JPS62150106A - 位置検出装置 - 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） 本発明は半導体素子を製造するためのウェハステッパー
又は一括露光用のフォトマスクを製造するためのフォト
リピータ等として使われる露光装置に適したマスク（レ
チクル）、又はウェハの位置検出装置に関する。

（発明の背景） 近年、半導体素子（特にＶＬＳ　Ｉ）の集積度、微細化
の向上は目ざましく、これを製造するための露光装置に
要求される機能、精度もそれに伴って年々厳しくなって
きている。特に縮小（又は等倍〉投影型露光装置は、レ
チクルと呼ばれる原版に形成された回路パターンの像を
投影レンズによって感光基板（フォトレジストを塗布し
たウェハ）上の局所領域に結像させて露光するものであ
る。

この場合、１回の露光で転写し得る像の面積がウェハ全
面の大きさに対して小さいときは、ウェハを載置して２
次元移動するウェハステージを設け、このウェハステー
ジをステップ・アンド・リピート方式で移動させてレチ
クルの回路パターン像の転写を行なう。一般に半導体素
子の製造においては、ウェハ上に数層〜十数層のパター
ンを正確に重ね合わせて露光することが行なわれるが、
上記ステップ・アンド・リピート方式ではウェハ上の露
光すべき領域毎に回路パターン像との相対的な位置合わ
せが達成されるので、ウェハ全面に渡って均一な重ね合
わせ精度が得られる。この際、ウェハ上にすでに形成さ
れた回路パターンと、レチクルの回路パターン像とのス
テッピング後の位置合わせは、ウェハステージの位置を
高分解能（例えば０．０２μｍ）のレーザ光波干渉測長
器（レーザ干渉計）によって検出している場合は、その
ウェハステージの位置を微動させて行なうことができる
。あるいはステッピング後、レチクルを保持したレチク
ルステージの位置を微動することによって位置合わせで
きる。いずれの方式であってもウェハステージ側のレー
ザ干渉計によって規定された直交座標系のＸ軸方向とｙ
軸方向とには干渉計の分解能程度で位置合わせされるが
、特にレチクルを微動させる方式ではレチクルを微小回
転させることにより、ウェハ上の露光領域と回路パター
ン像との相対的な回転誤差をも露光ショット毎に高精度
に補正することができる。

レチクルステージの微動は、レチクル上のアライメント
マークとウェハ上のアライメントマークとの相対的なず
れ量を検出し、そのずれ量分だけレチクルステージを動
かす、所謂オープン制御方式と、相対的なずれ量に応じ
た信号に基づいてレチクルステージをサーボ駆動させる
、所謂クローズ制御方式とに大別できる。いずれの場合
もレチクルステージの位置を読み取るセンサーが必要で
はあるが、特にオープン制御の場合は高精度なセンサー
が必須になる。このセンサーとしてウェハステージの位
置検出と同様にレーザ干渉計を用いることが考えられる
。この場合ウェハステージと同様にレチクルステージの
上にＸ方向とＸ方向とに反射面が伸びた移動鏡を配置す
れば、ただちに高精度なレチクルステージの位置検出が
可能になる。

ところがこの方法ではレチクルステージが微小回転して
しまうと、干渉計のレーザ光束が所定の光路を戻らな（
なり、位置検出が不可能となってしまう。そこでレチク
ルステージの構造に工夫を加えて、Ｘ方向とＸ方向のみ
に平行移動するＸＹステージ上に、微小回転するθテー
ブルを設け、このθテーブルにレチクルを載置し、ＸＹ
ステージの位置は干渉計で計測し、θテーブルの回転量
は別のロータリーエンコンダ等で計測するという方法も
考えられる。しかしながらこのような構成はＸＹステー
ジとθテーブルとが必要で構造が複雑になる。またθテ
ーブルの回転量はあくまでもＸＹステージを基準にして
計測されるだけであり、装置の絶対座標系に対する回転
量ではない。このためＸＹステージそのものが絶対系に
対して微小量回転してしまっても、その回転を検出する
ことは不可能である。

（発明の目的） 本発明は上記欠点を解決し、レチクル等の基板の絶対系
における位置を回転も含めて光波干渉計で検出できるよ
うにした位置検出装置を得ることを目的とする。

（発明の概要） 上記目的を達成するための本発明の構成は以下の通りで
ある。基板（レチクルＲ又はマスク）を保持して直交座
標系（ＸＡ、ＹＡ）内で回転を含めて２次元移動させる
ステージ（レチクルステージ１又はθテーブル）と一体
に移動するような可動反射部材（直角ミラー２１：２３
：２５）を設ける。この可動反射部材には座標平面に対
して垂直な２つの反射面（２１ａ、２１ｂ：２３ａ、２
３ｂ：２５ａ、２５ｂ）が形成され、その２つの反射面
は直角になるように形成されている。そしてこの可動反
射部材の一方の反射面と、装置に固定された固定鏡（２
７：２８：４１）とにコヒーレントな平行光束（レーザ
光束ＬＢ、　、ＬＢ、、Ｌ　Ｂ　３　）を入射させる送
光光学系（レーザ光源１８、ビームスプリッタ３０．３
１．４２、ミラー２６．３２．３３．３４）を配置し、
可動反射部、材の他方の反射面から射出した光束を反射
させて、再び可動反射部材の２つの反射面を介して送光
光学系の方に戻す基準反射部材（ビームスプリッタ２０
：２２：２４の一部に形成された反射面２＋ｂ：２２ｂ
：２４ｂ）と、この基準反射部材から可動反射部材を介
して戻ってくる光束と、固定鏡から戻ってくる光束とを
同一の光路に合成して干渉させるための合成光学系（ビ
ームスプリッタ２０　：　２２　：　２４のスプリット
面２０ａ　：　２２ａ　：２４ａ）とを設ける。

そして合成光学系からの射出光束を干渉計レシーバで受
けることによって、可動反射部材の２つの反射面の交点
（θ＋　　：　Ｙ＋　　：　Ｘ＋　）の位置変化を、可
動反射部材に入射する平行光束の光軸方向のみについて
検出し得るように構成した。

（実　施　例） 第２図は本発明の第１の実施例による投影型露光装置の
概略的な構成を示す斜視図である。

第２図においては光波干渉測長器（以下干渉計と呼ぶ）
に必要な基本的な系のみを示す。レチクルステージ１は
レチクルＲを所定の直交座標系ＸＡ、ＹＡ内に平行に載
置し、２次元的（Ｘ方向、Ｙ方向、及び回転方向）に移
動する。レチクルＲ上の回路パターン等は不図示の照明
光学系からの照明光で照射され、そのパターンは投影レ
ンズ２によってウェハＷ上に結像投影される。ウェハＷ
はウェハステージ３に載置され、直交座標系ＸＡ。

ＹＡ内で２次元的に移動される。

ウェハステージ３上の２辺には反射面がＸ方向に伸びた
移動鏡４ａと、反射面がＹ方向に伸びた移動鏡４ｂとが
固定されている。レーザ光源５からの平行なレーザ光束
は２つに分割された後、それぞれビームスプリッタ６．
７に入射する。ビームスプリッタ６ではレーザ光束を２
つに分け、一方は移動鏡４ａの反射面に垂直に入射し、
他方のレーザ光束は投影レンズ２の鏡筒の下端部（ウェ
ハステージ３に近い位置）に固定された固定鏡８の反射
面に垂直に入射する。移動鏡４ａからの反射光束と固定
鏡８からの反射光束とは再びビームスプリッタ６に入射
し、その２つの反射光束は同軸に合成され干渉計のレシ
ーバ９に入射する。レシーバ９は干渉縞の変化を光電検
出するものである。同様にビームスプリッタ７ではレー
ザ光束を２つに分け、一方は移動鏡４ｂの反射面に垂直
に入射し、他方のレーザ光束は投影レンズ２の鏡筒の下
端部に固定された固定鏡１０の反射面に垂直に入射する
。移動鏡４ｂからの反射光束と固定鏡１０からの反射光
束とは再びビームスプリンタフに入射し、その２つの反
射光束は同軸に合成され干渉計のレシーバ１１に入射す
る。レシーバ９はステージ３のＹＡ方向の位置変化を検
出するものであり、その測定軸（例えばレーザ光束の中
心線）は投影レンズ２の光軸ＡＸと直交するように配置
される。またレシーバ１１はステージ３のＸＡ力方向位
置変化を検出するものであり、その測定軸も同様に光軸
ＡＸと直交するように配置される。

さらにその２つの測定軸を含む平面が投影レンズ２の投
影結像面とほぼ一致するように配置されている。２つの
測定軸は光軸ＡＸ上で直交し、座標系ＸＡ、ＹＡを構成
する。

一方、レチクルステージ１の２次元的な位置（回転も含
む）もレーザ干渉計によって検出される。

レーザ光源１８からの平行なレーザ光束は、まず２つに
分割され、その一方のレーザ光束はビームスプリッタ２
０に入射し、他方のレーザ光束はさらに２つに分割され
る。その分割された一方のレーザ光束はビームスプリッ
タ２２に入射し、他方のレーザ光束は所定の光路引き回
しが行なわれてビームスブリフタ２４に入射する。ビー
ムスプリツタ２０に入射したレーザ光束は２つに分けら
れ、一方のレーザ光束はレチクルステージｌに固定され
た直角ミラー２１に入射し、他方のレーザ光束はプリズ
ムミラー２６で光軸ＡＸと平行に反射された後、再び水
平に折り曲げられて、投影レンズ２の鏡筒の上端部（レ
チクルステージ１に近い位置）に設けられ固定鏡２７の
反射面に垂直に入射する。またビームスプリッタ２２に
入射したレーザ光束は２つに分けられ、一方のレーザ光
束はレチクルステージ１に固定された直角ミラー２３に
入射し、他方のレーザ光束はプリズムミラー２６で光軸
ＡＸと平行に反射された後、再び水平に折り曲げられて
固定鏡２７の反射面に垂直に入射する。さらにビームス
プリッタ２４に入射したレーザ光束も２つに分けられ、
一方のレーザ光束はレチクルステージ１に固定された直
角ミラー２５に入射し、他方のレーザ光束は光軸ＡＸと
平行になるように折り曲げられた後、水平に折り曲げら
れてから、鏡筒の上端部に固定された固定鏡２８の反射
面に垂直に入射する。尚、固定鏡２７の反射面と固定鏡
２８の反射面とは互いに直交するように定められ、固定
鏡２７の反射面は座標系ＸＡ、ＹＡのＸＡ軸と光軸ＡＸ
とを含む平面と平行であり、固定鏡２８の反射面はＹＡ
軸と光軸ＡＸとを含む平面と平行である。

ここで第１図を用いてレチクルステージ１の回りの干渉
計の構成についてさらに詳細に説明する。

第１図において干渉に必要な１／４波長板等は省略しで
ある。第１図はレチクルＲがレチクルステージ１上に微
小回転して載置された状態を示し、レチクルステージ１
は直交座標系ＸＡ、ＹＡ内において回転していないもの
とする。第１図において３０．３１はビームスプリフタ
であり、３２．３３．３４はミラーであり、そして３６
．３７．３８はそれぞれ干渉計用のレシーバ（光電検出
部）である。ここでレチクルステージ１の中心点をＯ８
とすると、レチクルステージ１がＸＡ力方向ＹＡ力方向
に関してニュートラル位置にあるとき、中心点Ｏ８に光
軸ＡＸが通るように定められている。また第１図中でレ
チクルＲ上の２ケ所にはアライメント用のマークＲ＋、
Ｒｚが既知の間隔で設けられている。このマークＲ，、
Ｒ２に対応したマークＷ、　、Ｗ、はウェハＷ上の１つ
の被露光領域内に設けられたものであり、投影レンズ２
を介してレチクルＲ側に逆投影されているものとする。

さてビームスプリッタ３０で反射されたレーザ光束ＬＢ
、は、ウェハステージ３側の干渉計の測定軸によって規
定された座標系ＸＡ、ＹＡＯＹＡ軸と平行に合成光学系
としてのビームスプリンタ２０のスプリット面２０ａに
入射する。スプリット面２０ａを透過したレーザ光束は
直角ミラー２１の第１反射面２１ａでほぼ直角に反射さ
れた後、第２反射面２１ｂでさらに反射され、ビームス
プリッタ２０の一部に形成された反射面２０ｂに入射す
る。その反射面２０ｂはレーザ光束ＬＢ、と垂直に交わ
るように配置されている。また直角ミラー２１の第１反
射面２１ａと第２反射面２１ｂとの成す角度は正確に９
０’に形成され、所謂コーナレフレクタ−が構成される
。この反射面２１ａと２１ｂの交わる位置はＯ１に定め
られている。

従ってビームスプリッタ２０からのレーザ光束は、レチ
クルステージ１の回転変位による直角ミラー２１の微小
回転にかかＡ、反射面２０ｂに垂直入射し、元の光路を
戻ることになる。そして反射面２０ｂ、２１ｂ、２１ａ
の順に反射して戻ってきたレーザ光束は、ビームスプリ
ッタ２０のスプリット面２０ａで反射されてレシーバ３
６に入射する。一方レーザ光束はＬＢ、のうちスプリン
ト面２０ａで反射されたレーザ光束は、ビームスプリッ
タ２０の内を進み、第２図に示したようなプリズムミラ
ー２６を介して固定鏡２７に入射し、ここで反射されて
再びプリズムミラー２６に戻り、ビームスプリッタ２０
のスプリット面２０ａを透過してレシーバ３６に入射す
る。このようにレシーバ３６にはレチクルステージ１に
固定された可動反射部材としての直角ミラー２１からの
戻り光束と固定鏡２７からの戻り光束とが同軸に合成さ
れて入射するので、レシーバ３６内の受光面には干渉縞
が生じ、それは直角ミラー２１の移動に伴って明滅する
。このレシーバ３６によって検出される測長量は位置θ
１のレーザ光束ＬＢ、の送光軸方向、すなわち座標系Ｘ
Ａ、ＹＡＯＹＡ軸方向のみの移動動量である。

同様に、ビームスプリンタ３１で反射されたレーザ光束
ＬＢ、はビームスプリンタ２２のスプリット面２２ａを
透過した後、直角ミラー２３の第１反射面２３ａと第２
反射面２３ｂとで反射され、ビームスプリッタ２２の一
部に形成された反射面２２ｂに入射する。レーザ光束Ｌ
Ｂ２もＹＡ軸と平行であり、反射面２２ｂはレーザ光束
ＬＢ、の光路軸と垂直に配置されている。そして直角ミ
ラー２３の反射面２３ａと２３ｂとの成す角度は正確に
９０’に形成され、その交点は位置Ｙ１に定められてい
る。従って、直角ミラー２３の微小な回転等にかかわら
ず、レーザ光束は反射面２２ｂに垂直に入射し、元の光
路をそのまま戻る。このためレシーバ３７にはプリズム
ミラー２６、スプリット面２２ａを介して固定鏡２７か
らの反射光束が入射するとともに、反射面２２ｂからの
反射光束が入射する。このレシーバ３７によって１され
る測長量は位置Ｙ１のＹＡ軸方向のみの移動量である。

また位置θ１　と位置Ｙ１　とはレチクルステージ１が
回転していないときに、座標系ＸＡ。

ＹＡＯＹＡ軸によってＸ方向に２等分される点に定めら
れている。ビームスプリンタ２０とレシーバ３６により
構成されるθ軸干渉計の測定軸は、レーザ光束ＬＢＩの
中心線、又は位置θ１を通りレーザ光束ＬＢ、と平行な
線であり、これは座標系ＸＡ、ＹＡＯＹＡ軸と平行であ
る。またビームスプリッタ２２とレシーバ３７により構
成されるＹ軸干渉針の測定軸はレーザ光束Ｌ　Ｂ　ｔの
中心線、又は位置Ｙ、を通りレーザ光束ＬＢ、と平行な
線であり、これもＹＡ軸と平行である。そして本実施例
において重要なことはθ軸干渉計の測定軸とＹ軸干渉針
の測定軸との中心にＹ方向の測定軸が仮想的に存在する
ことである。この仮想的な測定軸がレチクルステージ１
の位置検出用の干渉計によって規定される直交座標系Ｘ
Ｂ、ＹＢのＹＢ軸である。

さて、レーザ光４１８からのレーザ光束のうち、ミラー
３２．３３で反射されてビームスプリッタ２４に入射す
るレーザ光束ＬＢｓは座標系ＸＡ。

ＹＡＯＸＡ軸と平行である。ビームスプリフタ２４のス
プリット面２４ａを透過したレーザ光束は直角ミラー２
５の第１反射面２５ａ、第２反射面２５ｂで反射され、
ビームスプリッタ２４の一部に形成された反射面２４ｂ
に垂直に入射する。反射面２５ａと２５ｂとの交点は位
置Ｘｌに定められ、この位置Ｘ１は座標系ＸＢ、ＹＢの
ＸＢ軸上に一致するように定められている。ビームスプ
リッタ２４のスプリット面２４ａで反射されたレーザ光
束ＬＢ、はミラー３４で下方で反射されて固定鏡２８に
向かう。この固定鏡２８からの反射光束は再びミラー３
４で反射され、スプリット面２４ａを透過してレシーバ
３８に入射する。同時に反射面２４ｂで垂直に反射した
レーザ光束は反射面２５ｂ、２５ａで反射され、さらに
スプリント面２４．３で反射されてレシーバ３８に入射
する。

このレシーバ３８は位置Ｘ、ＯＸＢ軸方向のみの移動量
を検出する。上記ビームスプリッタ２４とレシーバ３８
により構成されるＸ軸干渉針の測定軸は位置Ｘ、を通す
レーザ光束ＬＢ、と平行な線であり、これは座標系ＸＢ
、ＸＹＯＸＢ軸である。

さて第３図は第２図の装置を、光軸ＡＸとＸＡ軸（又は
ＸＢ軸）とを含む平面で破断した断面図である。レチク
ルステージ１は干渉計保持コラム４０上にベアリング４
１を介して載置され、水平面内の全ての方向に可動であ
る。保持コラム４０には干渉計を構成する各光学部材（
レシーバも含む）が固定されている。第３図では代表し
てビームスプリッタ２４とミラー３２を示しである。保
持コラム４０の干渉計載置部の下にはモータ駆動部４２
が固定され、その駆動はネジ部の往復運動に変換され、
連接棒４３を介してレチクルステージ１に伝えられる。

このモータ駆動部は３軸の干渉計の夫々に対応して独立
に３個配置されており、その駆動点は本実施例では位置
θ、　、Ｙ、　、Ｘ。

の近傍に定められ、夫々各軸の干渉計の測定軸方向の移
動をレチクルステージｌに与える。尚、この駆動点の位
置については特に限定されるものではない。

さて、投影レンズ２は基底定盤４４の上に構築されたレ
ンズ保持コラム４５の台座４５ａの上に保持される。投
影レンズ２の鏡筒周囲には台座４５ａに載置するための
フランジ部２ａが形成されている。基底定盤４４上には
ウェハステージ３が２次元移動可能に載置される。そし
て保持コラム４５の上にはワッシャ４６を介して、前述
の干渉計保持コラム４０が載置されている。このワッシ
ャ４６はレチクルＲとウェハＷとの距離を投影レンズ２
に合わせ調整するためのものである。またワッシャ４６
は投影レンズ２の周辺の複数ケ所に設けられ、それぞれ
のワッシャの厚みを微妙に調整することによって、投影
レンズ２の投影結像面とウェハＷの表面とを精密に平行
にすることができる。第３図ではレーザ光束Ｌ　Ｂ　ｓ
のみしか示していないが、レーザ光束ＬＢ、　、ＬＢ２
、及びＬＢ３はともに光軸ＡＸと垂直な同一の水平面内
に位置し、この水平面はレチクルＲのパターン面すなわ
ちレチクルステージ１のレチクル載置面とできるだけ一
致するように定められている。これはレチクルＲ上のパ
ターン面に形成されたマークＲ，、Ｒ２等を不図示のア
ライメント顕微鏡で検出する際、パターン面に対してア
ツベ（Ａｂｂｅ　）の原理を満足するようにして、マー
クＲ＋、Ｒｇの位置検出時のアツベ誤差を零にするため
である。

尚、第１図、第２図等において示したレチクル側の３軸
の各干渉計システムは、所謂シングルパスよりも高い分
解能が得られるダブルパス方式である。

また、合成光学系としてのビームスプリッタ２０．２２
．２４には基準反射部材としての反射面２０ｂ、２２ｂ
、２４ｂが一体に形成されているが、これは光学系の長
期的な安定性を確保するためである。

さらにビームスプリッタ２０と２２は同一の部材で構成
してもよい。こうすればθ軸干渉計とＹ軸干渉針とのＹ
Ｂ力方向おける相対的な位置調整が不要となり、製造が
楽になる。

次に本実施例の動作を説明するが、ウェハステージ側の
干渉計の動作については公知なので説明を省略し、専ら
レチクルステージ側の干渉計の動作について説明する。

まず、第１図のようにレチクルステージ１がニュートラ
ル位置（Ｘ方向、Ｘ方向及び回転方向の位置ずれかない
状態）にある場合、レチクルステージ１を座標計ＸＢ、
ＹＢのＸＢ軸の方向のみに動かしたときの様子を述べる
。この場合位置Ｘ４、すなわち直角ミラー２５がＸＢ軸
方向に移動するので、当然ビームスプリフタ２４のスプ
リット面２４ａから反射面２４ｂまでのレーザ光束の光
路長は変化する。この変化量はレシーバ３８によってＸ
方向移動量として検出される。一方、直角ミラー２１と
２３については、それぞれレーザ光束ＬＢ＋　、ＬＢｚ
に対して直交する方向に動くのみであるから、直角ミラ
ー２１．２３の光学的な性質からスプリット面２０ａか
ら反射面２０ｂまでの光路長とスプリント面２２ａから
反射面２２ｂまでの光路長とは共に不変である。従って
レシーバ３６により検出される位置θ１のＹＢ軸方向の
変位量と、レシーバ３７により検出される位置Ｙ１のＹ
Ｂ軸方向の変位量とは共に零である。

またレチクルステージ１がＹＢ軸方向のみに移動した場
合は、同様に直角ミラー２５の光学的な性質によってレ
シーバ３８によって検出される移動量は零であり、レシ
ーバ３６．３７によって検出される移動量は共に等しい
値になる。

次にレチクルステージ１がニュートラル位置で中心点Ｏ
８の回りにΔθだけ回転した場合について第４図を参照
して説明する。第４図は３軸の各干渉計の光路変化の様
子を示す平面図である。レチクルステージ１は座標系Ｘ
Ｂ、ＹＢ内でΔθだけ反時計方向に回転しているものと
する。１“は回転がないときのレチクルステージの位置
を表わす。この第３図からも明らかなように、位置θ。

（以後点θ１　とする）はニュートラル位置に対してＸ
Ｂ軸の正方向と、ＹＢ軸の正方向とに変位するとともに
、直角ミラー２１は点θ１を中心にΔθだけ反時計方向
に回転したように変位する。位置Ｙ、　（以下点Ｙ、と
する）についてはＸＢ軸の正方向とＹＢ軸の負方向とに
変位するとともに、直角ミラー２３は点Ｙ、を中心にΔ
θだけ反時計方向に回転したように変位する。そして位
置ＸＩ（以下点Ｘ、とする）にっていはＸＢ軸の正方向
とＹＢ軸の負方向とに変位するとともに、直角ミラー２
５は点ＸＩを中心にΔθだけ反時計方向に回転したよう
に変位する。本実施例では中心点Ｏ８から点θ１までの
距離と、中心点Ｏ３から点Ｙ１までの距離とが等しく中
心点Ｏ８、点θ１、Ｙｌの３点を頂点とする二等辺三角
形に定められているので、点θ、とＹ、とのＸＢ軸方向
の変位は方向も大きさも同一であり、ＹＢ軸方向の変位
は互いに逆向きで等しい大きさである。ここで点θ。

を通りＹＢ軸（あるいはレーザ光束ＬＢ＋）と平行な線
をｌ、とし、点Ｙ、を通りＹＢ軸（あるいはレーザ光束
ＬＢ、）と平行な綿をρ２とし、そして点Ｘ１を通りＸ
Ｂ軸（あるいはレーザ光束ＬＢ３）と平行な線をｌ、と
すると、θ軸干渉計のレシーバ３６によって検出される
変位量は点θ１の線７！１上の移動量Δｙａのみになり
、Ｙ軸干渉針のレシーバ３７によって検出される変位量
は点Ｙ、の線１２上の移動量Δｙｂのみになり、Ｘ軸干
渉針のレシーバ３８によって検出される変位量は点Ｘ、
の線２３上の移動量ΔＸ（第４図には微小量なので表示
していない）のみになる。本実施例ではΔｙａとΔｙｂ
との大きさは同じ値になる。

また第４図のようにΔθだけ回転したままレチクルステ
ージ１がＸＢ力方向はＹＢ力方向平行移動した場合、θ
軸干渉計の計測値とＹ軸干渉針の計測値との差は変化し
ない。

以上のように本実施例のように構成された３軸の干渉計
では、点θ１とＹｌのＹＢ軸方向の変位量と点Ｘ１のＸ
Ｂ軸方向の変位量とを独立に正確に計測することができ
る。従って八〇の回転を補正するために必要な点θ＋　
、’１’＋　、ＸＩの移動方向とその量が一義的に求め
られることになる。すなわち各干渉計の計測量だけ点θ
１とＹ、についてはＹＢ力方向の移動を与えればよく、
点ＸｌについてはＸＢ力方向の移動を与えればよく、回
転量Δθとは無関係に各点θ＋　、ＹＩ　、ＸＩの移動
方向は常に一定でよいことになる。また点θ１とＹ、の
ＹＢ力方向位置と点Ｘ、のＸＢ力方向位置とが求まれば
、レチクルステージ１に対する点θ１、ｙ、、ｘ、の配
置関係が不変であること、及びレーザ光束ＬＢ＋　、Ｌ
Ｂｚ　、ＬＢ３の配置関係も不変であることから、必要
とするレチクルステージ１の回転量、すなわち点θ＋　
、Ｙ１％　Ｘｌが存在すべき位置の座標値は簡単な演算
により、干渉計の分解能（例えば０．０２μｍ）のオー
ダで決定することができる。

尚、直角ミラー２１．２３．２５の光学的な性質によっ
て、各直角ミラーが点θ１、ＹＩ、Ｘｌを中心にして回
転したとしても、レーザ光束の光路長は一切変化しない
。さらに各直角ミラーが回転したまま、線２１，１２．
２３と直交する方向に平行移動した場合も光路長は一切
変化しない。

ところで第１図に示したように、ウェハＷｌのマークＷ
１、Ｗ２に対するレチクルＲ上のマークＲ＋　、Ｒｚの
２次元的なずれが、ＸＢ力方向ΔＸ、ＹＢ力方向Δｙ、
そして回転方向にΔθだけ回転しているεとが不図示の
アライメンＨＪｍ鏡を用いて求められれば、マークＲ３
とＷｌとを重ね合わせ、かつマークＲ２とＷ２とを重ね
合わせるアライメントは、３軸の各干渉計の計測量のみ
に基づいて高速に実行できる。あるいはずれ量ΔＸとΔ
ｙについてはウェハステージ３で補正し、レチクルＲの
回転のみをレチクルステージｌで補正するようにしても
よい。この場合はθ軸干渉計とＹ軸干渉針との２軸を設
けるだけでよい。

また第４図からも明らかなように、レチクルステージ１
の回転によってｋｍ　６　＋　と１２の中間に平行に存
在する中心線はＹＢ軸からＸＢ力方向ずれて、測定軸（
ＹＢ軸）が光軸ＡＸを通らなくなるが、その世はレチク
ルステージ１の回転量が小さい場合は小さくなる。また
レーザ光束ＬＢ、とＬＢ２との中間に平行に存在する中
心線を測定軸と考えれば、これは常にＹＢ軸と一致して
不変である。しかしながらいずれの場合もθ軸干渉計と
Ｙ軸干渉針との両測定軸はウェハステージ３側の座標系
ＸＡ、ＹＡＯＹＡ軸と常に平行であり、Ｘ軸干渉針につ
いても線β３　（測定軸）は座標系ＸＡ、ＹＡＯＸＡ軸
と常に平行である。すなわちレチクル側の干渉計の測定
軸は、レチクルステージ１の回転にかかわらず、常に絶
対系（座標系ＸＡ、ＹＡ）と同じ方向に保たれている。

以上本実施例ではウェハ側の座標系ＸＡ、ＹＡとレチク
ル側の座標系ＸＢ、ＹＢとは予め計測値が相関付けられ
ているものとしたが、その相関付けの作業も容易である
。それにはウェハステージ３上にウェハ上のマークＷ、
　、ＷＺと同形の基準マーク（フィデューシャルマーク
）を設け、この基準マークを走らせてレチクルマークＲ
１とＲ２の夫々を基準マークと重ね合わせたときのウェ
ハステージ３の位置を検出し、その位置と３軸の各干渉
計の計測値とをつき合わせればよい。またレチクルステ
ージ１にレチクルＲを載置して、レチクルＲの装置に対
するアライメントを行なう際も、３軸の各干渉計とウェ
ハステージ３上の基準マークとを用いて、干渉計の分解
能で決まる精度でレチクルＲの位置決めが達成される。

さらに本実施例では直角ミラー２１．２３．２５の各頂
点θＩ　、ＹＩ％　Ｘｌ　はレチクルステージｌの周辺
部に定めたが、これは必須の要件ではなく、予め位置が
わかっている限りどこに存在してもよい。またレチクル
ステージ１の駆動点の位置も点θ、　、Ｙ、　、Ｘ、の
近傍である必要はない。

例えば従来のようにレチクルＲをウェハステージ３と同
様のＸＹステージの上にθテーブルを介して載置しても
よい。この場合、ＸＹステージは座標系ＸＡ、ＹＢ　（
ＸＢ、ＶＢ）の座標軸方向のみに移動し、θテーブルは
ＸＹステージ上を水平面内で回転するように構成され、
直角ミラー２１．２３．２５はそのθテーブルに固定さ
れる。

さて第５図は本発明の第２の実施例による位置検出装置
の構成を示す平面図である。本実施例はＸ線露光装置等
のマスクの位置検出に適用されるもので、マスクはレベ
リングステージ（不図示）を介してθテーブル１００に
保持される。θテーブル１００はＸＹステージ（不図示
）に微小回転可能に設けられている。さらにθテーブル
１００にはマスク上のパターンＰＴをＸ線に対して遮へ
いしないような開口１００ａが形成されている。

第５図中座標系ＸＡ、ＹＡはマスクの下側にプロキシミ
ティギャソプで配置されるウェハの移動座標系である。

座標系ＸＡ、ＹＡの原点Ｃにおいて立てられた法線は、
Ｘ線源のｘｂｉ発生点を通るように定められている。ま
たマスクにはアライメント用のマークＭＹ、ＭＸ、Ｍθ
が設けられ、マークＭＹ、ＭθはともにＹＡ力方向アラ
イメントに使われ、マークＭＸはＸＡ方向のアライメン
トに使われる。これらマークは本来ＸＡ軸、ＹＡ軸上に
位置するように定められている。

そして本実施例においても、３つの直角ミラー２１．２
３．２５をθテーブル１００と一体に設ける。そしてθ
テーブル１００と、ＸＹステージとがニュートラル位置
にあるとき、直角ミラー２１の２つの反射面の交点θ１
と、直角ミラー２３の２つの反射面の交点Ｙ、とかＸＡ
輪軸上位置するように構成し、θ軸干渉計の測定軸とＹ
軸干渉針の測定軸とを共にＹＡ軸と平行にする。また点
θ、とＹ、とは原点Ｃから等しい距離にあるものとする
６、同様に直角ミラー２５の２つの反射面の交点Ｘ、は
ＹＡ軸上に位置するように構成し、Ｘ軸干渉針の測定軸
はＸＡ軸と平行にする。尚、第５図においてＹ軸干渉針
の光学系の配置は省略してあり、ビームスプリッタ４２
はレーザ光源からの光束をレーザ光束ＬＢ、とＬＢｚと
の２つに分けるものであり、４１は装置の固定部に設け
られた固定鏡ブロックである。

本実施例では、パターンＰＴとウェハ上のパターンとの
相対的な回転誤差はマークＭＹとＭθとをアライメント
顕微鏡を用いて検出する。その回転誤差量は点Ｙ１と点
θ１のＹＡ力方向ずれ量に換算され、そのずれ量分だけ
θテーブル１００を原点Ｃを中心に回転させればよい。

もちろんＸＹステージを微動させればθテーブル１００
も一体に動くので、３軸の各干渉計の計測値もそれに応
じて変化する。

以上本発明の２つの実施例を説明したが、その他本発明
はウェハステージ３上に設けられたθテーブルの回転を
検出する場合にも同様に実施し得る。

また本発明は、本来−次元にしか移動しないステージの
位置を検出する場合にも、ステージのヨーイングの影響
を受けることなく高精度の位置検能 出が可動である。それには第１図又は第４図に示したレ
チクルステージにおいて、直角ミラー２５のような配置
を採用してステージのＸＢ力方向位置を検出すればよい
。またヨーイングも合わせて検出する場合は、第１図に
示した直角ミラー２１．２３のような配置を採用して、
ステージのＹＢ力方向位置を検出すればよい。この場合
ステージの一次元の移動ストロークはかなり大きくでき
る。

（発明の効果） 以上本発明によれば、ステージと一体に移動する移動鏡
として直角ミラーを用いてダブルパスの干渉計システム
を構成しているため、ステージを回転させても測定軸の
方向が一切変化せず高精度な位置検出が可能である。ま
たステージの位置を検出する測定点が直交座標系内で直
角ミラーの交点に限られるので、ステージの位置決め制
御も容易になる。

さらに実施例によればステージの異なる２ケ所に直角ミ
ラーを設けて、最低２軸の干渉計システムを構成するの
で、レチクル（マスク）上のパターンとウェハ上のパタ
ーンとのアライメント時の回転誤差が単純な形で高精度
に検出でき、回転補正を高速に、かつ精密に制御できる
といった利点がある。このため重ね合わせ精度とスサー
ブットとの向上が同時に達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による位置検出装置として
の光波干渉計システムの構成を示す平面図、第２図は第
１図の光波干渉計システムを有する投影型露光装置の概
略的な構成を示す斜視図、第３図は第１図、第２図の装
置を光軸を含む平面で破断した断面図、第４図はレチク
ルステージ側の光波干渉計システムの動作を説明する平
面図、第５図は本発明の第２の実施例による位置検出装
置の構成を示す平面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １−−−−レチクルステージ、　２−一一一投影レンズ
３−−−−ウェハステージ ６．７−−−−ビームスプリンタ ８．１０−−−一固定鏡、　　９．１１−−−−レシー
バ２０．２２．２４−−−−ビームスプリッタ２１．２
３．２５−−−一直角ミラー ２７．２８−−−一固定鏡

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板を保持して、該基板を所定の直交座標系内で
   回転を含めて２次元的に移動させるステージと；該ステ
   ージの所定の基準位置に対する変位量を検出する光波干
   渉測長器とを有する装置において、前記ステージと一体
   に移動する如く設けられ、前記直交座標系による座標平
   面と略垂直な少なくとも２つの反射面を有し、該２つの
   反射面の成す角度が直角に定められた可動反射部材と；
   コヒーレントな平行光束を前記座標平面と略平行に前記
   可動反射部材の一方の反射面に入射させるとともに、装
   置の所定位置に固定された固定鏡にも入射させる送光光
   学系と；前記可動反射部材の他方の反射面から射出した
   光束を反射させて、再び前記可動反射部材の２つの反射
   面を介して前記送光光学系の方に戻す基準反射部材と；
   該基準反射部材から可動反射部材を介して戻ってくる光
   束と、前記固定鏡から戻ってくる光束とを同一の光路に
   合成して干渉させるための合成光学系とを備え、該合成
   された光束を光電検出して測長することを特徴とする位
   置検出装置。
2. （２）前記可動反射部材は前記ステージの異なる２ケ所
   に設け、前記基準反射部材と合成光学系とを該２つの可
   動反射部材の夫々に対して配置し、該２つの合成光学系
   の夫々から射出する光束を別個に受光する２つの干渉計
   レシーバを設け、該２つの干渉計レシーバの計測値に基
   づいて前記ステージの回転変位量を検出し得るように構
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装
   置。