JP2005026615A - ステージ装置及び露光装置、計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステージの直交度を迅速に精度良く計測できるステージ装置を提供する。
【解決手段】 基板ステージＰＳＴは、ＸＹ平面に沿って移動可能であり、ＸＹ平面内での基準座標系であるＸＹ座標系に対する直交度を計測するための計測用マーク２が形成された基準部材１を備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ステージ装置及び露光装置、計測方法に関するものである。

液晶表示デバイスや半導体デバイス等のマイクロデバイスは、成膜処理、露光処理、及びエッチング処理等の所定のプロセス処理を複数回繰り返し、基板上に複数のパターンを積層することで製造されるが、露光処理においては、マスクに形成されているパターンを感光性の基板上に転写する露光装置が用いられる。露光装置は、マスクを支持して２次元移動するマスクステージと、基板を支持して２次元移動する基板ステージとを有し、マスク上に形成されたパターンをマスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながら投影光学系を介して基板に転写するものである。

露光処理においては、先に基板に形成されているパターンに対して次に積層すべきパターンの像を精度良く重ね合わせる必要があるため、基板上のショット領域と次層のパターンを有するマスクとの２次元方向の位置合わせ処理であるアライメント処理が行われる（下記特許文献１参照）。また、加熱を伴うプロセス処理により基板が伸縮し、初期状態から変形する場合があり、これにより先に基板に形成されているパターンに対して次に積層すべきパターンの像が位置ずれを起こす場合があるため、投影光学系の光学特性調整を行うことでパターンの像の位置ずれを補正するキャリブレーション処理が行われる（下記特許文献２参照）。

また、先に基板に形成されているパターンに対して次に積層すべきパターンの像が位置ずれを起こす他の要因として、ステージの直交度が挙げられる。そのため、直交度の計測を定期的に行い、直交度を補正する必要がある。従来における直交度の計測では、まず、基板上の例えば四隅の所定位置にマスクに形成されているマークが露光され、その後現像処理が行われる。次いで、そのマークを露光したときの状態に対して基板が９０°回転された状態で次のマークが重ね合わせられるように露光され、その後現像処理が行われる。そして、先に基板に形成されたマークと次層に形成されたマークとの相対位置の計測結果に基づいて直交度が求められていた。
特開平５−２１３１４号公報 特開平９−１３９３４０号公報

ところが、上述したような手順による直交度の計測方法では、基板に対する露光処理及び現像処理を少なくとも２回ずつ行う必要があるため、作業性が低く、スループット向上の妨げになっていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ステージの直交度を迅速に精度良く計測できるステージ装置及びこのステージ装置を備えた露光装置、並びに直交度を計測する計測方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため本発明は、実施の形態に示す図１〜図１６に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明のステージ装置（ＰＳＴ）は、所定の平面（ＸＹ平面）に沿って移動可能なステージ装置において、平面（ＸＹ平面）内での基準座標系（ＸＹ座標系）に対する直交度を計測するための計測用マーク（２）が形成された基準部材（１）を備えたことを特徴とする。
本発明の露光装置（ＥＸ）は、マスクステージ（ＭＳＴ）に支持されたマスク（Ｍ）のパターンを基板ステージ（ＰＳＴ）に支持された基板（Ｐ）に露光する露光装置において、マスクステージ（ＭＳＴ）及び基板ステージ（ＰＳＴ）の少なくともいずれか一方は、上記記載のステージ装置により構成されていることを特徴とする。
本発明の計測方法は、所定の平面（ＸＹ平面）に沿って移動可能なステージ装置（ＰＳＴ）の平面（ＸＹ平面）内での基準座標系（ＸＹ座標系）に対する直交度を計測する計測方法において、ステージ装置（ＰＳＴ）上に直交度を計測するための計測用マーク（２）が形成された基準部材（１）を設け、計測用マーク（２）の位置情報を計測し、該計測結果に基づいて直交度を求めることを特徴とする。

ここで、直交度とは、ＸＹ平面内での基準座標系（ＸＹ座標系）に対する誤差量であって、移動するステージ装置のＸ軸（あるいはＹ軸）に対するずれ角θをいう。

本発明によれば、直交度を計測するための計測用マークが形成された基準部材を設けたので、従来のように露光及び現像処理などをすることなく、基準部材に形成された計測用マークを使ってステージ装置の直交度を迅速に精度良く計測することができる。そして、計測した直交度情報に基づいてステージ装置の移動を補正することで、基板に転写されるパターン像の劣化を防止でき、所望の性能を有するデバイスを製造することができる。

以下、本発明のステージ装置及び露光装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明のステージ装置を備えた露光装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴと、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンを基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐに投影露光する投影光学系ＰＬと、マスクステージＭＳＴの位置情報を計測するステージ計測装置を構成するレーザ干渉計４１と、基板ステージＰＳＴの位置情報を計測するステージ計測装置を構成するレーザ干渉計４３と、基板ステージＰＳＴ上に設けられ、直交度を計測するための計測用マーク２が形成された基準部材１と、基準部材１上の計測用マーク２及び基板Ｐ上に設けられたアライメントマークを計測するマーク計測装置１０と、露光装置ＥＸ全体の動作を統括制御する制御装置ＣＯＮＴと、制御装置ＣＯＮＴに接続した記憶装置ＭＲＹとを備えている。

本実施形態では、露光装置として基板上にマスクＭのパターン全体を同時に転写する一括型露光装置（所謂ステッパ）を使用する場合を例にして説明する。以下の説明において、水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と垂直な方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわり方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。また、ここでいう「基板」はガラスプレートあるいはウエハ上にフォトレジストを塗布したものを含み、「マスク」は基板上に投影されるデバイスパターンを形成されたレチクルを含む。

照明光学系ＩＬは、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明するものであり、光源、光源から射出された光束の照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレータからの露光光ＥＬを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、露光光ＥＬによるマスクＭ上の照明領域を設定する視野絞り等を有している。マスクＭ上の所定の照明領域は照明光学系ＩＬにより均一な照度分布の露光光ＥＬで照明される。照明光学系ＩＬから射出される露光光ＥＬとしては、例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ）などが用いられる。

マスクステージ（ステージ装置）ＭＳＴは、マスクＭを支持するものであって、ＸＹ平面（所定の平面）に沿って２次元移動可能及びθＺ方向に微小回転可能である。マスクステージＭＳＴは、例えば真空吸着によりマスクＭを保持する。マスクステージＭＳＴはリニアモータ等のマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤにより駆動される。マスクステージ駆動装置ＭＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。マスクステージＭＳＴには移動鏡４０が設けられ、移動鏡４０に対向する位置にはレーザ干渉計４１が設けられている。マスクステージＭＳＴ上のマスクＭの２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計４１によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計４１の計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤを駆動することでマスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭの位置決めを行う。

投影光学系ＰＬは、複数の光学素子（レンズ）で構成されており、これら光学素子は鏡筒で支持されている。投影光学系ＰＬは、投影倍率が例えば１／４あるいは１／５の縮小系であってもよいし、等倍系及び拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系ＰＬは光学特性（結像特性）の補正を行う結像特性制御装置ＰＬＣを有している。この結像特性制御装置ＰＬＣは、例えば投影光学系ＰＬを構成する一部のレンズ群の間隔調整機構や一部のレンズ群のレンズ室内の気体圧力調整機構を有しており、これら調整を行うことにより、投影光学系ＰＬの投影倍率、歪曲収差等の光学特性の補正を行う。結像特性制御装置ＰＬＣは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。

基板ステージ（ステージ装置）ＰＳＴは、基板Ｐを支持するものであって、ＸＹ平面（所定の平面）に沿って２次元移動可能及びθＺ方向に微小回転可能である。更に、基板ステージＰＳＴはＺ軸方向に移動可能であるとともに、θＸ、θＹ方向にも移動可能であり、支持した基板Ｐのレベリング制御を行うことができる。基板ステージＰＳＴはリニアモータ等を備える基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤにより駆動される。基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。基板ステージＰＳＴ上には移動鏡４２が設けられている。また、移動鏡４２に対向する位置にはレーザ干渉計４３が設けられている。

図２は基板ステージＰＳＴの平面図である。移動鏡４２は、Ｘ軸に垂直な反射面を有するＸ移動鏡４２Ｘ及びＹ軸に垂直な反射面を有するＹ移動鏡４２Ｙにより構成されている。レーザ干渉計４３は、Ｘ軸に沿ってＸ移動鏡４２Ｘに測長ビームを照射するＸレーザ干渉計４３Ｘ及びＹ軸に沿ってＹ移動鏡４２Ｙに測長ビーム照射するＹレーザ干渉計４３Ｙにより構成されている。レーザ干渉計４３Ｘ、４３Ｙは移動鏡４２Ｘ、４２Ｙの反射面に向けて測長ビームを照射し、その反射光を受光して基準面に対する相対変位を計測することにより、基板ステージＰＳＴのＸ軸方向及びＹ軸方向における位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を計測する。また、Ｘ軸用及びＹ軸用の一方について２個のレーザ干渉計を並列配置することにより、これら２つの計測値の差から基板ステージＰＳＴのθＺ方向の回転角が計測される。更に、Ｘ軸用（Ｙ軸用）のレーザ干渉計４３Ｘ（４３Ｙ）がＺ軸方向に並ぶ２つの光軸の測長ビームを照射することにより、これら２つの計測値の差から基板ステージＰＳＴのθＹ（θＸ）方向の回転角が計測される。これらレーザ干渉計４３による基板ステージＰＳＴのＸ座標、Ｙ座標及び回転角などの位置情報の計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴは位置情報をモニタしつつ基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介して基板ステージＰＳＴの位置を制御する。なお、マスクステージＭＳＴにも複数のレーザ干渉計を有するシステムを搭載可能であり、マスクステージＭＳＴ（マスクＭ）のＸ座標、Ｙ座標及び回転角等の位置情報が計測され、これら計測結果は制御装置ＣＯＮＴへ出力される。

基板ステージＰＳＴ上面のうち基板Ｐが保持される以外の所定位置には、基板ステージＰＳＴのＸＹ平面内での基準座標系（ＸＹ座標系）に対する直交度を計測するための計測用マーク２を有する基準部材１が設けられている。本実施形態において、基準部材１は基板ステージＰＳＴの＋Ｘ側端部においてＹ軸方向に関して略中央部に設けられ、Ｘレーザ干渉計４３Ｘのほぼ測定軸上に配置された構成となっている。基準部材１は平面視矩形状であって例えば石英やセラミックスなど熱膨張係数の小さい材料により形成されている。基準部材１の表面（上面）１Ａは平坦面であり、基板ステージＰＳＴに保持された基板Ｐの表面とＺ軸方向に関して略同じ位置（高さ）になるように設けられている。また、基準部材１の表面１ＡとＸＹ平面とはほぼ平行となっている。なお、基準部材１の平面視の大きさは例えば１００ｍｍ×１８０ｍｍ程度である。

ここで、直交度とは、ＸＹ平面内での基準座標系（ＸＹ座標系）に対する誤差量であって、移動するステージ装置のＸ軸（あるいはＹ軸）に対するずれ角θをいう。直交度誤差の発生は、例えばレーザ干渉計４３による位置計測に使う移動鏡４２の反射面が前記基準座標系に対してずれていたり、あるいは環境変動（温度変動）やステージ移動時に衝撃が作用すること等に起因する。制御装置ＣＯＮＴは、レーザ干渉計４３の計測結果をモニタしつつ基板ステージＰＳＴを移動するため、例えばＸ移動鏡４２Ｘの反射面が基準座標系のＹ軸（真のＹ軸）に対してθずれていると、基板ステージＰＳＴは真のＹ軸に沿って移動せずに、真のＹ軸に対してθずれた状態で移動する。このように、ステージ装置のＸ軸移動方向とＹ軸移動方向とが垂直にならずに、垂直（９０°）に対してずれるずれ角θを直交度という。

図３は計測用マーク２を備えた基準部材１の拡大図である。図３において、計測用マーク２は、基準部材１の表面１Ａにおいて、Ｘ軸方向に関して所定間隔で複数並んで設けられた第１のマーク群２Ａと、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に関して所定間隔で複数並んで設けられた第２のマーク群２Ｂとを備えている。本実施形態において、計測用マーク２のそれぞれは十字型であり、第１のマーク群２Ａは５つのマークにより構成され、第２のマーク群２Ｂは７つのマークにより構成されている。そして、第１のマーク群２Ａの中央部と第２のマーク群２Ｂの中央部とが交差するように、その配列も十字状となっている。この複数の計測用マーク２の基準部材１上での位置情報（配列情報）は、設計値として記憶装置ＭＲＹ（あるいは制御装置ＣＯＮＴ）に予め記憶されている。つまり、記憶装置ＭＲＹは、基準部材１上での所定位置（基準位置）Ｏに対する計測用マーク２それぞれの位置情報を予め記憶している。

なお、マーク形状としては十字型に限らず、例えばボックス型等でもよい。あるいは回折格子であってもよい。また、マーク群の数も任意に設定可能であり、第１、第２のマーク群２Ａ、２Ｂのそれぞれは少なくとも２つずつ（全部で４つ）あればよい。なお、１つのマークは例えば４００μｍ×４００μｍ程度の大きさである。

図１に戻って、露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬと並んで設けられたマーク計測装置（基板アライメント装置）１０を備えている。マーク計測装置１０は矩形状の計測領域１０Ａ（図３参照）を備えており、例えばハロゲンランプから射出される波長５５０〜７５０ｎｍ程度の計測光を、基準部材１上の計測用マーク２に照射し、基準部材１の表面１Ａと共役な面に配置される指標マークの像と、計測領域１０Ａ内にある計測用マーク２の像とを撮像素子（ＣＣＤ）で検出する。

ところで、マーク計測装置１０は、オフ・アクシス（Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ）方式の基板アライメント装置を兼ねている。基板アライメント装置（マーク計測装置）１０は、計測光を基板Ｐ上に設けられているアライメントマークに照射し、基板Ｐの表面と共役な面に配置される指標マークの像と、計測領域１０Ａ内にあるアライメントマークの像とを撮像素子（ＣＣＤ）で検出する。基板Ｐ上のアライメントマークはマスクＭに形成されているマークを投影光学系ＰＬを介して転写することで形成される。制御装置ＣＯＮＴは、基板アライメント装置１０を用いて、マスクＭのパターン像と基板Ｐのショット領域とをアライメントした後、マスクＭのパターン像を基板Ｐ上の各ショット領域に逐次転写する。

また、露光装置ＥＸは、基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐの表面（被露光面）のＺ軸方向における位置を計測するフォーカス検出系４５を備えている。フォーカス位置検出系４５は、基板Ｐの表面に対して斜め方向から複数のスリットを介してスリット光を照射する送光系４５Ａと、基板Ｐの表面で反射した反射光をそれぞれ受光する受光系４５Ｂとを備えており、基板Ｐの表面での反射光から得られる検出信号に基づいて、投影光学系ＰＬの結像面に対する基板Ｐの表面のＺ軸方向における高さ位置を求める。フォーカス検出系４５の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴはフォーカス検出系４５の検出結果に基づいて、基板Ｐの表面を投影光学系ＰＬの焦点深度内に合わせ込む焦点合わせ動作を行う。

次に、基板ステージＰＳＴの直交度を計測する手順について説明する。
制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴを移動し、マーク計測装置１０の計測領域１０Ａ内に計測用マーク２を配置する。ここで、上述したように、記憶装置ＭＲＹには基準部材１での所定位置Ｏに対する計測用マーク２の位置情報が予め記憶されており、制御装置ＣＯＮＴは、記憶装置ＭＲＹに記憶されている計測用マーク２の位置情報に基づいて、基板ステージＰＳＴを移動してマーク計測装置１０の計測領域１０Ａ内に計測用マーク２を配置し、計測用マーク２を計測する。

このとき、マーク計測装置１０は、計測用マーク２のＸＹ方向の位置を正確に計測することを目的として、マーク計測装置１０を構成する光学系（アライメント光学系）の焦点に対して計測対象である計測用マーク２を合わせ込む焦点合わせ（以下、適宜「アライメントＡＦ」と称する）を行う。このアライメントＡＦは、アライメント光学系（撮像素子）の視野内（計測領域１０Ａ内）に計測用マーク２を配置した後、この計測用マーク２が形成された箇所を実際に光電検出することにより上記焦点合わせを行う。

マーク計測装置１０による計測用マーク２に対する計測動作と並行して、制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計４３を使ってこのときの基板ステージＰＳＴのＸＹ平面内での位置情報を計測する。制御装置ＣＯＮＴは、マーク計測装置１０のマーク計測結果と、レーザ干渉計４３のステージ位置計測結果とに基づいて、計測用マーク２のＸＹ座標系での位置情報（Ｘ座標及びＹ座標）を求める。そして、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴを移動しつつ複数の計測用マーク２のそれぞれについてマーク計測装置１０による計測動作を順次行い、複数の計測用マーク２それぞれの位置情報を求める。

ここで、基板ステージＰＳＴに直交度θがある場合、マーク計測装置１０が第２のマーク群２Ｂを計測する際に、基板ステージＰＳＴ（ひいては基準部材１）は、図４に示す矢印ＹＧ方向に移動する。そのため、マーク計測装置１０は、図５の模式図に示す状態で計測用マーク２の位置を計測することになる。

制御装置ＣＯＮＴは、計測したマーク位置情報に基づいて、角度θ（すなわち直交度）を求める。ここで、制御装置ＣＯＮＴは、複数の計測用マーク２それぞれの位置（配列）を例えば最小自乗法等を用いて直線近似し、正負を反転することで直交度θを求めることができる。制御装置ＣＯＮＴは、求めた直交度θに基づいて、露光処理時における基板ステージＰＳＴの移動を補正する補正量を求める。求めた補正量情報は記憶装置ＭＲＹに記憶される。

以上のようにして直交度θ及び補正量を求めた後（あるいは前に）、制御装置ＣＯＮＴは、マスクＭ及び基板Ｐのアライメント処理を行う。そして、制御装置ＣＯＮＴは、前記求めた補正量に基づいて基板ステージＰＳＴの移動を補正しつつ露光処理を行う。これにより、基板ステージＰＳＴは真のＹ軸（Ｘ軸）に沿って移動される。なお、露光時において基板ステージＰＳＴの移動を補正する際には、レーザ干渉計４３の出力値（位置情報）を補正し、この補正後の位置情報に基づいて基板ステージＰＳＴを移動してもよいし、レーザ干渉計４３の出力値を補正せずに、基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤの駆動量を補正するようにしてもよい。あるいは、レーザ干渉計４３の出力値及び基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤの駆動量の双方を補正するようにしてもよい。

以上説明したように、基板ステージＰＳＴ上に、直交度を計測するための計測用マーク２が形成された基準部材１を設けたので、基準部材１に形成された計測用マーク２を使って基板ステージＰＳＴの直交度を迅速に精度良く計測することができる。したがって、直交度の誤差に起因するパターンの歪みや基板上に複数のパターンを積層する際のパターンの重ね合わせ誤差の発生等の不都合を抑え、所望の性能を有するデバイスを効率良く製造することができる。

そして、直交度計測を迅速に行うことができるので、スループットを低下させることなく、計測装置１０、４３による計測動作を例えば１ロット毎、１日毎（あるいは１週間毎、１ヶ月毎）といったように、所定時間間隔毎に実行することができる。

ところで、基準部材１上に計測用マーク２を形成する際、製造誤差等により計測用マーク２が所望位置に形成されず、例えば第１のマーク群２Ａと第２のマーク群２Ｂとが直交しない状況が生じる可能性がある。その場合、計測用マーク２が形成された基準部材１を基板ステージＰＳＴ上に取り付ける前に、例えば光波干渉式座標測定機等のマーク配列を高精度に測定可能な測定装置を使って、基準部材１上での基準位置Ｏに対する計測用マーク２の位置情報を予め測定し、所望位置に対する計測用マーク２の位置誤差情報を求め、この位置誤差情報を記憶装置ＭＲＹに予め記憶させておくことができる。そして、制御装置ＣＯＮＴは、前記記憶された位置誤差情報（製造誤差情報）に基づいて、計測装置１０、４３を使って計測した直交度θを補正することができる。この場合、第１のマーク群２Ａと第２のマーク群２Ｂとは直交していなくても、基板ステージＰＳＴの直交度θを計測することができる。

なお、基板ステージＰＳＴに対して基準部材１がθＺ方向に位置ずれした状態で取り付けられる場合が考えられるが、基準部材１上において第１のマーク群２Ａと第２のマーク群２Ｂとが直交して配列されていれば、このマーク群の計測結果に基づく直交度情報に基づいて基板Ｐ上にパターンを露光することにより、基板Ｐ上に露光されるパターンは基板Ｐに対してθＺ方向に回転するだけであって、パターンの重ね合わせ誤差が生じたりパターンが歪むといった不都合は生じない。

また、基準部材１の表面１ＡとＸＹ平面とが平行になっていない状態で、すなわち基準部材１がθＸ方向あるいはθＹ方向に回転（傾斜）した状態で、マーク計測装置１０によるマーク計測動作が行われると、第１のマーク群２Ａと第２のマーク群２Ｂとの配列が見かけ上、直交しない計測結果を得る状況が生じる。このとき、制御装置ＣＯＮＴは、基準部材１の傾斜に基づく計測誤差を補正することができる。

以下、基準部材１の傾斜に基づく計測誤差の補正手順について説明する。まず、制御装置ＣＯＮＴは、上述した実施形態同様、基板ステージＰＳＴを移動しつつ複数の計測用マーク２のそれぞれをマーク計測装置１０で計測する。このとき、制御装置ＣＯＮＴは、上述したアライメントＡＦをするためのアライメントＡＦ機構を使って、各計測用マーク２をマーク計測装置１０で計測したときのその計測用マーク２のＺ軸方向に関する位置情報を求める。制御装置ＣＯＮＴは、マーク計測装置１０で計測した複数の計測用マーク２のＸＹ方向における位置情報と、その計測用マーク２のＺ軸方向における位置情報とに基づいて、基準部材１の表面１ＡのθＸ及びθＹ方向に関する回転量（角度）を求めることができる。

例えば、基準部材１の表面１ＡのθＸ方向に関する回転量をη、θＹ方向に関する回転量をφとしたときの回転後の座標（測定座標）を（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）、回転がないときの座標を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とした場合、

の関係が成り立つ。したがって、測定座標（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）から座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求めるには、以下の式を用いればよい。

上記（２）式を用いて基準部材１の回転（傾斜）による座標ずれを補正することで、直交度をより高精度に計測することができる。

なお、上記実施形態において、複数の計測用マーク２の全てをマーク計測装置１０を使って計測する必要はない。例えばＸ軸方向に複数並んで設けられた第１のマーク群２Ａのうちから少なくとも２つのマークを計測し、Ｙ軸方向に複数並んで設けられた第２のマーク群２Ｂのうちから少なくとも２つのマークを計測することにより、直交度情報を計測することができる。計測するマークの数を低減することにより、処理時間（計測時間）を短縮することができる。なお、複数並んで設けられた第１のマーク群（あるいは第２のマーク群）のうち、互いに最も離れた２つのマークのそれぞれを計測することで、直交度情報をより高精度に計測することができる。

なお、上記実施形態では、基板ステージＰＳＴの直交度を計測する場合を例にして説明したが、計測用マーク２を有する基準部材１をマスクステージＭＳＴに設け、上述した手順と同様の手順でマスクステージＭＳＴの直交度を計測することができる。

なお、上記基準部材１に設けられた計測用マーク２を、基板Ｐをアライメントする際やベースライン計測する際に用いる基準マーク（フィデューシャルマーク）として使ってもよい。もちろん、上記計測用マーク２を有する基準部材１と、フィデューシャルマークを有する基準部材とを別々に設けてもよい。

なお、図２に示す実施形態において、マーク計測装置１０は基板ステージＰＳＴの＋Ｘ側端部においてＹ軸方向に関して略中央部に設けられ、Ｘレーザ干渉計４３Ｘのほぼ測定軸上に配置された構成となっているが、Ｙレーザ干渉計４３Ｙの測定軸に配置されていない構成となっている。そこで、Ｘ軸方向に関してマーク計測装置１０とほぼ同じ位置にＹレーザ干渉計を別に設け、このＹレーザ干渉計の測定軸上にマーク計測装置１０が配置されるようにし、このＹレーザ干渉計の計測結果を直交度計測に用いるようにしてもよい。こうすることによりアッベ誤差を低減できる。

なお、上記実施形態において、基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。また、ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニットと電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。基板ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。

以下、図６〜図１２を参照しながら、計測用マーク２の配列の他の例について説明する。以下の説明において、上述した実施形態と同一又は同等の構成部分についてはその説明を簡略もしくは省略する。図６において、Ｘ軸方向に複数並んで設けられた第１のマーク群２Ａと、Ｙ軸方向に複数並んで設けられた第２のマーク群２Ｂとは、その端部どうしが交差するように配置されており、全体としてその配列がＬ字状となっている。図６に示す例では、第１のマーク群２Ａは６つのマークにより構成され、第２のマーク群２Ｂは７つのマークにより構成されている。このような計測用マーク２であっても直交度を計測することができる。なお、その配列がＬ字状である場合には、図７に示すように、計測用マーク２を、Ｘ軸及びＹ軸方向のそれぞれに２つずつ（全部で３つ）配置することで、直交度を計測することができる。図８において、計測用マーク２は格子状に複数設けられている。図８に示す例では、計測用マーク２は７行５列設けられており、第１のマーク群２Ａが７組設けられ、第２のマーク群２Ｂが５組設けられた構成となっている。この計測用マーク２を備えた基準部材１によれば、複数の第１、第２のマーク群のうち任意の第１、第２のマーク群の組み合わせを使って直交度情報を計測し、計測した複数の直交度情報の例えば平均値を、基板ステージＰＳＴの直交度情報とすることができる。

複数の計測用マーク２は互いに分離している必要はなく、図９に示すようにその一部が連続していてもよい。図９に示す例では、ラインパターンが交差する計測点２ＴがＸ軸方向に複数（６点）並んで設けられて第１のマーク群２Ａを構成しており、Ｙ軸方向に関しても計測点２Ｔが複数（７点）並んで設けられて第２のマーク群２Ｂを構成している。

第１のマーク群２Ａ及び第２のマーク群２Ｂを１つの基準部材１に設けることにより、基板ステージＰＳＴに対する取り付け誤差に起因する直交度計測精度の低下を防止できるので好ましいが、図１０に示すように、第１のマーク群２Ａを第１の基準部材１Ｘに形成し、第２のマーク群２Ｂを第１の基準部材１Ｘとは別の第２の基準部材１Ｙに設けるようにしてもよい。この場合、基板ステージＰＳＴに対する取り付け誤差に起因する第１、第２の基準部材１Ｘ、１Ｙの相対位置変化を防止するために、石英やセラミックス等の熱膨張係数の低いベース部材１Ｂに対して第１、第２の基準部材１Ｘ、１Ｙを取り付け、これのベース部材１Ｂを基板ステージＰＳＴに取り付けることで、第１、第２の基準部材１Ｘ、１Ｙの相対位置変化の発生を抑えることができる。

上記各実施形態において、基準部材１は平面視矩形状であったが、図１１に示すように例えば平面視Ｌ字状など、基板ステージＰＳＴ上の設置可能スペースに応じた形状であってもよく、またその設置位置も任意に設定可能である。あるいは図１２に示すように、ステージ位置計測に用いる移動鏡４２の上面に計測用マーク２を設ける構成であってもよい。なおこの場合、Ｘ移動鏡４２ＸとＹ移動鏡４２Ｙとは互いに連続した部材（同一部材）であることが好ましい。

なお、上記各実施形態において、第１（第２）のマーク群のうち互いに最も離れた位置どうしのマーク間の距離が大きいほうが、すなわち基準部材１が大きくマーク測定範囲がより大きいほうが、直交度をより高精度に計測することができる。一方で、基準部材１が大きすぎると熱などの影響により基準部材１自体の変形が大きくなり、それに伴って計測用マーク２の位置変動が大きくなるので、基準部材１の周辺環境などに応じてその大きさや材質を決定することが好ましい。

次に、本発明の第２実施形態として、基準部材１を備えた基板ステージＰＳＴを走査型露光装置に適用した例について説明する。図１３は走査型露光装置の一例を示す概略斜視図であって、複数並んだ投影光学系を有する走査型露光装置（所謂マルチレンズスキャン型露光装置）の一例を示す図である。
図１３に示す露光装置ＥＸにおいて、投影光学系ＰＬは複数（７つ）の投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇにより構成され、この投影光学系ＰＬ（ＰＬａ〜ＰＬｇ）に対してマスクＭと基板ＰとをＸ軸方向に同期移動しつつマスクＭを露光光ＥＬで照明することにより、マスクＭのパターン像が基板Ｐに露光される。また、照明光学系ＩＬは、投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇに対応して複数（７つ）設けられた照明系モジュールを備えている。投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇのそれぞれは定盤１５０に支持されており、定盤１５０は不図示のコラム（支持構造体）にキネマティックに支持されている。複数の投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇのうち投影光学モジュールＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅ、ＰＬｇがＹ軸方向に並んで配置され、投影光学モジュールＰＬｂ、ＰＬｄ、ＰＬｆがＹ軸方向に並んで配置されている。また、Ｙ軸方向に並んだ投影光学モジュールＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅ、ＰＬｇと、Ｙ軸方向に並んだ投影光学モジュールＰＬｂ、ＰＬｄ、ＰＬｆとはＸ軸方向において対向するように配置されており、全体で千鳥状に配置されている。定盤１５０の中央部には開口部１５０Ａが形成されており、この開口部１５０Ａにより投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇそれぞれの露光光ＥＬの光路が確保されている。基板Ｐ上での投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇの投影領域５０ａ〜５０ｇのそれぞれは、所定形状（台形形状）に設定され、投影領域５０ａ、５０ｃ、５０ｅ、５０ｇと、投影領域５０ｂ、５０ｄ、５０ｆとが、Ｘ軸方向に対向して配置されている。さらに、投影領域５０ａ〜５０ｇは、隣り合う投影領域の端部どうしがＹ軸方向に重なり合うように並列配置される。

マスクステージＭＳＴ上のＸ軸及びＹ軸方向のそれぞれの端縁には、直交する方向に移動鏡３２ａ、３２ｂがそれぞれ設置されている。Ｘ移動鏡３２ａにはＸレーザ干渉計Ｍｘ１、Ｍｘ２が対向して配置され、Ｙ移動鏡３２ｂにはＹレーザ干渉計Ｍｙ１が対向して配置されている。基板ステージＰＳＴ上のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの端縁には、直交する方向に移動鏡３４ａ、３４ｂがそれぞれ設置されている。Ｙ軸方向に延在するＸ移動鏡３４ａには、複数、本実施形態では２つのＸレーザ干渉計Ｐｘ１、Ｐｘ２が対向して配置されている。また、Ｘ軸方向に延在するＹ移動鏡３４ｂには、複数、本実施形態では３つのＹレーザ干渉計Ｐｙ１、Ｐｙ２、Ｐｙ３が対向して配置されている。ここで、複数のレーザ干渉計Ｐｙ１〜Ｐｙ３のそれぞれは、Ｘ軸方向に沿って等間隔に並べで配置されている。制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴのＹ軸方向における位置を検出する際、基板ステージＰＳＴの移動に応じて、すなわち、基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴのＸ軸方向における位置に応じて、複数のレーザ干渉計Ｐｙ１〜Ｐｙ３のうち位置検出に用いるレーザ干渉計を切り替えるようになっている。

本実施形態において、基板ステージＰＳＴ上の基準部材１に設けられた計測用マーク２を計測するためのマーク計測装置は、２列に配置されている投影光学モジュールＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅ、ＰＬｇと、投影光学モジュールＰＬｂ、ＰＬｄ、ＰＬｆとの間で基板Ｐに対向するように設けられたマーク検出系ＡＬ（ＡＬ１〜ＡＬ６）により構成されている。マーク検出系ＡＬ（ＡＬ１〜ＡＬ６）は、基板Ｐ上に設けられた複数の基板アライメントマークに応じて設けられており、Ｙ軸方向に複数並んで配置されている。

また、２列に配置されている投影光学系ＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅ、ＰＬｇと、投影光学系ＰＬｂ、ＰＬｄ、ＰＬｆとの間には、基板Ｐに対向し、この基板ＰのＺ軸方向における位置を検出する基板側オートフォーカス検出系（ＡＦ検出系）６０と、マスクＭに対向し、このマスクＭのＺ軸方向における位置を検出するマスク側オートフォーカス検出系７０とが設けられている。基板側ＡＦ検出系６０及びマスク側ＡＦ検出系７０のそれぞれも、Ｙ軸方向に複数並んで配置されている。ここで、複数のマーク検出系ＡＬ、基板側ＡＦ検出系６０、及びマスク側ＡＦ検出系７０は、ハウジングＨに支持されてユニット化されている。以下の説明において、ハウジングＨに支持されたＡＦ検出系６０、７０、及びマーク検出系ＡＬを、適宜「アライメントユニットＵ」と称する。

図１４はアライメントユニットＵの斜視図である。また、図１５はアライメントユニットＵのうちマーク検出系ＡＬ、及び基板側ＡＦ検出系６０と、基板Ｐとの位置関係を説明するための図である。図１４に示すように、マーク検出系ＡＬ（ＡＬ１〜ＡＬ６）は、非走査方向であるＹ軸方向に複数、本実施形態では６つ並んで配置されている。一方、基板Ｐには、図１５に示すように、アライメント処理に用いられる複数のアライメントマーク（基板アライメントマーク）ｍ１〜ｍ６が設けられている。本実施形態において、基板Ｐ上にはＹ軸方向に６つ並んだアライメントマークｍ１〜ｍ６がＸ軸方向の６箇所に間隔をおいて形成されており、全部で３６個のアライメントマークが形成されている。そして、マーク検出系ＡＬ１〜ＡＬ６は、複数のアライメントマークｍ１〜ｍ６に応じて設けられている。マーク検出系ＡＬ１〜ＡＬ６はアライメントマークｍ１〜ｍ６のそれぞれに対向した状態で、これらアライメントマークｍ１〜ｍ６のそれぞれに対する計測動作を同時に行うことができるようになっている。

マーク検出系ＡＬ１〜ＡＬ６のＸ軸方向両側には、複数の基板側ＡＦ検出系６０（６０ａ〜６０ｇ）が設けられている。本実施形態において、基板側ＡＦ検出系は６０ａ〜６０ｇの７つ設けられている。基板側ＡＦ検出系６０ａ〜６０ｇは、基板ステージＰＳＴに支持された基板Ｐに対向する位置に設けられており、基板Ｐの露光面に直交する方向、すなわちＺ軸方向における位置をそれぞれ検出する。また、アライメントユニットＵには、複数のマスク側ＡＦ検出系７０（７０ａ〜７０ｄ）が設けられている。本実施形態において、マスク側ＡＦ検出系は７０ａ〜７０ｄの４つ設けられている。マスク側ＡＦ検出系７０ａ〜７０ｄは、マスクステージＭＳＴに支持されたマスクＭに対向する位置に設けられており、マスクＭのパターン形成面に直交する方向、すなわちＺ軸方向における位置をそれぞれ検出する。

また、本実施形態におけるマーク検出系ＡＬはオフアクシス方式であり、アライメント処理を行うに際し、マスクＭとマーク検出系ＡＬとの相対位置であるベースライン量が計測される。図１３に示すように、マスクＭにはベースライン計測用のマーク（マスク側ＡＩＳマーク）９０が設けられており、基板ステージＰＳＴにはベースライン計測用のマーク（基板側ＡＩＳマーク）９１を有する基準部材９２が設けられている。

そして、上述した第１実施形態同様、基板ステージＰＳＴを移動するとともに、基板ステージＰＳＴの位置情報をレーザ干渉計Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｙ１〜Ｐｙ３を使って計測しつつ、複数のマーク検出系ＡＬ１〜ＡＬ６のうち任意のマーク検出系を使って基準部材１上の複数の計測用マーク２のそれぞれを計測する。ここで、アッベ誤差を低減するために、複数のマーク検出系ＡＬ１〜ＡＬ６のうち、レーザ干渉計Ｐｘ１、ＰＸ２のほぼ計測軸上に配置されているマーク検出系ＡＬ３やＡＬ４を使ってマーク位置計測することが好ましい。

なお、上記各実施形態では、露光装置としてパターンを投影光学系を介して基板に露光する投影露光装置を例にして説明したが、ミラーを用いたミラープロジェクション型露光装置にも本発明を適用可能である。更に、本発明の適用は露光装置の一部を構成するステージ装置に限定されず、所定の平面（ＸＹ平面）に沿って２次元移動可能な全てのステージ装置に対して適用可能である。

上記各実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およ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。

半導体デバイスは、図１６に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板（ウエハ、ガラスプレート）を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりマスクのパターンを基板に露光し、この露光した基板を現像する基板処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。

本発明のステージ装置を備えた露光装置の第１実施形態を示す概略構成図である。 ステージ装置の平面図である。 計測用マークを備えた基準部材を示す図である。 直交度の計測動作を説明するための図である。 直交度の計測動作を説明するための図である。 計測用マークを備えた基準部材の他の例を示す図である。 計測用マークを備えた基準部材の他の例を示す図である。 計測用マークを備えた基準部材の他の例を示す図である。 計測用マークを備えた基準部材の他の例を示す図である。 計測用マークを備えた基準部材の他の例を示す図である。 計測用マークを備えた基準部材の他の例を示す図である。 計測用マークを備えた基準部材の他の例を示す図である。 本発明のステージ装置を備えた露光装置の第２実施形態を示す概略構成図である。 計測装置の一例を示す概略斜視図である。 計測装置と基板ステージとの配置関係を示す図である。 半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。

符号の説明

１…基準部材、２…計測用マーク、２Ａ…第１のマーク群、
２Ｂ…第２のマーク群、１０…マーク計測装置（計測装置）、
４３…レーザ干渉計（ステージ計測装置、計測装置）、
ＡＬ１〜ＡＬ６…マーク検出系（マーク計測装置）、ＣＯＮＴ…制御装置、
ＥＸ…露光装置、ＭＳＴ…マスクステージ（ステージ装置）、
ＭＲＹ…記憶装置、ＰＳＴ…基板ステージ（ステージ装置）

Claims (13)

1. 所定の平面に沿って移動可能なステージ装置において、
   前記平面内での基準座標系に対する直交度を計測するための計測用マークが形成された基準部材を備えたことを特徴とするステージ装置。
2. 前記計測用マークは、第１の方向に複数並んで設けられた第１のマーク群と、前記第１の方向と略直交する第２の方向に複数並んで設けられた第２のマーク群とを有することを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
3. マスクステージに支持されたマスクのパターンを基板ステージに支持された基板に露光する露光装置において、
   前記マスクステージ及び前記基板ステージの少なくともいずれか一方は、請求項１又は請求項２記載のステージ装置により構成されていることを特徴とする露光装置。
4. 前記計測用マークの位置情報を計測する計測装置と、
   前記計測装置の計測結果に基づいて前記直交度を求める制御装置とを備えたことを特徴とする請求項３記載の露光装置。
5. 前記計測装置は、前記計測用マークを計測するマーク計測装置と、
   前記ステージ装置の位置情報を計測するステージ計測装置とを含むことを特徴とする請求項４記載の露光装置。
6. 前記ステージ装置を移動しつつ前記計測装置の計測動作を行うことを特徴とする請求項４又は５記載の露光装置。
7. 前記制御装置は、前記求めた直交度に基づいて、前記ステージ装置の移動を補正する補正量を求めることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項記載の露光装置。
8. 前記制御装置は、前記基準部材上での所定位置に対する前記計測用マークの位置情報を予め記憶しており、該位置情報に基づいて前記直交度を補正することを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項記載の露光装置。
9. 前記計測装置の計測動作を所定時間間隔毎に実行することを特徴とする請求項４〜８のいずれか一項記載の露光装置。
10. 所定の平面に沿って移動可能なステージ装置の前記平面内での基準座標系に対する直交度を計測する計測方法において、
    前記ステージ装置上に前記直交度を計測するための計測用マークが形成された基準部材を設け、前記計測用マークの位置情報を計測し、該計測結果に基づいて前記直交度を求めることを特徴とする計測方法。
11. 前記ステージ装置を移動するとともに、該ステージ装置の位置情報を計測しつつ前記計測用マークを計測し、該計測結果のそれぞれに基づいて前記直交度を求めることを特徴とする請求項１０記載の計測方法。
12. 前記基準部材上での所定位置に対する前記計測用マークの位置情報を予め求め、該位置情報に基づいて前記直交度を補正することを特徴とする請求項１０又は１１記載の計測方法。
13. 前記計測用マークは、第１の方向に計測点が複数並んで設けられた第１のマーク群と、前記第１の方向と略直交する第２の方向に計測点が複数並んで設けられた第２のマーク群とを有することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項記載の計測方法。

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