JPH10106938A

JPH10106938A - 露光装置

Info

Publication number: JPH10106938A
Application number: JP8275411A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】固定鏡の位置変動及び回転に起因するマスク
のパターンと感光基板との重ねあわせ精度の劣化を抑制
ないしは防止する。【解決手段】局所温調機構（４０、４２）により、固
定鏡３６又はその取り付け部３８を局所的に恒温化する
ことにより、例えば固定鏡３６又はその取付け部３８に
熱変形が生ずるのを未然に防止することができ、これに
より固定鏡３６の位置変動及び回転に起因するレーザ干
渉計システム５０による基板ステージ１６の位置の計測
誤差の発生を抑制ないしは回避することができ、結果的
に基板ステージ１６の位置決め精度を向上させ、ひいて
はマスクＲのパターンと感光基板Ｗとの重ねあわせ精度
の劣化を抑制ないしは防止することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置に係り、
更に詳しくは、半導体集積回路，液晶ディスプレイ等の
微細回路パターン等のフォトリソグラフィ工程で使用さ
れる露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル等（以下、「レチクル」と総称する）のパターン
の像を投影光学系を介して感光材が塗布されたウエハ又
はガラスプレート等の基板（以下、「ウエハ」と総称す
る）上の各ショット領域に投影する投影露光装置が使用
されている。この種の投影露光装置として近年は、ウエ
ハを２次元的に移動自在なステージ上に載置し、このス
テージによりウエハを歩進（ステッピング）させて、レ
チクルのパターンの像をウエハ上の各ショット領域に順
次露光する動作を繰り返す、所謂ステップ・アンド・リ
ピート方式の露光装置、特に、縮小投影型の露光装置
（ステッパー）が比較的多く用いられている。

【０００３】例えば、半導体素子はウエハ上に多数層の
回路パターンを重ねて露光することにより形成される。
そして、２層目以降の回路パターンをウエハ上に投影露
光する際には、ウエハ上の既に形成された回路パターン
とレチクルのパターンの像との位置合わせ、即ちウエハ
とレチクルとの位置合わせ（アライメント）を精確に行
う必要がある。このアライメントのためにウエハ上には
既存の回路パターンと共に位置検出用のマーク（アライ
メントマーク）が形成されており、このマークをアライ
メントセンサにより位置検出することで回路パターンの
位置を正確に認識することができる。

【０００４】ウエハが載置されるステージ（以下、「ウ
エハステージ」と称する）の位置は、レーザ干渉計を用
いて精密に計測され、アライメント時のステージの位置
を正確に計測すると共に、ウエハ上の各ショット領域を
正しく露光位置に合わせるようにステージ位置を合わせ
込んで、重ね合わせ露光が行われる。一般にレーザ干渉
計は、ウエハへの露光位置の中心を交点とする直交する
２軸の計測システムにより構成される。このように、露
光位置と干渉計計測軸が同一直線上であると、ウエハス
テージが微小回転しても、その回転誤差はレーザ干渉計
によるステージ座標計測値には影響せず、正確な位置計
測及び位置決めが可能である。

【０００５】ところで、現在使用されているアライメン
トセンサの方式としては、露光波長以外の光束でウエハ
上のマークの位置を検出する方式が一般的であり、ウエ
ハマーク検出光学系（アライメントセンサ）の一部とし
て投影光学系を使用する方式（以下、「ＴＴＬ（Throug
h The Lens）方式」と称する）や、専用の位置検出光学
系を使用する方式（以下「オフ・アクシス（off-Axis）
方式」と称する）がある。これらの方式では、レチクル
とウエハとを直接位置合わせするのではなく、投影露光
装置内（一般にはウエハステージ上）に設けた基準マー
クを介して間接的に位置合わせを行う。

【０００６】一例として、オフ・アクシス方式について
具体的に説明する。先ず、重ね合わせ露光に先立ってレ
チクル上の位置合わせマークのウエハステージ上への投
影像の位置に上記基準マークを位置合わせし、その時の
ウエハステージの位置を計測する。続いて、基準マーク
をウエハマーク検出光学系の下に移動し、ウエハマーク
検出光学系（アライメントセンサ）の検出基準に対して
位置合わせをし、この時にもウエハステージの位置を計
測する。これら２つのステージ位置の差をベースライン
量と呼び、上記のシーケンスをベースライン計測と呼
ぶ。

【０００７】ウエハへの重ね合わせ露光時には、ウエハ
上のアライメントマークをウエハマーク検出光学系に対
して位置合わせし、ウエハステージを、そのときのウエ
ハステージの位置からベースライン量だけずれた位置に
移動して露光を行うことで、ウエハ上の既存の回路パタ
ーンとレチクルパターンの像とを重ね合わせることがで
きる。

【０００８】しかしながら、露光装置の構成によっては
アライメントセンサによるマークの検出位置と露光位置
とが大きく（例えば数十ｍｍ）離れる場合もある。この
乖離の方向が、アライメントセンサの計測方向と一致し
ていれば特に問題はないが、計測方向と直交する方向に
乖離している場合には、マーク位置計測時にステージの
微小回転に伴う計測誤差が生じてしまう恐れがある。

【０００９】このため、このような構成の装置のレーザ
干渉計システムは、直交する２次元のステージ座標を計
測するのみでなく、ステージの回転量も計測できるよ
う、３軸以上の計測システムを有する構成となってい
る。そして、このうち２軸は互いに平行な計測軸であ
り、この２軸の計測値の差からステージの回転を計測で
きる。

【００１０】アライメント時のステージ回転が計測でき
れば、ステージ回転があっても、アライメント計測値を
そのステージ回転量分だけ補正することで、誤差のない
正確な位置計測が可能となる。

【００１１】また、ウエハの搭載されるステージは一般
に極めて高精度なものではあるが、上記２次元の移動に
伴って、僅かながらではあるがその回転量も変化（一般
に「ヨーイング」と呼ばれる）する。これに対して、レ
チクルを固定のままとすると回転したウエハステージ上
のウエハに対してレチクルの投影像は回転したものとな
ってしまい位置ずれが生じてしまう。これを防止するた
めに、上述のレーザ干渉計で計測されたウエハステージ
の回転量に基づいてレチクル（レチクルの載置されるレ
チクルステージ）を回転補正し、常に正確な位置合わせ
を行っている装置もある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の装置
においては、ステージの位置または回転量の計測は、可
動なるステージ上に設けられた反射鏡（一般に「移動
鏡」と呼ばれる）と、装置内のステージ以外の部分に設
けられた反射鏡（一般に「固定鏡」と呼ばれる）との相
対位置、または相対回転量の変化として計測される。従
って、もしこれらの反射鏡の位置が、例えば熱膨張等に
よってズレてしまうと、重ね合わせ結果も大きくズレて
しまい、このため生産される半導体集積回路が不良品と
なる恐れがある。

【００１３】一般に露光装置では、露光動作の開始に伴
って、ウエハステージが高速で移動（ステッピング）を
繰り返し、ウエハに対して高いエネルギ（露光光）が照
射されるので、これらのエネルギによって装置本体の温
度は上昇していく傾向にあり、移動鏡や固定鏡の温度、
またはその取り付け部の温度も上昇することとなる。

【００１４】このため、それらの部分の熱変形により、
上記重ね合わせズレが生じる恐れがあった。特に、固定
鏡の回転変動は、前述したウエハステージの回転測定に
も大きく影響を与え、結果的にレチクル上のパターンと
ウエハ上のパターンとの重ねあわせ精度が劣化するとい
う不都合があった。

【００１５】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項１ないし４に記載の発明の目的は、固定鏡の
位置変動及び回転に起因するマスクのパターンと感光基
板との重ねあわせ精度の劣化を抑制ないしは防止するこ
とができる露光装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、感光基板（Ｗ）を保持して少なくとも２次元平面内
を移動可能な基板ステージ（１６）と、前記基板ステー
ジ（１６）に設けられた移動鏡（３４）と前記基板ステ
ージ外の装置固定部に設けられた固定鏡（３６）との相
対位置関係から前記基板ステージ（１６）の位置を計測
するレーザ干渉計システム（５０）とを備え、マスク
（Ｒ）に形成されたパターンの像を前記感光基板（Ｗ）
上に転写する露光装置において、前記固定鏡（３６）又
はその取り付け部（３８）を局所的に恒温化する局所温
調機構（４０、４２）を設けたことを特徴とする。

【００１７】これによれば、局所温調機構により、固定
鏡又はその取り付け部を局所的に恒温化することが可能
になる。このため、例えば固定鏡又はその取付け部に熱
変形が生ずるのを未然に防止することができ、これによ
り固定鏡の位置変動及び回転に起因するレーザ干渉計シ
ステムによる基板ステージの位置の計測誤差の発生を抑
制ないしは回避することができ、結果的に基板ステージ
の位置決め精度を向上させ、ひいてはマスクのパターン
と感光基板との重ねあわせ精度の劣化を抑制ないしは防
止することが可能になる。

【００１８】この場合において、前記レーザ干渉計シス
テムは、基板ステージの２次元座標位置のみを計測でき
るシステムであっても良いが、請求項２に記載の発明の
如く、前記レーザ干渉計システムは、少なくとも３軸の
計測軸を有し、前記基板ステージ（１６）の２次元的な
座標値と回転量を計測するシステムであっても良い。か
かる場合には、局所温調機構によって固定鏡又はその取
り付け部分を局所的に恒温化することにより固定鏡の位
置変動及び回転が防止されるので、レーザ干渉計システ
ムにより計測される基板ステージの２次元座標位置及び
回転量の計測誤差の発生を抑制ないしは回避することが
でき、結果的に基板ステージの位置決め精度及びマスク
のパターンと感光基板との重ねあわせ精度を向上させる
ことが可能になる。

【００１９】請求項１に記載の露光装置は勿論、請求項
２に記載の露光装置も、必ずしも投影光学系を備える必
要はなく、例えばプロキシミティタイプの露光装置であ
っても良いが、請求項３に記載の露光装置の如く、前記
マスク（Ｒ）のパターンを前記感光基板（Ｗ）上に投影
する投影光学系（ＰＬ）と、前記投影光学系を介さない
で前記感光基板上の位置合わせマークの位置を検出する
マーク検出系（１８）とを更に備えている場合に、固定
鏡（３６）又はその取り付け部（３８）を局所的に恒温
化する局所温調機構（４０、４２）はより大きな効果を
発揮する。すなわち、投影光学系を介さないで感光基板
上の位置合わせマークの位置を検出するマーク検出系を
用いる場合には、位置合わせマークの計測軸と基板ステ
ージの計測軸（通常は投影光学系の中心が原点である）
とが異なることに起因していわゆるアッベ誤差が生ずる
が、固定鏡に回転が生じないので、ウエハステージの回
転を固定鏡を基準としてレーザ干渉計システムにより正
確に計測することにより、その計測結果に基づいてアラ
イメントマークの計測値を補正することにより、アッベ
誤差に起因するマスクのパターンと感光基板との重ねあ
わせ精度の劣化をも防止することができるからである。

【００２０】上記請求項１ないし３に記載の発明に係る
局所温調機構は、固定鏡又はその取り付け部を局所的に
恒温化するものであれば、その仕組みはどのようなもの
であっても良く、例えば請求項４に記載の発明の如く、
局所温調機構は、恒温化された流体（４２ａ）を前記固
定鏡又はその取り付け部の近傍に供給するものであって
も良い。この場合、供給される恒温化された流体と固定
鏡又はその取り付け部との間で、熱交換が行われ、固定
鏡及び取付け部の熱変形が防止される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
ないし図３に基づいて説明する。

【００２２】図１には、一実施形態に係る露光装置１０
の概略構成が示されている。この露光装置１０は、ステ
ップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置（い
わゆるステッパー）である。

【００２３】この露光装置１０は、マスクとしてのレチ
クルＲを露光用照明光で照明する照明系１２、レチクル
Ｒを保持するレチクルステージ１４、レチクルＲに形成
されたパターン（原版）ＰＡの像を感光基板としてのウ
エハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持し
て基準平面内を２次元移動するとともに所定角度範囲内
で回転可能な基板ステージとしてのウエハステージ１
６、ウエハＷに形成された位置検出用マークとしてのア
ライメントマーク（ウエハマーク）を検出するマーク検
出系としてのオフ・アクシス方式のアライメント顕微鏡
１８、ウエハステージ１６の位置及び回転を計測するレ
ーザ干渉計システム５０、ウエハステージ１６を駆動す
る駆動系２２、装置全体を統括的に制御するミニコンピ
ュータ（又はマイクロコンピュータ）から成る主制御装
置２４等を備えている。

【００２４】照明系１２は、光源（水銀ランプ又はエキ
シマレーザ等）、シャッタ、ブラインド、インプットレ
ンズ、フライアイレンズ、リレーレンズ、メインコンデ
ンサレンズ（いずれも図示せず）等を含んで構成されて
いる。

【００２５】この照明系１２は、光源からの露光用の照
明光によってレチクルＲの下面（パターン形成面）のパ
ターンＰＡを均一な照度分布で照明する。ここで、露光
用照明光は、単色光（又は準単色光）であり、その波長
（露光波長）は例えば水銀輝線（ｉ線）の３６５ｎｍで
あり、ＫｒＦエキシマーレーザの２４８ｎｍ等である。

【００２６】レチクルステージ１４上にはレチクルＲが
真空吸着等によって固定されており、このレチクルステ
ージ１４は、不図示の駆動系によってＸ方向（図１にお
ける紙面左右方向）、Ｙ方向（図１における紙面直交方
向）及びθ方向（ＸＹ面内の回転方向）に微小駆動可能
とされている。

【００２７】前記投影光学系ＰＬは、その光軸ＡＸがレ
チクルステージ１４の移動面に直交するＺ軸方向とさ
れ、ここでは両側テレセントリックで、所定の縮小倍率
β（βは例えば１／５）を有するものが使用されてい
る。このため、後述するようにレチクルＲのパターンＰ
ＡとウエハＷ上のショット領域との位置合わせ（アライ
メント）が行われた状態で、照明光によりレチクルＲが
均一な照度で照明されると、パターン形成面のパターン
ＰＡが投影光学系ＰＬにより縮小倍率βで縮小されて、
フォトレジストが塗布されたウエハＷ上に投影され、ウ
エハＷ上の各ショット領域（例えば各ＬＳＩチップの領
域）にパターンＰＡの縮小像が形成される。

【００２８】ウエハＷは不図示のウエハホルダ介してウ
エハステージ１６上に固定されている。ウエハステージ
１６は、実際には、ベース３０上をＹ方向（図１の紙面
直交方向）に移動するＹステージと、このＹステージ上
をＸ方向（図１の紙面左右方向）に移動するＸステージ
と、このＸステージ上に搭載され、前記ウエハホルダと
一体的にＺ軸回りに微小角度範囲内で回転可能なθステ
ージとを含んで構成されているが、図１では、これらが
代表してウエハステージ１６として図示されている。

【００２９】また、このウエハステージ１６上には、そ
の表面がウエハＷの表面と同じ高さになるように基準板
ＦＰが固定されている。この基準板ＦＰの表面には、ベ
ースライン計測等に用いられる基準マークを含む各種の
基準マークが形成されている。

【００３０】前記アライメント顕微鏡１８は、投影光学
系ＰＬのＹ軸方向の一側面（図１ににおける紙面手前側
の面）に取付け部材１８Ａ（図２参照）を介して固定さ
れており、本実施形態では画像処理方式のものが用いら
れている。このアライメント顕微鏡１８は、ハロゲンラ
ンプ等のブローバンドな照明光を発する光源、対物レン
ズ、指標板、ＣＣＤ等の撮像素子及び信号処理回路、演
算回路等（いずれも図示省略）を含んで構成されてい
る。このアライメント顕微鏡１８を構成する光源から発
せられた照明光がアライメント顕微鏡１８内部の対物レ
ンズを通過した後ウエハＷ（又は基準板ＦＰ)上に照射
され、そのウエハＷ表面の不図示のウエハマーク領域か
らの反射光がアライメント顕微鏡１８内部に戻り、対物
レンズ、指標板を順次透過してＣＣＤ等の撮像面上にウ
エハマークの像、及び指標板上の指標の像が結像され
る。これらの像の光電変換信号が信号処理回路により処
理され、演算回路によってウエハマークと指標との相対
位置が算出される。

【００３１】次に、レーザ干渉計システム５０について
説明する。このレーザ干渉計システム５０は、ウエハス
テージ１６の上面に固定された移動鏡３４、投影光学系
ＰＬの側面に固定鏡取付け部としての固定鏡支持部材３
８を介して固定された固定鏡３６及びこれらの移動鏡３
４、固定鏡３６にレーザビームをそれぞれ投射して、そ
れぞれの反射光を受光することにより、ウエハステージ
１６の位置及び回転を移動鏡３４と固定鏡３６との相対
的な位置関係として計測するレーザ干渉計２０とから構
成されている。本実施形態では、実際には、Ｘ軸にほぼ
直交する反射面を有するＸ移動鏡３４Ｘと、Ｙ軸にほぼ
直交する反射面を有するＹ移動鏡３４Ｙとが設けられ、
これと同様に、固定鏡もＸ軸にほぼ直交する反射面を有
するＸ固定鏡３６Ｘと、Ｙ軸にほぼ直交する反射面を有
するＹ固定鏡３６Ｙとが設けられ、これらに対応してレ
ーザ干渉計もＸ軸方向位置計測用のものが２つ、Ｙ軸方
向位置計測用のものが１つ設けられているが、図１で
は、これらが移動鏡３４、固定鏡３６、レーザ干渉計２
０として代表的に示されている（図２参照）。

【００３２】ここで、図２に基づいて、上記レーザ干渉
計システム５０を構成する移動鏡、固定鏡、レーザ干渉
計の構成及び配置等について説明する。

【００３３】図２には、固定鏡及びその周辺部の概略平
面図が拡大して示されている。図２において、ウエハス
テージ１６のＸ軸方向の一端（図２における右端）に
は、Ｘ移動鏡３４ＸがＹ軸方向に延設され、Ｙ軸方向の
一端（図２における上端）にはＹ移動鏡３４ＹがＸ軸方
向に延設されている。

【００３４】また、投影光学系ＰＬのＸ軸方向の一側面
には、Ｘ軸にほぼ直交する反射面を有するＸ固定鏡３６
Ｘが固定鏡支持部材（固定鏡取り付け部）３８Ｘを介し
て取り付けられ、投影光学系ＰＬのＹ軸方向の一側面に
は、Ｙ軸にほぼ直交する反射面を有するＹ固定鏡３６Ｙ
が固定鏡支持部材（固定鏡取り付け部）３８Ｙを介して
取り付けられている。

【００３５】Ｘ固定鏡３６Ｘ、Ｘ移動鏡３４Ｘに対向し
てＸ軸方向位置計測用の２つのレーザ干渉計２０Ｘ₁、
２０Ｘ₂が設けられ、Ｙ固定鏡３６Ｙ、Ｙ移動鏡３４Ｙ
に対向してＹ軸方向位置計測用のレーザ干渉計２０Ｙが
設けられている。以下の説明において、Ｘ軸方向位置計
測用の２つのレーザ干渉計２０Ｘ₁、２０Ｘ₂の計測軸
をそれぞれＸ₁軸、Ｘ₂軸と呼び、Ｙ軸方向位置計測用
のレーザ干渉計２０Ｙの計測軸をＹ軸（ウエハステージ
１６の移動軸であるＹ軸と一致）と呼ぶものとする。

【００３６】Ｘ軸方向位置計測用の一方のレーザ干渉計
２０Ｘ₁は、固定鏡３６Ｘ、移動鏡３４Ｘに対してＸ軸
に平行な方向の測長ビームＢｒＸ₁、ＢｍＸ₁をそれぞ
れ投射して、それぞれの反射光を受光して固定鏡３６Ｘ
と移動鏡３４ＸとのＸ₁軸方向の相対位置を計測する。
また、Ｘ軸方向位置計測用の他方のレーザ干渉計２０Ｘ
₂は、固定鏡３６Ｘ、移動鏡３４Ｘに対してＸ軸に平行
な方向の測長ビームＢｒＸ₂、ＢｍＸ₂をそれぞれ投射
して、それぞれの反射光を受光して固定鏡３６Ｘと移動
鏡３４ＸとのＸ₂軸方向の相対位置を計測する。

【００３７】ここで、Ｘ₁軸及びＸ₂軸の２つのビーム
のそれぞれは、露光位置（投影光学系ＰＬの中心Ｃ₁、
すなわちウエハステージ座標系の原点）と同軸にはな
く、それぞれＹ軸方向の一方と他方の側にＤ₂／２だけ
離れている。従って、レーザ干渉計２０Ｘ₁と２０Ｘ₂
の計測値の平均値を用いることで、露光位置と同軸にあ
る１軸（Ｘ軸）の干渉計と全く等価な計測が可能であ
る。また、これらのレーザ干渉計２０Ｘ₁、２０Ｘ₂の
計測軸であるＸ₁軸とＸ₂軸は、距離Ｄ₂だけ離れて、
かつ平行に設定されているので、２つのレーザ干渉計２
０Ｘ₁、２０Ｙ₂の計測値の差をＤ₂で割った値により
ウエハステージ１６の回転角（回転量）を計測すること
ができる。

【００３８】Ｙ軸方向位置計測用のレーザ干渉計２０Ｙ
は、固定鏡３６Ｙ、移動鏡３４Ｙに対してＹ軸方向の測
長ビームＢｒＹ、ＢｍＹをそれぞれ投射して、それぞれ
の反射光を受光して固定鏡３６Ｙと移動鏡３４ＹとのＹ
軸方向の相対位置を計測する。

【００３９】すなわち、固定鏡３６Ｘ、３６Ｙとウエハ
ステージ１６上の移動鏡３４Ｘ、３４Ｙとの相対位置関
係が、Ｙ軸の干渉計ビーム（ＢｍＹとＢｒＹ）と、Ｘ₁
軸の干渉計ビーム（ＢｍＸ₁とＢｒＸ₁）とＸ₂軸の干
渉計ビーム（ＢｍＸ₂とＢｒＸ₂）とによって計測され
る。

【００４０】前記レーザ干渉計２０（２０Ｘ₁、２０Ｘ
₂、２０Ｙ）の計測値が主制御装置２４に供給されてお
り、主制御装置２４ではレーザ干渉計２０の計測値に基
づいて前述したようにしてウエハステージ１６の位置及
び回転量を固定鏡と移動鏡の相対位置関係として計測す
る。また、主制御装置２４では、ウエハステージ１６の
位置決めの際等には、レーザ干渉計２０の計測値をモニ
タしつつ駆動系２２を介してウエハステージ１６、すな
わちウエハＷを位置決めするようになっている。

【００４１】ところで、前述したアライメント顕微鏡１
８は、その中心（検出位置）Ｃ₂が、投影光学系ＰＬの
露光位置（中心）Ｃ₁に対して、Ｙ方向にＤ₁だけ離れ
て設置されている。このアライメント顕微鏡１８は、Ｘ
方向、Ｙ方向の両方向についてウエハＷ上のマークの位
置計測を行うためのものである。従って、Ｘ方向の計測
については、その計測位置がＸ₁軸，Ｘ₂軸の何れのレ
ーザ干渉計の軸上にもなく、このままでは計測時のウエ
ハステージ１６の回転が位置計測誤差となる可能性があ
る。

【００４２】しかし、本実施形態の装置１０では、前述
の如くレーザ干渉計２０Ｘ₁、２０Ｘ₂の計測値の差を
Ｄ₂で割った値によりウエハステージ１６の回転角（回
転量）を計測することができ、この回転量に距離Ｄ₁を
掛けた値だけ、上述したＸ方向の計測値を補正すること
で、アライメントマーク計測時のウエハステージ１６の
回転による位置計測誤差を補正することができる。

【００４３】このように、ステージの位置あるいは回転
量の検出には、固定鏡３６Ｘ、３６Ｙの位置及び回転が
基準として使用されている。そのため、固定鏡３６Ｘ、
３６Ｙが環境変化等の要因により温度変化し、熱変形し
てしまうと、ａ．露光時のステージ位置の決定に関する誤差ｂ．アライメントマーク計測時のステージ位置の決定に
関する誤差ｃ．アライメントマーク計測時のステージ回転量補正に
関する誤差ｄ．レチクルの回転補正に関する誤差などのさまざまな誤差要因を生じ、投影像の重ね合わせ
精度を劣化させてしまう。本実施形態の装置１０では、
レーザ干渉計の計測ビームがウエハステージ座標系の座
標軸と一致していない、Ｘ固定鏡３６Ｘの変形、主とし
て回転に起因して上記ａ．〜ｄ．のような誤差が生じて
しまう。

【００４４】これを防止するために、本実施形態では、
図１、図３に示されるように、温度調整器４０及び温調
パイプ４２が設けられており、これによって固定鏡３６
Ｘ、３６Ｙ及び固定鏡支持部材３８Ｘ、３８Ｙの温度を
恒温化するようになっている。すなわち、本実施形態で
は、温度調整器４０と温調パイプ４２とによって局所温
調機構が構成されている。

【００４５】これを更に詳述すると、温調パイプ４２
は、図３に示されるように固定鏡支持部材３８Ｘの内部
に配設され、ここでは、固定鏡裏面及び両端の取付け脚
部の内壁に接するような状態となっている。この温調パ
イプ４２は、温度調整器４０にその両端が接続されてい
る。この温度調整器４０は、ヒータ及びクーラーとこれ
らの制御系（いずれも図示せず）とから構成され、予め
設定された目標温度（例えば露光装置１０が収納される
不図示のチャンバ内の設定温度（例えば２１℃〜２３
℃）より幾分低めの温度）になるように所定の温度調整
精度の範囲内で温調パイプ４２に流す流体（液体又は気
体）４２ａの温度を調整する。本実施形態では、温度調
整の対象となる流体として不活性な液体、より具体的に
はフッソ系の液体などが使用される。

【００４６】従って、本実施形態では、上記の恒温化さ
れた流体（以下、「恒温流体」という）４２ａの作用に
より、固定鏡支持部材３８Ｘ、さらには固定鏡３６Ｘが
恒温化され、たとえ周囲の環境に温度変動が起きてもこ
の部分は局所的に恒温化される。ここで、温度調整器４
０と固定鏡支持部材３８Ｘとの間の空間部分における温
調パイプ４２内の恒温流体４２ａとパイプ４２の外部と
の熱交換を防止するため、当該温調パイプ４２の温度調
整器４０と固定鏡支持部材３８Ｘとの間の部分には、断
熱素材を巻き付ける等の処置を施すことが望ましい。

【００４７】なお、図示は省略したが固定鏡６１Ｙ側に
も、同様の温度調整器及び温調パイプから成る局所温調
機構が設けられている。

【００４８】次に、上述のようにして構成された露光装
置１０の露光時の動作について説明する。前提として不
図示のレチクル顕微鏡を用いて行われるレチクルＲの投
影光学系ＰＬに対する位置合わせ（レチクルアライメン
ト）は終了しているものとする。

【００４９】まず、重ね合わせ露光に先立って、ウエハ
Ｗ上の位置検出マークを検出するアライメント顕微鏡１
８の位置（検出中心）Ｃ2 と投影光学系ＰＬの中心Ｃ1
（通常は、レチクルパターンの中心であるレチクルセン
タに一致）との位置関係を計測するベースライン計測が
行われる。なお、本実施形態においても、ベースライン
計測シーケンスは公知のオフ・アクシスアライメント系
を備えた投影露光装置と同様であるから、その詳しい説
明は省略する。

【００５０】本実施形態の露光装置１０では、上記のベ
ースライン計測の後に、ウエハＷへの重ね合わせ露光が
開始される。すなわち、ウエハＷ上の不図示のウエハア
ライメントマークを、アライメント顕微鏡１８により位
置検出する。そして、主制御装置２４ではこのときのウ
エハアライメントマークと前述のアライメント顕微鏡１
８内の指標マーク中心との相対位置関係と、ウエハステ
ージ１６の位置（レーザ干渉計２０の出力値）との和
を、マーク位置として認識する。なお、このとき、主制
御装置では先に述べたようにして、ウエハステージ１６
の回転量を計測して、この回転量にＤ₁を掛けた値だ
け、Ｘ方向の計測値を補正する。

【００５１】続いて、主制御装置２４ではこのマーク位
置からベースライン量とウエハアライメントマークの設
計座標の和だけウエハＷ（即ちウエハステージ１６）
を、レーザ干渉計２０の計測値に基づいて移動する。

【００５２】これにより、レチクルＲ上のパターンＰＡ
の投影像と、ウエハＷ上の既存のパターンとは正確に位
置合わせされるので、この状態で照明系１２内の不図示
のシャッタを開いて露光を行いウエハＷにレチクルＲ上
のパターンを投影転写する。このとき、上で計測された
ウエハステージ１６の回転量に基づいて主制御装置２４
はレチクルＲを保持するレチクルステージ１４を不図示
の駆動系を介して駆動し、ウエハステージ１６の回転分
だけレチクルＲも回転し、パターン投影像をより正確に
ウエハ１０上に重ね合わせても良い。

【００５３】このようにして、ウエハＷ上の各ショット
領域を順次レチクルパターンの像の投影位置に移動させ
つつ、露光（投影転写）を繰り返し行うことにより、ス
テップ・アンド・リピート方式の露光が行われる。

【００５４】上記の露光動作の開始に伴って、ウエハス
テージ１６が高速で移動（ステッピング）を繰り返し、
ウエハＷに対して高いエネルギ（露光光）が照射される
ので、これらのエネルギによって装置本体の温度は上昇
していくが、本実施形態の場合、温度調整器４０及び温
調パイプ４２内の恒温流体によって、固定鏡３６Ｘ、３
６Ｙ及び支持部材３８Ｘ、３８Ｙの温度上昇を防止する
ことができるので、支持部材３８Ｘ、３８Ｙの熱変形に
起因する固定鏡反射面の位置変動及び回転を防止するこ
とができ、干渉計２０のヨーイング計測誤差の発生や、
チップローテーション（レチクル回転）の誤差や、アラ
イメント顕微鏡１８のＸ軸方向の計測誤差（ドリフト）
を減少させることができ、これにより安定したアライメ
ント精度、ひいてはウエハＷとレチクルパターン重ねあ
わせ精度を高精度に極めて安定的に確保することが可能
になる。

【００５５】ここで、上記ステップ・アンド・リピート
方式の露光動作は、露光に先立って複数のショット内の
各アライメントマークを検出し、それらの検出値を統計
処理して露光ショットの配列を決め、その配列に基づい
て全ショットの露光を行ういわゆるＥＧＡ（エンハンス
ト・グローバル・アライメント）方式で行っても良く、
ウエハＷ上の各ショット領域内のアライメントマークを
逐次検出してそのショットに重ね合わせ露光を行ういわ
ゆるダイ・バイ・ダイ方式で行っても良い。特に、後者
のダイ・バイ・ダイ方式による場合には、露光開始後に
ステッピングの都度、アライメントマークの検出及びア
ライメントを行なうので、恒温流体による固定鏡３６の
回転変動防止の効果はより大きなものとなる。

【００５６】なお、上記実施形態では、固定鏡は投影光
学系ＰＬに固定するものとしたが、固定鏡の設置場所は
これに限らず、移動鏡の設けられるステージ（可動部）
以外の部分であれば、どのような場所に設置しても構わ
ない。このような場合も上記実施形態例と同等の効果を
得ることができる。また、上述した局所温調機構（４
０、４２）により、アライメント顕微鏡１８の取り付け
部材１８Ａを同時に恒温化するようにしても良い。この
場合には、前述したベースライン量のドリフトを低減さ
せることが可能になるというメリットがある。

【００５７】なお、上記実施形態では本発明が投影露光
装置に適用された場合について説明したが、本発明の適
用範囲がこれに限定されるものではなく、Ｘ線プロキシ
ミティー露光装置や電子線露光装置に対しても好適に適
用可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし４
に記載の発明によれば、固定鏡及びその取付け部の熱変
動に起因する固定鏡の位置変動及び回転を防止して、マ
スクのパターンと感光基板との重ねあわせ精度の劣化を
抑制ないしは防止することができるという従来にない優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示
す図である。

【図２】図１の固定鏡及びその周辺部の概略平面図であ
る。

【図３】図２の固定鏡取付け部内の温調パイプの配置と
とともに温度調整器による恒温化の様子を示す拡大断面
図である。

【符号の説明】

１０露光装置１６ウエハステージ（基板ステージ）１８アライメント顕微鏡（マーク検出系）３４移動鏡３６固定鏡３８固定鏡支持部材４０温度調整器４２温調パイプ４２ａ流体５０レーザ干渉計システムＰＬ投影光学系Ｗウエハ（感光基板）Ｒレチクル（マスク）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感光基板を保持して少なくとも２次元平
面内を移動可能な基板ステージと、前記基板ステージに
設けられた移動鏡と前記基板ステージ外の装置固定部に
設けられた固定鏡との相対位置関係から前記基板ステー
ジの位置を計測するレーザ干渉計システムとを備え、マ
スクに形成されたパターンの像を前記感光基板上に転写
する露光装置において、前記固定鏡又はその取り付け部を局所的に恒温化する局
所温調機構を設けたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記レーザ干渉計システムは、少なくと
も３軸の計測軸を有し、前記ステージの２次元的な座標
値と回転量を計測するシステムであることを特徴とする
請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記マスクのパターンを前記感光基板上
に投影する投影光学系と、前記投影光学系を介さないで
前記感光基板上の位置合わせマークの位置を検出するマ
ーク検出系とを更に備えたことを特徴とする請求項２に
記載の露光装置。
【請求項４】前記局所温調機構は、恒温化された流体
を前記固定鏡又はその取り付け部の近傍に供給すること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の
露光装置。