JP2002164273A

JP2002164273A - 計測装置及び露光装置

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Publication number: JP2002164273A
Application number: JP2000360415A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Taniguchi; 哲夫谷口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2002-06-07

Abstract

(57)【要約】【課題】ステージ等の被計測物体の位置を正確に計測
する。【解決手段】被計測物体に対して計測用の光ビームを
出射してその反射光を受光することにより該被計測物体
の位置に関する情報を計測する主干渉計を備えた計測装
置である。第１反射面５３を有する第１板状部５１及び
該第１板状部に立設され、その先端に第１反射面５３と
平行な第２反射面５４を有する第２板状部５２を有する
基準部材４４と、第１反射面５３及び第２反射面５４に
向けてそれぞれ校正用の光ビーム５５，５６を出射して
各反射光を受光することにより、第１反射面５３及び第
２反射面５４間のみかけの寸法を計測する副干渉計を備
えている。該副干渉計により計測されたみかけの寸法と
基準部材４４の第１反射面５３及び第２反射面５４間の
基準寸法の差に基づいて、前記主干渉計による計測結果
を校正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被計測物体の位置
に関する情報を計測する計測装置、及び該計測装置を備
えた露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子、撮像素子
（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッドを含むマイクロデバイス
等の製造に際しては、マスクとしてのレチクルのパター
ンを投影光学系を介してフォトレジストが塗布された半
導体ウエハやガラスプレート等の感光基板に露光転写す
るために露光装置が用いられる。

【０００３】露光装置は、マスクを保持してＸＹ平面
（投影光学系の光軸に直交する面）内で移動するマスク
ステージ及びマスクに対してＺ方向（投影光学系の光軸
に沿う方向）に異なった位置で感光基板を保持してＸＹ
平面内で移動する基板ステージを備えている。マスク及
び基板はマスクステージ及び基板ステージによって位置
決めされた後、あるいは同期移動されながら、該マスク
を介して感光基板を露光する露光処理が行われる。

【０００４】マスク又は感光基板を保持するステージの
ＸＹ面内における移動は、該ステージの位置を複数のレ
ーザ干渉計により計測し、その計測結果に基づいて制御
される。

【０００５】このレーザ干渉計は、光ビーム（レーザ
光）を発振するレーザ装置（発光装置）と、光ビームを
受光する光センサ（受光装置）とを備えており、レーザ
装置からの光ビームは二つに分岐され、一方を基準光、
他方を計測光として、該計測光をステージに固定された
反射鏡に向けて出射して該反射鏡での反射光と該基準光
とを該光センサに入射させ、該基準光と該反射光との位
相差に応じて生じる干渉縞をカウントすることにより、
該ステージ（反射鏡）の位置の変化を計測する装置であ
る。

【０００６】このようなレーザ干渉計は、光ビームが通
過する光路の環境状態（圧力、温度、湿度、気体組成
等）の変動により光の屈折率に変化を生じ、その計測結
果に誤差が生じ得る。

【０００７】このような誤差を補償するため、その寸法
（基準寸法）が正確に計測された校正用の基準部材のみ
かけの寸法をレーザ干渉計で実測して、その計測値（実
測寸法）が変化した場合に、環境状態の変化に伴い空気
の屈折率が変化したものとして、当該実測寸法と当該基
準寸法の差に基づいて、計測結果を校正することによ
り、より正確な計測結果を得るようにしている。

【０００８】このような校正に用いられる従来の基準部
材について、図６を参照して説明する。基準部材７１
は、基端部７２及び先端部７３が閉塞された中空円筒状
の部材（空洞）の先端部に一対の貫通穴７４を形成する
とともに、その側面に複数の貫通穴７５を形成して構成
される。基準部材７１は熱膨張率が小さい材料から製造
されている。基端部７２の内面と先端部７３の外面は鏡
面加工されることにより、第１及び第２反射面７６，７
７となっており、これらの第１及び第２反射面７６，７
７は互いに平行となるように設定されている。

【０００９】不図示のレーザ干渉計の校正用の一対の光
ビーム７８，７８は、先端部７３の貫通穴７４，７４を
通過して第１反射面７６で反射され、再度貫通穴７４，
７４を通過してレーザ干渉計に戻る。レーザ干渉計の他
の一対の校正用の光ビーム７９，７９は第２反射面７７
で反射され、レーザ干渉計に戻る。

【００１０】第１反射面７６で反射された校正用の光ビ
ーム７８，７８と第２反射面７７で反射された他の校正
用の光ビーム７９，７９とをそれぞれ干渉させて光セン
サでそれぞれ計測することにより、第１反射面７６と第
２反射面７７との間のみかけの寸法の変化が実測され
る。この第１及び第２反射面７６，７７間の基準寸法
は、環境条件を極めて厳密に管理した状況下で精密測長
器等により予め計測されている。

【００１１】このような基準部材７１を、レーザ干渉計
による位置の計測対象としてのマスクやウエハを移動す
るステージの近傍（当該ステージに対する計測用の光ビ
ームの光路の近傍）に設置し、該基準部材７１のみかけ
の寸法を常時実測して、このみかけの寸法と基準寸法と
の差に基づいて、計測用の光ビームによる計測結果を校
正する。

【００１２】なお、基準部材７１の側面に形成されてい
る複数の貫通穴７５は、基準部材７１の内側と外側の間
で空気の流通を促進して、これらの間で環境状態が相違
してしまうこと、即ち、屈折率が相違してしまうことを
緩和するために設けられている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術に採用されて
いる基準部材では、上述したように、校正用の光ビーム
の一方（第１反射面で反射されるもの）の光路は基準部
材の内側に配置されているのに対して、計測用の光ビー
ムの光路は必然的に基準部材の外側に配置されることに
なる。

【００１４】ここで、基準部材の側面には、複数の貫通
穴が形成されているので、基準部材の内側と外側の環境
状態の差は緩和されるものの、その内側空間は依然とし
て囲われているので、その内側と外側とでは、環境状態
が相違している場合があり、その場合に屈折率に差を生
じることになる。

【００１５】このように、計測用の光ビームの光路が基
準部材の外側に配置され、基準部材を計測するための校
正用の光ビームの光路が基準部材の内側に配置される構
成では、かかる屈折率差に起因する誤差を包含すること
になり、正確な校正が行えない場合があるという問題が
ある。

【００１６】特に、パターンの微細化等に伴い、計測装
置に許される誤差がますます小さくなってきている現状
においては、刻々と変化する環境状態に時間遅れなく追
随しつつ正確な校正を行う必要があり、そのためには、
校正用の光ビームの光路の環境状態と計測用の光ビーム
の光路の環境状態とが一致ないし近接していることが望
ましい。しかし、従来の基準部材の構成では、基準部材
の内側の環境状態が基準部材の外側の環境状態と一致す
るまでには時間遅れが生じ、これに十分に対応すること
ができなかった。

【００１７】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、環境状態の変動により生じる
計測誤差を正確に校正でき、精度の高い計測を行うこと
ができる計測装置を提供することを目的とする。また、
微細パターンを高精度で形成することができる露光装置
を提供することも目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す説明
では、本発明を、実施形態を表す図面に示す参照符号に
対応つけて説明するが、本発明の各構成要件は、これら
参照符号を付した図面に示す部材等に限定されるもので
はない。

【００１９】上記目的を達成するための本発明の計測装
置は、被計測物体（２９）に対して計測用の光ビーム
（４５）を出射してその反射光を受光することにより該
被計測物体の位置に関する情報を計測する主干渉計（４
２）を備えた計測装置（３３）において、第１反射面
（５３）を有する第１板状部（５１）、及び該第１板状
部に立設され、その先端に該第１反射面と平行な第２反
射面（５４）を有する第２板状部（５２）を有する基準
部材（４４）と、前記第１反射面に向けて校正用の第１
光ビーム（５５）を出射してその反射光を受光するとと
もに、前記第２反射面に向けて校正用の第２光ビーム
（５６）を出射してその反射光を受光することにより、
該第１反射面及び該第２反射面の位置に関する情報を計
測する副干渉計（４３）と、前記副干渉計により計測さ
れた計測結果に基づく前記第１反射面及び前記第２反射
面の相対位置の変化量に応じて前記主干渉計による計測
結果を校正する校正装置（５８）とを備えたことを特徴
とする。なお、本願明細書中において、位置に関する情
報とは、ある特定の位置に対する変位、二点間の寸法な
いし距離、その他の位置を特定するための情報をいう。

【００２０】また、上記目的を達成するための本発明の
計測装置は、被計測物体（２９）に対して計測光（４
５）を出射してその反射光を受光することにより該被計
測物体の位置に関する情報を計測する計測装置（３３）
において、第１反射面（５３）を有する第１板状部（５
１）、及び該第１板状部に立設され、その先端に該第１
反射面と平行な第２反射面（５４）を有する第２板状部
（５２）を有する基準部材（４４）と、前記第１反射面
及び前記第２反射面に向けてそれぞれ校正用の光ビーム
（５５，５６）を出射して各反射光を受光することによ
り、該第１反射面及び該第２反射面の位置に関する情報
を検出する検出装置（４３）と、前記検出装置による検
出結果に基づく前記第１反射面及び前記第２反射面の相
対位置の変化量に応じて前記被計測物体の位置に関する
情報を校正する校正装置（５８）とを備えたことを特徴
とする。

【００２１】本発明によると、基準部材の第１反射面の
位置に関する情報を計測するための第１光ビームは、基
準部材の第２板状部に沿って開放された空間を通過する
ので、従来技術のように円筒状の部材（空洞）の囲われ
た空間内を通過するものと比較して、第１光ビームの光
路の環境状態を計測用の光ビームの光路の環境状態に一
致ないしより近接させることが可能である。従って、計
測用の光ビームの光路の環境状態により近い校正値を得
ることができ、より正確な計測結果を得ることができる
ようになる。また、本発明に係る基準部材は従来の空洞
型の基準部材と比較して構成が簡単であり、その加工も
容易なので、低コスト化を図ることもできる。

【００２２】前記計測装置が空調装置による気体の流れ
が存在する環境に設置される場合には、前記第２板状部
が前記気体の流れに沿うように前記基準部材を設けるこ
とが好ましい。気体の流れが基準部材の第２板状部によ
って乱されることが少なくなり、第２光ビームの光路周
囲の気体の入れ替えがより円滑になされるようになるか
らである。この場合において、基準部材は前記第１及び
第２光ビームの光路が計測用の光ビームの光路よりも前
記気体の流れ方向の上流側に位置するように設けること
が好ましい。

【００２３】より好ましくは、前記第１光ビームは互い
に平行する一対の第１平行光（５５）で構成され、前記
第２光ビームは互いに平行する一対の第２平行光（５
６）で構成され、該第１平行光及び該第２平行光は、該
第１平行光間の中心線と該第２平行光間の中心線が一致
し、且つ該第１平行光を含む面と該第２平行光を含む面
が直交するように配置される。このようにすることで、
基準部材の取付誤差等により、その姿勢が第１及び第２
光ビームに対して僅かに傾いてしまったような場合であ
っても、計測誤差の発生を最小限に抑えることができ
る。前記基準部材（４４）は非熱膨張性ないし低熱膨張
性を有する材料から製造することが望ましい。また、上
記目的を達成するための本発明の露光装置は、露光対象
としての基板（Ｗ）をパターンが形成されたマスク
（Ｒ）を介して露光する露光装置（１１）において、前
記基板及び前記マスクの少なくとも一方の位置に関する
情報を計測するために、上記計測装置（２７，３３）を
備えたことを特徴とする。

【００２４】計測誤差の少ない本発明の計測装置を採用
して、マスク及び／又は基板の位置に関する情報を計測
するようにしたので、当該マスク及び／又は基板の移動
や位置決めを高い精度で行うことができるようになる。
これにより、微細パターンを高精度で転写形成すること
ができ、性能や信頼性の高いマイクロデバイス等を製造
することができるようになる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面に示す実施
形態に基づき説明する。

【００２６】図１は、本発明の実施形態に係る計測装置
を備えた露光装置の概略構成を示す図である。本実施形
態においてはステップ・アンド・スキャン方式の縮小投
影型露光装置を例に挙げて説明する。尚、以下の説明に
おいては、図１中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定
し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関
係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ
軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｘ軸が紙面
に対して垂直となる方向に設定されている。図中のＸＹ
Ｚ直交座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面
に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

【００２７】この露光装置１１は、照明光源１２として
ＫｒＦエキシマレーザ（発振波長２４８ｎｍ）を備えて
いる。照明光源１２としては、特に限定されず、ｇ線
（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＡｒＦエキシマ
レーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（１５７ｎｍ）、Ａ
ｒ_２エキシマレーザ（波長１２６ｎｍ）等を採用する
ことができる。

【００２８】照明光源１２からパルス発光されたレーザ
ビームＬＢは、ビーム整形光学系１３に入射される。ビ
ーム整形光学系１３は、シリンダレンズやビームエキス
パンダ等で構成され、これらにより、後続のフライアイ
レンズ１６に効率よく入射するようにビームの断面形状
が整形される。

【００２９】ビーム整形光学系１３から射出されたレー
ザビームは、エネルギー変調器１４に入射される。エネ
ルギー変調器１４は、エネルギー粗調器及びエネルギー
微調器等から構成されている。エネルギー粗調器は、回
転自在なレボルバ上に透過率（＝（１−減光率）×１０
０（％））の異なる複数個のＮＤフィルタを配置したも
のであり、そのレボルバを回転することにより、入射す
るレーザビームＬＢに対する透過率を１００％から複数
段階で切り換えることができるようになっている。な
お、そのレボルバと同様のレボルバを２段配置し、２組
のＮＤフィルタの組み合わせによってより細かく透過率
を調整できるようにしてもよい。一方、エネルギー微調
器は、ダブル・グレーティング方式、または傾斜角可変
の２枚の平行平板ガラスを組み合わせた方式等で、所定
範囲内でレーザビームＬＢに対する透過率を連続的に微
調整するものである。ただし、このエネルギー微調器を
使用する代わりに、照明光源１２の出力変調によってレ
ーザビームＬＢのエネルギーを微調整してもよい。

【００３０】エネルギー変調器１４から射出されたレー
ザビームＬＢは、光路折り曲げ用のミラー１５を介して
フライアイレンズ１６に入射する。フライアイレンズ１
６は、後続のレチクルＲを均一な照度分布で照明するた
めに多数の２次光源を形成する。なお、オプティカルイ
ンテグレータ（ホモジナイザー）としてのフライアイレ
ンズ１６を用いる代わりに、ロッドインテグレータ（内
面反射型インテグレータ）あるいは回折光学素子等を採
用することができる。

【００３１】フライアイレンズ１６の射出面には照明系
の開口絞り（いわゆるσ絞り）１７が配置されており、
その開口絞り１７内の２次光源から射出されるレーザビ
ーム（以下、「照明光ＩＬ」と呼ぶ）は、反射率が小さ
く透過率の大きなビームスプリッタ１８に入射し、ビー
ムスプリッタ１８を透過した照明光ＩＬは、リレーレン
ズ１９、２０を介してコンデンサレンズ２１へ入射す
る。

【００３２】リレーレンズ１９とリレーレンズ２０との
間には、固定スリット板２２及び四枚の可動ブラインド
を有するレチクルブラインド２３が配置されている。固
定スリット板２２は、矩形の開口部を有し、ビームスプ
リッタ１８を透過した照明光ＩＬは、リレーレンズ１９
を経て固定スリット板２２の矩形の開口部を通過するよ
うになっている。この固定スリット板２２は、レチクル
のパターン面に対する共役面の近傍に配置されている。

【００３３】レチクルブラインド２３はそれぞれ独立し
て可動する四枚の可動ブラインド（遮光板）を有し、固
定スリット板２２の近傍に配置されている。走査露光の
開始前に可動ブラインド２３を移動して適宜な位置に設
定し、あるいは走査露光中に可動ブラインドを適宜に移
動することにより、不要な部分（レクチルパターンが転
写されるウエハＷ上のショット領域以外）の露光を防止
することができるようになっている。

【００３４】固定スリット板２２及びレチクルブライン
ド２３を通過した照明光ＩＬは、リレーレンズ２０及び
コンデンサレンズ２１を経て、レチクルステージ２４上
に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域を均一な照
度分布で照明する。レチクルＲ上の照明領域内のパター
ンを投影光学系ＰＬを介して投影倍率α（αは例えば１
／４，１／５等）で縮小した像が、フォトレジストが塗
布されたウエハ（感光基板）Ｗ上に投影露光される。

【００３５】このとき、レチクルステージ２４はレチク
ルステージ駆動部２５によりＹ方向に走査される。レチ
クルステージ２４の位置は、レチクルステージ２４に固
定された反射鏡２６及びレーザ干渉計等を備えて構成さ
れる計測装置２７により計測される。走査時には該計測
装置２７からレチクルステージ２４のＹ座標がステージ
コントローラ２８に供給され、ステージコントローラ２
８は供給された座標に基づいてレチクルステージ駆動部
２５を介して、レチクルステージ２２の位置及び速度を
制御する。

【００３６】一方、ウエハＷは、不図示のウエハホルダ
を介してウエハステージ２９上に載置される。ウエハス
テージ２９は、Ｚチルトステージ３０と、Ｚチルトステ
ージ３０が載置されるＸＹステージ３１とを有してい
る。ＸＹステージ３１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にウエ
ハＷの位置決めを行うとともに、Ｙ軸方向にウエハＷを
走査する。

【００３７】Ｚチルトステージ３０は、ウエハＷのＺ軸
方向の位置（フォーカス位置）を調整するとともに、Ｘ
Ｙ平面に対するウエハＷの傾斜角を調整する機能を有す
る。ウエハステージ２９の位置は、Ｚチルトステージ３
０に固定された反射鏡３２及びレーザ干渉計等を備えて
構成される計測装置３３により計測される。この計測装
置３３により計測されるウエハステージ２９（ウエハ
Ｗ）のＸ座標、及びＹ座標がステージコントローラ２８
に供給され、ステージコントローラ２８は、供給された
座標に基づいてウエハステージ駆動部３４を介してＸＹ
ステージ３１の位置及び速度を制御する。

【００３８】ステージコントローラ２８の動作は、不図
示の装置全体を統轄制御する主制御系によって制御され
ている。そして、走査露光時には、レチクルＲがレチク
ルステージ２４を介して＋Ｙ軸方向（または−Ｙ軸方
向）に速度Ｖ_Ｒで走査されるのに同期して、ＸＹステ
ージ３１を介してウエハＷは−Ｙ軸方向（又は＋Ｙ軸方
向）に速度α・Ｖ_Ｒ（αはレチクルＲからウエハＷに
対する投影倍率）で走査される。

【００３９】Ｚチルトステージ３０上のウエハＷの近傍
に光電変換素子からなる照度むらセンサ３５が常設さ
れ、照度むらセンサ３５の受光面はウエハＷの表面と同
じ高さに設定されている。照度むらセンサ３５として
は、遠紫外で感度があり、且つ照明光ＩＬを検出するた
めに高い応答周波数を有するＰＩＮ型のフォトダイオー
ド等が使用できる。照度むらセンサ３５の検出信号が不
図示のピークホールド回路、及びアナログ／デジタル
（Ａ／Ｄ）変換器を介して露光コントローラ３６に供給
されている。

【００４０】ビームスプリッタ１８で反射された照明光
ＩＬは、集光レンズ３７を介して光電変換素子よりなる
インテグレータセンサ３８で受光され、インテグレータ
センサ３８の光電変換信号が、不図示のピークホールド
回路及びＡ／Ｄ変換器を介して出力ＤＳとして露光コン
トローラ３６に供給される。インテグレータセンサ３８
の出力ＤＳと、ウエハＷの表面上での照明光ＩＬの照度
（露光量）との相関係数は予め求められて露光コントロ
ーラ３６内に記憶されている。露光コントローラ３６
は、制御情報ＴＳを照明光源１２に供給することによっ
て、照明光源１２の発光タイミング、及び発光パワー等
を制御する。露光コントローラ３６は、さらにエネルギ
ー変調器１４での減光率を制御し、ステージコントロー
ラ２８はステージ系の動作情報に同期してレチクルブラ
インド２３の開閉動作を制御する。

【００４１】また、上述した露光装置のレチクルステー
ジ２４やウエハステージ２９では、計測装置２７，３３
の一部を構成する反射鏡２６，３２はステージ２４，３
０に固定されているものとしたが、ステージの端面を鏡
面加工等することにより反射鏡を構成するようにしても
よい。

【００４２】次に、上述した露光装置のウエハステージ
２９（ウエハＷ）の位置を計測するための本発明に係る
計測装置について、図２、図３及び図４を参照して説明
する。図２は本発明に係る計測装置及びその計測対象と
してのステージ等を示す平面図、図３は該計測装置が採
用する校正用の基準部材の構成を示す斜視図である。

【００４３】この計測装置３３は、ウエハステージ（以
下単にステージということがある）２９のＸ軸方向の位
置を計測するためのレーザ干渉計４１、ステージ２９の
Ｙ軸方向の位置を計測するためのレーザ干渉計４２、レ
ーザ干渉計４２による計測結果に含まれる光路の屈折率
変動による誤差を補償するためのレーザ干渉計４３、及
び本発明で特徴的な基準部材４４を備えている。なお、
以下の説明では、各レーザ干渉計４１，４２，４３を互
いに区別するため、レーザ干渉計４１，４２を計測用の
レーザ干渉計又は主干渉計といい、レーザ干渉計４３を
校正用のレーザ干渉計又は副干渉計ということがある。

【００４４】レーザ干渉計４１，４２，４３はいずれも
レーザ光による干渉縞現象を利用した位置計測装置であ
り、図示は省略するが、光ビーム（レーザ光）を発振す
るレーザ装置（発光装置）と光ビームを受光する光セン
サ（受光装置）とを備えている。レーザ干渉計は、該レ
ーザ装置から射出された光ビームを二分岐させて、これ
らの二つの光ビームを計測対象や計測目的等に応じて適
宜に送光した後に光センサに入射させ、二つの光ビーム
の位相差に基づいて計測対象物（この場合はステージ２
９）の位置の変化（変位）を計測する装置である。

【００４５】計測用のレーザ干渉計である主干渉計４
１，４２は、レーザ装置から射出され二分岐されたレー
ザ光の一方を基準光、他方を計測光として、該計測光を
計測対象物としてのステージ２９の反射鏡３２Ｘ，３２
Ｙに照射してその反射光と、該基準光とを光センサに入
射させることにより、該ステージ２９の位置の変化を計
測する。

【００４６】この実施形態では、Ｙ軸方向の位置を計測
する主干渉計４２は、計測系を二系統有しており、図２
に示されているように、互いにＸ軸方向に離間した二本
の計測光（光ビーム）４５，４５がステージ２９の反射
鏡３２Ｙに照射されるようになっている。従って、二つ
の計測系の計測結果からステージ２９のＹ軸方向の位置
のみならず、Ｚ軸（図２の紙面に対して垂直な軸）を中
心とした回転をも計測することができる。この場合、二
系統はそれぞれ独立して設けることもできるが、レーザ
装置等の共用可能なものは共用することが、構成の簡略
化の観点から望ましい。なお、この実施形態では、Ｘ軸
方向の位置を計測するためのレーザ干渉計４１は一系統
のみであり、計測光４６はステージ２９の反射鏡３２Ｘ
に照射されるようになっており、ステージ２９のＸ軸方
向の位置のみを計測する。

【００４７】基準部材４４は、図３にその詳細が示され
ているように構成されている。即ち、この基準部材４４
は、矩形板状の第１板状部５１の一方の面の中央部に、
同じく矩形板状の第２板状部５２を略Ｔ字状に立設した
ような形状を有している。この基準部材４４は、母材か
ら第１板状部５１及び第２板状部５２を一体的に削り出
すことにより、又は互いに独立的に製造された第１板状
部５１に第２板状部５２を接着あるいは溶着等すること
により形成することができる。第１板状部５１の第２板
状部５２が立設された両側の表面は鏡面加工されて第１
反射面５３となっている。また、第２板状部５２の先端
面も同様に鏡面加工されることにより第２反射面５４と
なっている。第１反射面５３と第２反射面５４とは平行
に設定されている。

【００４８】この基準部材４４は、熱膨張係数が極めて
小さい材料で形成されている。低熱膨張性の材料として
は、特に限定されないが、この実施形態では、熱膨張係
数（線膨張係数）が０．１ｐｐｍ以下の低熱膨張性セラ
ミックスを使用した。この低熱膨張性セラミックスとし
ては、ガラスセラミックス又はコーディライト系あるい
はアルミナ系のセラミックスを採用することができる。

【００４９】このうちガラスセラミックスを用いる場合
には、結晶化相とガラス相とを混合状態に有しており、
ハイクオーツ構造をした結晶化相を約７０〜７８％含ん
でいる超精密ガラスセラミックス、例えば「ゼロデュア
（商品名）」として市販されているものを採用するとよ
い。ガラス相はプラスの熱膨張性を有し、結晶化相はマ
イナスの熱膨張性を有しているため、結晶化条件を適宜
に制御調整してその含有量を調整することによって特定
の温度範囲内で線熱膨張係数を任意に設定することがで
き、熱膨張係数を極めて小さく、あるいはゼロ（若しく
はマイナス）にすることができる。このようなガラスセ
ラミックスは、方向性がなく、気孔のない表面を持ち、
化学的な特性や強度は通常のガラスとほぼ同じなので、
通常のガラスを加工するのと同じ機械や工具を用いて加
工できて、その面からも都合がよい。

【００５０】第１反射面５３及び第２反射面５４につい
ては、上記のような低熱膨張性のセラミックス材料から
なる母材（第１板状部５１、第２板状部５２）の第１反
射面５３及び第２反射面５４となる部分を超精密に研磨
した上で、銀やアルミニウム等の高い光反射率を有する
材料を真空蒸着法等により蒸着し、その表面に保護膜を
形成することにより形成することができる。

【００５１】基準部材４４は、この実施形態では、主干
渉計４２の計測光４５の光路の近傍であって、ステージ
２９の移動の障害とならないように、ステージ２９の上
側（Ｚ軸方向上側）に位置するように設けられている。
基準部材４４は、図示は省略するが、例えば投影光学系
ＰＬを支持するフレームにステー等を介して取り付けら
れる。

【００５２】校正用のレーザ干渉計である副干渉計４３
は、レーザ装置（レーザ干渉計４１，４２のレーザ装置
と共用し、あるいは独立して設けることができる）から
射出された光ビームの一方を相対位置（寸法）の変化を
計測する二地点（この実施形態では基準部材４４の第１
反射面５３及び第２反射面５４）の一方（この実施形態
では第１反射面５３）に照射しその反射光と、光ビーム
の他方を該二地点の他方（この実施形態では第２反射面
５４）に照射しその反射光とを光センサに入射させるこ
とにより、該計測対象とする基準部材４４の二地点（第
１反射面５３と第２反射面５４）の間の相対変位（寸法
変化）を計測する。

【００５３】この実施形態では、副計測計４３は各反射
面５３，５４をそれぞれ計測する計測系を二系統有する
ダブルパス方式を採用している。即ち、図３に示されて
いるように、第１反射面５３の第２板状部５２を挟んで
一方の側（図３で第２板状部５２の上側）及び他方の側
（図３で第２板状部５２の下側）を通過するように互い
に平行な二本の第１計測光（第１平行光）５５，５５が
照射されるようになっている。また、同様に第２反射面
５４に向けて互いに離間して互いに平行な二本の第２計
測光（第２平行光）５６，５６が照射されるようになっ
ている。第１計測光５５，５５の一方と第２計測光５
６，５６の一方が、及び第１計測光５５，５５の他方と
第２計測光５６，５６の他方がそれぞれ対応する光セン
サに入射されることにより、基準部材４４の第１反射面
５３と第２反射面５４との間の寸法の変化を計測するこ
とができる。

【００５４】第１計測光５５，５５及び第２計測光５
６，５６は、図３に示されているように、第１計測光５
５，５５間の中心線と第２計測光５６，５６間の中心線
が一致し、且つ第１計測光５５，５５を含む面はＹＺ面
と平行に、第２計測光５６，５６を含む面はＸＹ面と平
行になるように、即ち、両面が直交するように配置され
ている。そして、第１計測光５５，５５間の中心線及び
第２計測光５６，５６間の中心線は、第２板状部５２の
中心線（その長手方向（Ｘ軸方向）に平行な線であっ
て、該長手方向に直交する断面（ＺＸ面）における対角
線の中心を通る線）と一致している。

【００５５】副干渉計４３からの第１計測光５５，５５
は、第２板状部５２の側面に沿って通過して、それぞれ
第１板状部５１の第１反射面５３で反射し、再度同じ光
路上を送られて副干渉計４３に戻る。一方、副干渉計４
３からの第２計測光５６，５６は、第２板状部５２の先
端の第２反射面５４で反射し、再度同じ光路上を送られ
て副干渉計４３に戻る。これにより、基準部材４４の第
１反射面５３と第２反射面５４との間のみかけの寸法が
二つ実測される。第１計測光５５，５５の一方と第２計
測光５６，５６の一方による計測結果と第１計測光５
５，５５の他方と第２計測光５６，５６の他方による計
測結果は平均されて、当該平均値がこの副干渉計４３の
計測結果とされる。なお、平均前の二つの計測結果の差
が予め決められた所定値よりも大きい場合には、取付不
良等によって基準部材４４の姿勢が適正でないか、ある
いは副干渉計４３の調整が十分でない等の問題があるも
のと考えられるので、その旨の警告（例えば、露光装置
１１が備えるコンソールの表示装置に表示し、警告灯を
点灯し、あるいは警告音を鳴動する等）を発するように
するとよい。

【００５６】副干渉計４３による第１計測光５５，５５
及び第２計測光５６，５６の配置を、基準部材４４との
関係で、上述したような所定の関係となるように設定し
たのは、基準部材４４が傾いて設置された場合に生じる
誤差（コサイン誤差）を小さくすることができるからで
ある。これを図４（ａ）〜図４（ｄ）を参照して詳細に
説明する。

【００５７】図４（ａ）及び図４（ｂ）は基準部材４４
を図２においてＸ軸方向から見た図である。図４（ａ）
は基準部材４４が正しく設置された状態を示し、図４
（ｂ）は基準部材４４がＹＺ面内で（即ち、Ｘ軸周り
に）僅かに回転して設置された状態を示している。図４
（ｃ）及び図４（ｄ）は基準部材４４の第２板状部５２
の位置を図示のように若干変更した基準部材４４’を用
い、第１反射面を計測する一対の光ビーム５５’，５
５’を含む面と第２反射面を計測する一対の光ビーム５
６’，５６’を含む面とを略平行に設定した場合を示し
ており、図４（ｃ）は基準部材４４’が正しく設置され
た状態を示し、図４（ｄ）は基準部材４４’が図４
（ｂ）と同様にＹＺ面内で僅かに回転して設置された状
態を示している。

【００５８】図４（ｂ）においては、光ビーム５５の一
方（上側）と光ビーム５５の他方（下側）の光路長に差
が生じるが、これらを平均することにより、誤差は相殺
される。これに対して、図４（ｄ）においては、光ビー
ム５５’，５５’は、図４（ｃ）の場合と比較して光路
長が双方共に長くなり、誤差が相殺されることはない。
従って、本実施形態のような構成・配置とすることが誤
差低減の観点から有利であることが理解される。

【００５９】この計測装置３３が備える制御系の概略が
図５に示されている。即ち、この計測装置３３は、記憶
装置（メモリ）５７及びマイクロコンピュータからなる
計測制御装置（校正装置を含む）５８を備えて構成され
ており、計測制御装置５８には主干渉計４１，４２によ
るステージ２９のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置について
の計測結果並びに副干渉計４３による基準部材４４のみ
かけの寸法についての計測結果が供給されるようになっ
ている。

【００６０】また、基準部材４４の第１反射面５３と第
２反射面５４との間の基準寸法は、環境条件を極めて厳
密に管理した基準環境（例えば、温度を２０℃、気圧を
１気圧、気体の組成を空気（例えば、窒素７８％、酸素
２１％、その他１％）とする）下で、精密測長器により
あるいは当該副干渉計４３により予め計測されている。
そして、この基準寸法は、計測制御装置５８の記憶装置
５７に記憶保持されている。

【００６１】計測制御装置５８は、副干渉計４３により
計測された基準部材４４のみかけの寸法と記憶装置５７
に記憶された基準部材４４の基準寸法とに基づいて、現
在の環境状態における誤差を補償するための校正値（例
えば、単位寸法当たりの誤差量）を算出し、主干渉計４
２による計測結果を該校正値によって校正した値をＹ軸
方向のステージ２９の現在位置としてステージコントロ
ーラ２８に供給する。なお、この実施形態では、計測制
御装置５８は、Ｘ軸方向の主干渉計４１についての計測
結果は校正せずにそのままＸ軸方向のステージ２９の現
在位置としてステージコントローラ２８に供給する。ス
テージコントローラ２８は、計測装置３３から供給され
たステージ２９のＸ軸方向の現在位置及びＹ軸方向の現
在位置に基づいて、ステージ駆動装置３４を介してウエ
ハステージ２９の移動を制御する。

【００６２】図２において、５９は空調装置であり、空
調装置５９はフィルタを備え、この露光装置が収容され
るチャンバ内に温度調節された清浄な空気を供給する。
この空調装置５９による送風によってチャンバの一の側
面からこれに対向する他の側面に向かう空気流６０が生
成される。該空調装置５９の送風口に対して該露光装置
（ステージ２９）を挟んで対向する位置に空気の排出口
を設けてもよい。

【００６３】この実施形態では、空調装置５９によって
生成される空気流６０は、Ｘ軸方向に沿って生成される
ように空調装置５９の送風口等を配置している。そし
て、基準部材４４はその第２板状部５２がＸＹ面に平行
となるように設けられている。即ち、空調装置５９によ
る空気流６０に沿うように設けられている。これは、基
準部材４４をＹＺ面に平行となるように設けると、空気
流６０を遮ることになり、空気流６０の流れが乱れてし
まい、レーザ干渉計４２，４３の計測光の光路上の空気
の入れ換えを円滑に行うことができない場合があるの
で、これを防止するためである。

【００６４】なお、図２に示されているように、本実施
形態では、主干渉計４２の計測光４５の光路よりも上流
側（空調装置５９の送風口側）に基準部材４４を計測す
るための副干渉計４３の光路５５，５６を配置してお
り、このように配置するのが望ましい。即ち、基準部材
４４の計測時に副干渉計４３の計測光５５，５６の光路
を含む空間にあった空気が主干渉計４２の計測光４５の
光路を含む空間に至るまでの時間差に相当する時間だけ
遡った時点での副干渉計４３による計測結果を用いて主
干渉計４２による計測結果を校正するようにすれば、基
準部材４４の計測時の空気の屈折率とステージ２９の計
測時の空気の屈折率とをより接近させることができ、校
正後の計測結果をさらに高精度化することができるから
である。

【００６５】上述した実施形態では、Ｘ軸方向の主干渉
計４１による計測結果については、特別に校正を行わな
いものとしたが、Ｙ軸方向の主干渉計４２による計測結
果と同様に、副干渉計４３による計測結果に基づいて校
正するようにしてもよい。また、副干渉計４３と同様の
副干渉計及び基準部材４４と同様の基準部材を別途独立
的にＸ軸方向の主干渉計４１に隣接して設けて、当該副
干渉計の計測結果に基づいてＸ軸方向の主干渉計４１の
計測結果を校正するようにしてもよい。さらに、Ｙ軸方
向の主干渉計４２はＸＹ平面とほぼ平行な２本の計測光
４５によってウエハステージ２９（ウエハＷ）のＹ座標
とＺ軸回りの回転量（ヨーイング量）との両方を計測で
きるものとしたが、その２本の計測光４５に対してＺ軸
方向に離れ、かつ平行に照射されるもう１本の計測光４
５を加え、ウエハステージ２９のＸ軸回りの回転量（ピ
ッチング量）を計測可能としてもよい。同様に、Ｘ軸方
向の主干渉計４１で計測光４６に対してＺ軸方向に離
れ、かつ平行に照射されるもう１本の計測計４６を加
え、ウエハステージ２９のＹ軸回りの回転量（ローリン
グ量）を計測可能としてもよい。なお、主干渉計４１、
４２でそれぞれ用いる計測光の本数はこれらに限られる
ものではなく任意で構わない。なお、前述の実施形態で
は第１板状部５１がウエハステージ２９や反射鏡３２と
は別の部材となっていたが、例えばウエハステージ２９
の一部の端面を鏡面加工するなどして第１反射面５３と
してもよい。

【００６６】レチクルステージ２４の位置を計測する計
測装置２７については、上述したウエハステージ２９の
位置を計測する計測装置３３と同様であるので、その説
明は省略する。なお、この場合において、レチクルＲを
Ｘ軸方向に移動しない構成である場合には、図２におい
て、主干渉計４１は省略されることになる。

【００６７】また、上述した実施形態では、基準部材４
４は環境状態（特に温度）の変化によりその基準寸法は
変化しないことを前提としており、このような理想的な
（熱膨張率がゼロのあるいは極めて小さい）基準部材は
上述したゼロデュア等によって実現可能であり、このよ
うな基準部材を用いることが望ましい。但し、基準部材
を熱膨張を伴う材料から製造した場合には、温度変化に
伴う第１反射面５３と第２反射面５４間の寸法の変化を
予め計測し、あるいは理論的に求め、位置計測時の基準
部材４４の温度又は環境温度を計測して、該環境温度に
応じて校正に用いる基準部材４４の基準寸法を補正する
ようにすればよい。

【００６８】ステージ２９の設置される環境について
は、上述の実施形態では、通常の空気が存在する環境を
前提として説明したが、空気以外の高純度ヘリウムや窒
素、その他の不活性ガスでパージされた環境下であって
も、同様に本発明を適用することができる。

【００６９】尚、以上説明した実施形態は、本発明の理
解を容易にするために記載されたものであって、本発明
を限定するために記載されたものではない。従って、上
記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範
囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨であ
る。

【００７０】例えば、上述した実施形態では、ステップ
・アンド・スキャン方式の縮小投影露光装置のレチクル
ステージ及びウエハステージの位置計測に本発明の計測
装置を適用したものを説明したが、ステップ・アンド・
リピート方式又はステップ・アンド・スティッチ方式の
縮小投影型露光装置やミラープロジェクション・アライ
ナーなど、いかなる方式の露光装置に対しても適用する
ことが可能である。

【００７１】また、半導体素子や液晶表示素子の製造に
用いられる露光装置だけでなく、プラズマディスプレ
イ、薄膜磁気ヘッド、及び撮像素子（ＣＣＤなど）、マ
イクロマシン、ＤＮＡチップなどの製造に用いられる露
光装置、及びレチクル又はマスクを製造するために、ガ
ラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写
する露光装置にも本発明を適用できる。即ち本発明は、
露光装置の露光方式や用途等に関係なく適用可能であ
る。

【００７２】本実施形態の露光装置の照明光ＩＬとして
は、ＫｒＦエキシマレーザに限定されず、ｇ線やｉ線、
ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ_２レーザから出射される光を
用いることができる。また、Ｘ線（ＥＵＶ光を含む）、
あるいはイオンビームや電子線などの荷電粒子線を用い
ることもできる。さらに、ＹＡＧレーザ又は半導体レー
ザなどの高調波発生装置などを用いてもよい。例えば、
ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振され
る赤外域、又は可視域の単一波長レーザを、エルビウム
（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープさ
れたファイバーアンプで増幅し、さらに非線形光学結晶
を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。
尚、単一波長発振レーザとしてはイットリビウム・ドー
プ・ファイバーレーザを用いる。

【００７３】投影光学系は縮小系のみならず等倍系ある
いは拡大系のいずれでもよい。さらに、投影光学系は屈
折系のみならず反射屈折系あるいは反射系のいずれでも
よい。

【００７４】前述した本発明の実施形態に係る露光装置
（図１）は、照明光源１２、照明光学系１３〜２１、レ
チクルステージ２４、ウエハステージ２９、投影光学系
ＰＬ、主干渉計４１，４２、副干渉計４３及び基準部材
４４を含む計測装置２７，３３等の図１及び図２に示さ
れた各要素が電気的、機械的、又は光学的に連結して組
み上げられた後、総合調整（電気調整、動作確認等）を
することにより製造される。尚、露光装置の製造は、温
度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行う
ことが望ましい。

【００７５】本発明の実施形態に係る露光装置を用いて
デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネ
ル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）を生
産するには、まず、設計ステップにおいて、デバイスの
機能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行
い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引
き続き、マスク製作ステップにおいて、設計した回路パ
ターンを形成したマスクを製作する。一方、ウエハ製造
ステップにおいて、シリコン等の材料を用いてウエハを
製造する。

【００７６】次に、ウエハプロセスステップにおいて、
上記ステップで用意したマスクとウエハを使用して、リ
ソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成
する。次いで、組立ステップにおいて、ウエハプロセス
ステップにおいて処理されたウエハを用いてチップ化す
る。この組立ステップには、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程が含まれる。最後に、検査ステップにおい
て、組立ステップで作製されたデバイスの動作確認テス
ト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た
後にデバイスが完成し、これが出荷される。

【００７７】なお、上述した実施形態は、露光装置のス
テージ（ウエハステージ、レチクルステージ）の計測装
置に本発明を適用したものを例示したが、露光装置以外
の他の装置に採用される可動ステージの位置計測に用い
る計測装置に適用することができる。また、そのような
可動ステージの位置を計測するものにも限定されず、レ
ーザ干渉計を用いて移動する物体を計測する計測装置で
あれば、どのような計測装置にも適用することができ
る。

【００７８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ステージ
等の被計測物体の位置を正確に計測することができ、高
精度計測を行うことができる計測装置及び微細パターン
を高精度で形成することができる露光装置を提供するこ
とができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る露光装置の全体構成
を示す図である。

【図２】本発明の実施形態に係る露光装置の要部構成
を示す図である。

【図３】本発明の実施形態に係る計測装置の基準部材
の構成を示す斜視図である。

【図４】基準部材の設置不良により生じる誤差につい
て説明するための図である。

【図５】本発明の実施形態に係る計測装置の制御系の
構成を示すブロック図である。

【図６】従来技術の基準部材の構成を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

Ｒ…レチクル（マスク）ＰＬ…投影光学系Ｗ…ウエハ（感光基板）１１…露光装置１２…照明光源２４…レチクルステージ２６…反射鏡２７…レチクルステージ用の計測装置２８…ステージコントローラ３２…反射鏡３３…ウエハステージ用の計測装置４１…Ｘ軸方向主干渉計４２…Ｙ軸方向主干渉計４３…副干渉計４４…基準部材４５，４６…計測用の光ビーム５１…第１板状部５２…第２板状部５３…第１反射面５４…第２反射面５５，５６…校正用の光ビーム５８…計測制御装置（校正装置）５８…記憶装置５９…空調装置６０…空気流れ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被計測物体に対して計測用の光ビームを
出射してその反射光を受光することにより該被計測物体
の位置に関する情報を計測する主干渉計を備えた計測装
置において、第１反射面を有する第１板状部、及び該第１板状部に立
設され、その先端に該第１反射面と平行な第２反射面を
有する第２板状部を有する基準部材と、前記第１反射面に向けて校正用の第１光ビームを出射し
てその反射光を受光するとともに、前記第２反射面に向
けて校正用の第２光ビームを出射してその反射光を受光
することにより、該第１反射面及び該第２反射面の位置
に関する情報を計測する副干渉計と、前記副干渉計により計測された計測結果に基づく前記第
１反射面及び前記第２反射面の相対位置の変化量に応じ
て前記主干渉計による計測結果を校正する校正装置とを
備えたことを特徴とする計測装置。
【請求項２】空調装置による気体の流れが存在する環
境に設置される計測装置であって、前記第２板状部が前記気体の流れに沿うように前記基準
部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の計測装
置。
【請求項３】前記第１光ビームは互いに平行する一対
の第１平行光で構成され、前記第２光ビームは互いに平
行する一対の第２平行光で構成され、該第１平行光及び
該第２平行光は、該第１平行光間の中心線と該第２平行
光間の中心線が一致し、且つ該第１平行光を含む面と該
第２平行光を含む面が直交するように配置されたことを
特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
【請求項４】被計測物体に対して計測光を出射してそ
の反射光を受光することにより該被計測物体の位置に関
する情報を計測する計測装置において、第１反射面を有する第１板状部、及び該第１板状部に立
設され、その先端に該第１反射面と平行な第２反射面を
有する第２板状部を有する基準部材と、前記第１反射面及び前記第２反射面に向けてそれぞれ計
測光を出射して各反射光を受光することにより、該第１
反射面及び該第２反射面の位置に関する情報を検出する
検出装置と、前記検出装置による検出結果に基づく前記第１反射面及
び前記第２反射面の相対位置の変化量に応じて前記被計
測物体の位置に関する情報を校正する校正装置とを備え
たことを特徴とする計測装置。
【請求項５】前記基準部材は非熱膨張性ないし低熱膨
張性を有する材料からなることを特徴とする請求項１〜
４のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項６】露光対象としての基板をパターンが形成
されたマスクを介して露光する露光装置において、前記基板及び前記マスクの少なくとも一方の位置に関す
る情報を計測するために、請求項１〜５のいずれか一項
に記載の計測装置を備えたことを特徴とする露光装置。