌｙが反射
平面ＭＸ，ＭＹの法線となす角βｘ，βｙ、差分干渉計
ＬＺＱのビームのＸＹ平面に対する平行度κ、および反
射平面との直角度τ、Ｘ−ＹステージのＹ座標が０の時
の差分干渉計ＬＺＱの２本のビームが反射平面を測る点
のＸ−Ｙステージの走り面からの高さの差δ、ならびに
差分干渉計ＬＺＱの２本のビームをＬＺＹを含むＸ−Ｙ
ステージの走り面に垂直な面に投影した時の互いのなす
角度（平行度）等の誤差要因により、各ステージを移動
させた場合、水平位置測定手段の測定値に誤差を生じ
る。しかし、これら誤差要因が検出され、その検出結果
を考慮してＸ−Ｙステージおよび微θステージの駆動制
御が行われるため、誤差要因にかかわらず、常に正確な
Ｘ−Ｙステージおよび微θステージの位置決めが行われ
る。

【００１７】したがって、露光基準面と、水平位置測定
手段の干渉計あるいは差動干渉計との間の位置調整をラ
フに行なって誤差要因が残留しても、残留する誤差要因
に基づき、Ｘ，Ｙ，θ方向への補正値を計算して、目標
との誤差が最小となるようにＸ−Ｙおよび微θステージ
を駆動することにより、レベリング動作に伴って発生す
るｓｉｎ誤差やｃｏｓ誤差を合わせた横ずれ量や回転誤
差が、所定の許容値（計測系の分解能）以下、すなわち
レーザ干渉計の分解能（０．００５μｍ、０．０７ｐｐ
ｍ）以下とされる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳述する。図１は本発明の一実施例による制御機構を
備えたステッパの概略的な構成を示す図、図２は図１の
装置におけるウエハステージの干渉計の概略的な配置を
示す図である。図２において、ウエハＷのＸＹ移動平面
（座標系ＸＹ）に対して垂直な光軸を有するテレセント
リックな投影レンズＬＺは、レチクル（不図示）に描か
れた回路パターンの投影像を、装置上の予め定められた
露光基準面、すなわち結像面ＩＭに形成する。露光すべ
きウエハＷは投影レンズＬＺの光軸ＡＸ回りに回転する
微θステージＦＱにより、ウエハホルダＷＨを介して保
持される。ウエハＷの表面の結像面ＩＭからの距離と傾
斜を測る基板表面位置検出系ＦＤが投影レンズＬＺ側に
設けられている。微θステージＦＱは、結像面ＩＭに対
して任意方向に傾斜可能なレベリングステージＬＢ上に
設けられ、さらにレベリングステージＬＢは、結像面Ｉ
Ｍに沿ってＸＹ方向に移動するＸ−ＹステージＸＹ上に
設けられている。

【００１９】また、微θステージＦＱの端部にはＸ方向
の位置を検出するレーザ干渉計ＬＺＸ用の平面鏡ＭＸ
と、Ｙ方向の位置を検出するレーザ干渉計ＬＺＹおよび
微θステージの回転角度を検出する差分レーザ干渉計Ｌ
ＺＱ用の平面鏡ＭＹとが設けられている。このレーザ干
渉計ＬＺＸ，ＬＺＹから照射されるレーザビームの中心
線がそれぞれＸ，Ｙ方向の測定軸Ｌｘ，Ｌｙであり、こ
の測定軸Ｌｘ，Ｌｙは点Ｑで交差すると共に、この点Ｑ
を光軸ＡＸが通るように調整するように定められてい
る。微θステージＦＱの回転中心は光軸ＡＸとは一致し
ないので、微θステージＦＱを回転させると、測定軸Ｌ
ｘ，Ｌｙに回転量と光軸ＡＸからウエハセンタＷＣまで
の距離に比例した変位が現れる。Ｘ−ＹステージＸＹ
は、その変位分をもとの位置に戻すため、微θステージ
ＦＱを回転させると結果的に光軸ＡＸを中心とした回転
がウエハに与えられることになる。

【００２０】なお、図２、図３ともウエハＷの中心点
（ウエハセンタＷＣ）を点Ｑに合わせた時の状態を示
し、ウエハＷにはＴＴＶによってｔだけの厚みむらがあ
るものとする。このとき、図４に示すような、測定軸Ｌ
ｘ，Ｌｙの露光基準面ＩＭからの投影レンズ光軸方向の
距離νｘ，νｙ、および測定軸Ｌｘ，Ｌｙが平面鏡Ｍ
Ｘ，ＭＹの法線となす角βｘ，βｙと、図５に示すよう
な、差分干渉計ＬＺＱのビームの平行度κ、および差分
干渉計ビームのミラーＭＹとの直角度τと、図６に示す
ような、Ｘ−ＹステージのＹ座標が０の時の２本のビー
ムがミラー面を測る点のＸ−Ｙステージの走り面からの
高さの差δ、および差分干渉計の２本のビームをレーザ
干渉計ＬＹＺから照射されるレーザビームを含むＸ−Ｙ
ステージの走り面に垂直な面に投影した時の互いのなす
角度（平行度）ηとによって誤差が発生してしまう。そ
こで、あらかじめこれらの誤差要因によって発生する誤
差を計測し、誤差要因の大きさを計算しておく。

【００２１】以下に誤差要因の測定方法について述べ
る。まず、ウエハホルダＷＨに、アライメント検出系Ａ
Ａによって横ずれ量が検出可能な、図９に示すようなマ
ークの形成されたウエハＷを保持させ、このマークを、
アライメント検出系ＡＡの検出範囲内に位置するよう
に、Ｘ−ＹステージＸＹを駆動する。このとき、ウエハ
Ｗの厚さ変動によって露光基準面（結像面）ＩＭとウエ
ハＷの表面との間に距離および傾きのずれが生じ得る。
そこで、主制御装置ＭＣは表面位置検出系ＦＤを用い、
この表面位置検出系ＦＤの検出信号がゼロとなるように
レベリングステージＬＢを駆動し、ウエハＷの表面を結
像面ＩＭと一致させる。このとき、マークの横ずれ量を
アライメント検出系ＡＡによって測っておく。この状態
からレベリングステージＬＢを、Ｘ軸とＹ軸にそれぞれ
θｘ，θｙだけ傾斜させ、再度マークの横ずれ量をアラ
イメント検出系ＡＡによって測り、傾斜前からの傾斜後
の横ずれΔＬＺＸ，ΔＬＺＹを求める。その量は以下の
式によって表される。

【００２２】ΔＬＺＸ＝νｘ・ sinθｘ＋（２Ｌｏｘ−
Ｘｍ）（１− cos（θｘ＋βｘ）） ΔＬＺＹ＝νｙ・ sinθｙ＋（２Ｌｏｙ−Ｙｍ）（１−
cos（θｙ＋βｙ）） 横ずれ量ΔＬＺＸ，ΔＬＺＹは、レベリングステージＬ
Ｂの傾斜量θと、Ｘ−Ｙステージの位置ｘに依存する。
ここで、傾斜量θは十分小さいとして線形近似を行う
と、横ずれ量ΔＬＺＸは ΔＬＺＸ≒νｘ・θｘ＋（２Ｌｏｘ−Ｘｍ）（βｘ＋θｘ）＾２／２ ≒νｘ・θｘ＋（Ｌｏｘ−Ｘｍ／２）（βｘ＾２＋θｘ＾２＋２・β ｘ・θｘ） ＝（νｘ＋２・Ｌｏｘ・βｘ）・θｘ−Ｘｍ・βｘ・θｘ＋Ｌｏｘ・ （βｘ＾２＋θｘ＾２） ≒νｘ′・θｘ−Ｘｍ・βｘ・θｘ となる。ここで、νｘ′＝νｘ＋２・Ｌｏｘ・βｘと
し、２乗の項は無視する。ΔＬＺＹも同様に近似でき
る。よって、Ｘ−Ｙステージ位置を複数点選び、その位
置でのレベリングステージ駆動による横ずれ量を求め、
ステージ位置とレベリングステージ傾斜量の２次元の最
小自乗近似を行ない、νｘ，βｘ，νｙ，βｙを求め
る。

【００２３】回転量の誤差要因を求めるには２通りの方
法がある。第１の方法は、アライメント系がレチクル上
の２つのマークに対応したマークをＸ−Ｙステージを動
かさずに同時に測れる場合に適用できるものである。つ
まり、マークの回転量を直接測れるアライメント系、例
えば左右のマークが測れるＴＴＬアライメント系なら
ば、Ｘ−Ｙステージの位置を複数点に駆動してその時の
マークの回転量を測ることにより、誤差要因を求めるこ
とができる。あらかじめ回転を極力抑えたマークの回転
を測ることで、ステージの回転誤差を測る方法である。

【００２４】第２の方法は、アライメント系がレチクル
上の２つのマークに対応した２つのマークをＸ−Ｙステ
ージを動かさないと測れない場合に適用できる。但し、
この場合、レチクル上の２つのマークをアライメント系
が同時に測れる範囲に露光し、その像を測ることによっ
て間接的にステージの回転量を測る。露光対象がレジス
トの場合は、現像する必要がある。フォトクロミック材
料が塗布された露光対象の場合は、すみやかに残像を測
る。この場合は回転を抑えたマークの入ったウエハを用
意する必要はない。

【００２５】回転量ΔＬＺＱは、レベリングステージＬ
Ｂの傾斜量θｙとＸ−ＹステージＸＹの位置Ｙと、微θ
ステージＦＱの位置θｑに依存し、次式で表される。 ΔＬＺＱ＝（（δ＋Ｙ・ tanη）・ sinθｙ＋Ｙ・（１
／（ cosκ− tan（τ＋θｑ）・ sinκ）−１））／Ｌ ΔＬＺＱはアライメント検出系ＡＡが２つのマークを計
測した時の、２つのマークのずれ量の差から求められる
ウエハの回転量である。ここで、差分干渉計の２本のビ
ームの互いのなす角度（平行度）κと、ミラーとビーム
の直角度τが共に線形近似するのに十分小さいとして線
形近似を行なうと、上式は ΔＬＺＱ＝（δ＋η・Ｙ）／Ｌ・θｙ＋Ｙ・（κ・κ／
２＋（τ＋θｑ）κ）／Ｌ の形になる。よって、Ｘ−ＹステージＸＹの移動後、微
θステージＦＱを動かさずにレベリングステージＬＢの
傾斜量θｙを動かした時の回転量から、δが求められ
る。また、Ｘ−ＹステージＸＹのＹ座標を複数点選び、
Ｙ座標に対するθｙによる回転量の変化からηが求めら
れる。

【００２６】また、レベリングステージＬＢの傾斜を変
えずに、Ｘ−Ｙステージ位置（本実施例ではＹ）と微θ
ステージ位置θｑを複数点選び、その位置での回転量を
求め、その量からκとτを求める。

【００２７】このようにして求めた誤差発生要因νｘ，
νｙ，βｘ，βｙ，δ，κ，τ，ηを主制御装置ＭＣに
入力しておき、露光に際しては、主制御装置ＭＣは、ま
ず、露光すべきウエハＷをウエハ・ホルダＷＨに真空吸
着する。そして、ウエハＷの表面にすでに形成された回
路パターンにおける数点の横ずれ量を、アライメント検
出系ＡＡによってＸ−ＹステージＸＹを駆動しながら計
測し、ウエハ全体の横ずれ情報を得る。このとき、ウエ
ハＷの厚さ変動によって、図４に示したように露光基準
面とウエハＷの表面との間に距離νおよび傾きθのずれ
が生じ得る。そこで、主制御装置ＭＣは表面位置検出系
ＦＤを用い、この表面位置検出系ＦＤの検出信号がゼロ
となるようにレベリングステージＬＢを駆動し、ウエハ
Ｗの表面を結像面ＩＭと一致させる。この時のリベリン
グステージＬＢの駆動角度θｘ，θｙや、ウエハ全体の
横ずれ情報から求めたＸ−Ｙステージ位置、微θステー
ジ位置に基づいてＬＺＸ，ＬＺＹおよびＬＺＱの誤差を
計算し、Ｘ−Ｙステージと微θステージの駆動位置を指
令する。以上の動作をウエハ上のすべての露光領域につ
いて順次行なっていく。

【００２８】誤差の計算式を以下に示す。精度によって
は近似式が適用できる。 ΔＬＺＸ＝νｘ・ sinθｘ＋（２Ｌｏｘ−Ｘｍ）（１−
cos（θｘ＋βｘ））≒νｘ′・θｘ−Ｘｍ・θｘ・β
ｘ ΔＬＺＹ＝νｙ・ sinθｙ＋（２Ｌｏｙ−Ｙｍ）（１−
cos（θｙ＋βｙ））≒νｙ′・θｙ−Ｙｍ・θｙ・β
ｙ ΔＬＺＱ＝（（δ＋Ｙ・ tanη）・ sinθｙ＋Ｙ・（１
／（ cosκ− tan（τ＋θｑ）・ sinκ）−１））／Ｌ
≒（δ＋Ｙ・η）／Ｌ・θｙ＋Ｙ・（κ・κ／２＋（τ
＋θｑ）κ）／Ｌ なお、ここでは正確にパターニングされたウエハを用い
て誤差要因を求めているが、この代わりに、図１０に示
すように、ウエハステージやウエハホルダ上にあらかじ
め設けられた複数の正確なマークをアライメント検出手
段により検出することにより求めるようにしてもよい。
このようにすれば、任意の時点で誤差要因の測定が可能
となる。

【００２９】また、投影レンズ光軸とアライメント検出
系の間の距離、いわゆるベースラインを測るために、図
１１に示すように、フォトクロミック材料ＰＨを塗布し
た感光面をウエハステージやウエハホルダに配置した露
光装置が提案されている。この材料は露光されたパター
ンやマークをある時間残像する特性がある。これが配置
されている装置であれば、あらかじめパターニングされ
たウエハを用意する必要はなく、５つの誤差要因をすべ
て測ることができる。

【００３０】さらに、図７に示すように、通常のレジス
トが塗布されたウエハに対して、レベリングステージの
傾きを固定して焼いた露光と、レベリングステージを強
制的に傾けた露光との再現性をバーニヤを重ねて求め、
そのデータからステージ位置とレベリングステージ傾斜
量の２次元の最小自乗近似を行ない、νｘ，βｘ，ν
ｙ，βｙを求めてもよい。

【００３１】同様に、図８に示すように、通常のレジス
トが塗布されたウエハに対して、隣接ショットの重ね焼
きを行ない、その回転データから、κとτを求めるよう
にしてもよい。

【００３２】オフアクシス方式のアライメント系の場合
は、誤差要因δとηをさらに精度良く求めることができ
る。ＴＴＬアライメント系ではレチクル上の２つのマー
クに対応したスパンに現れる差で回転量を測るが、オフ
アクシス方式の場合、１つのマークのみを測ることでも
回転量が測れる。なぜなら、微θステージは投影レンズ
光軸を中心に回転するからである。アライメント系の分
解能が一定とすると、図１２に示すように、通常、オフ
アクシスのアライメント系ＯＡの光軸ＡＸからの距離
（ベースライン）は、ＴＴＬアライメント系ＴＡのマー
クスパンよりも大きいため、回転量ΔＬＺＱの分解能は
オフアクシス方式の方がより高くなる。

【００３３】なお、誤差要因を求めるための偏微分方程
式を数１式に示す。

【００３４】

【数１】

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、露
光基準面とＸ−Ｙ干渉計ビームや差動干渉計ビームとの
間の位置調整をラフに行なって誤差要因が残留しても、
ｓｉｎ誤差、ｃｏｓ誤差を合わせた横ずれ量と、回転誤
差を、所定の許容値（計測系の分解能）以下に抑え、ア
ライメント光学系による検出なしに、感光基板を各露光
位置に対し正確に位置決めすることができ、スループッ
トを向上させることができる。さらに、誤差要因が経時
変化しても、誤差要因を再計測するだけで、装置の調整
をすることなしに高い精度を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による制御機構を備えたス
テッパの概略的な構成図である。

【図２】 図１の装置におけるウエハステージ周りの概
略的な構成を示す側面図である。

【図３】 図２の平面図である。

【図４】 サイン誤差、コサイン誤差の要因を示す説明
図である。

【図５】 回転誤差の要因を示す説明図である。

【図６】 他の回転誤差の要因を示す説明図である。

【図７】 本発明における誤差要因を求める他の方法に
おいて、ウエハを強制的に傾けた時の再現性を示す模式
図である。

【図８】 本発明における誤差要因を求めるさらに他の
方法において、隣接ショット重ね焼きの状態を示す模式
図である。

【図９】 図１の装置で用い得る、パターニングされた
マークの入ったウエハを示す平面図である。

【図１０】 本発明における、誤差要因を求めるための
マークの他の例として、ステージ上に設けられた複数の
マークを示す平面図である。

【図１１】 本発明における、誤差要因を求めるための
マークの他の例として、ウエハホルダ上に設けられたフ
ォトクロミック材料が塗布された複数の感光面に露光さ
れたマークの残像を示す平面図である。

【図１２】 本発明においてオフアクシスのアライメン
ト検出系でウエハ回転を測る状態を示す説明図である。

【符号の説明】

ＭＣ：主制御装置、ＸＹ：Ｘ−Ｙステージ、ＬＢ：レベ
リングステージ、ＦＱ：微θステージ、ＷＨ：ウエハホ
ルダ、Ｗ：ウエハ、ＬＺ：投影レンズ、ＡＸ：投影レン
ズ光軸、ＩＭ：結像面、ＦＤ：基板表面位置検出系、Ｍ
Ｘ，ＭＹ：平面ミラー、Ｑ：微θステージ回転中心、Ｌ
ＺＸ，ＬＺＹ，ＬＺＱ，ＬＺ：レーザ干渉計、Ｌｘ，Ｌ
ｙ：測定軸。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パターンが形成された原版を照明してそ
   のパターンの像を、所定の露光基準面に表面を一致させ
   た感光基板上に露光転写する光学手段と、露光基準面に
   対する感光基板表面の距離と傾きを検出する基板表面位
   置検出手段と、感光基板を保持する基板保持手段と、基
   板保持手段を露光基準面にほぼ平行にＸおよびＹ方向に
   移動させるＸ−Ｙステージと、基板保持手段を露光基準
   面に対して任意方向に傾斜させるレベリングステージ
   と、基板保持手段を露光基準面に略垂直な前記光学手段
   の光軸の回りのθ方向に回転させる微θステージと、基
   板保持手段に固定された反射平面およびその反射平面位
   置を計測するレーザ干渉計により基板保持手段のＸ，
   Ｙ，θ位置を測定する水平位置測定手段と、基板表面位
   置検出手段および水平位置測定手段の出力に基づいて前
   記各ステージを駆動させて位置決めし、感光基板の表面
   と露光基準面とを一致させてから、原版のパターン像を
   前記光学手段により感光基板上に露光転写する駆動制御
   手段とを備えた露光装置において、前記各ステージを駆
   動させた際に水平位置測定手段の測定値に誤差を生じさ
   せる誤差要因を検出する誤差要因検出手段を具備し、制
   御手段は、その検出結果を考慮してＸ−Ｙステージおよ
   び微θステージの駆動制御を行うものであることを特徴
   とする露光装置。
2. 【請求項２】 誤差要因検出手段は、感光基板のＸ，Ｙ
   方向へのずれ量を検出するずれ量検出手段を備え、これ
   により、各ステージを一定量駆動させた際のずれ量を検
   出することによって誤差要因を検出するものであること
   を特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 【請求項３】 誤差要因検出手段は、基板保持手段に対
   して位置が固定され相互に離れた３ケ所以上に設けられ
   た複数のマークを検出することによって誤差要因を検出
   するものであることを特徴とする請求項２記載の露光装
   置。
4. 【請求項４】 複数のマークは、ベースライン計測用フ
   ォトクロミックプレートの表面に露光により形成された
   ものであることを特徴とする請求項３記載の露光装置。
5. 【請求項５】 ずれ量検出手段は、光学手段の露光光軸
   から離れた異なる位置に配置されていることを特徴とす
   る請求項２記載の露光装置。