JPH10116771A

JPH10116771A - 露光装置

Info

Publication number: JPH10116771A
Application number: JP8270632A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ota; 和哉太田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 1998-05-06
Anticipated expiration: 2016-10-14
Also published as: JP3735849B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ベースライン量等の露光条件のキャリブレー
ションを行うのに使用される基準部材の熱変形を抑え、
その露光条件のキャリブレーションを常に高精度に行
う。【解決手段】アライメントセンサ用の基準マーク１７
Ａ，１７Ｂが形成された基準部材としての基準マーク部
材８の底部に冷却配管２４Ｃを設け、外部の温調装置か
ら冷却液を冷却配管２４Ｃに循環させる。基準マーク部
材８の底部に基準マーク部材８の温度を計測するための
温度センサ２５Ａ，２５Ｂを設け、温度センサ２５Ａ，
２５Ｂの計測値が所定の目標値になるように冷却コイル
２４Ｃに供給する冷却液の温度等を制御する。基準マー
ク部材８の温度をほぼ一定にすることによって基準マー
ク部材８の熱変形を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で
マスク上のパターンを感光基板上に転写するために使用
される露光装置に関し、更に詳しくは、例えばアライメ
ントセンサのベースライン量等の露光条件のキャリブレ
ーションを行う機能を備えた露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば半導体素子等を製造する際
に、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）の
パターンを投影光学系を介して感光基板としてのウエハ
（又はガラスプレート等）上に転写するためのステッパ
ー等の投影露光装置が使用されている。このような投影
露光装置では、レチクルのパターンを既にそれまでの工
程でウエハ上の各ショット領域に形成された回路パター
ンにそれぞれ正確に重ね合わせて露光するために、種々
の露光条件の設計値からのずれ量の計測、即ちキャリブ
レーション（較正）を正確に行う必要がある。本明細書
における「キャリブレーション」には、その露光条件の
高精度な計測も含むものとする。

【０００３】そのキャリブレーションの対象となる露光
条件の一つに、ウエハ上の位置合わせ用マークとしての
ウエハマークの位置検出を行うために使用されるアライ
メントセンサの所謂ベースライン量がある。このベース
ライン量は、アライメントセンサの計測中心と、レチク
ルのパターン中心を投影光学系を介してウエハ上に投影
した像との相対的な間隔であり、アライメントセンサの
計測値に対してそのベースライン量の補正を行うことに
よって、ウエハの各ショット領域の中心をそのパターン
中心の像に正確に合わせ込んで露光を行うことができ
る。

【０００４】従来よりそのベースライン量のキャリブレ
ーションを行うために、ウエハを位置決めするためのウ
エハステージ上に複数の基準マークが形成された基準マ
ーク部材が設置されている。そして、レチクル上に形成
されたレチクルアライメントマークと基準マーク部材上
の対応する基準マークとを合わせた状態で、基準マーク
部材上の別の基準マークの位置をアライメントセンサに
より計測することで、ベースライン量が求められる。

【０００５】また、それ以外にキャリブレーションが必
要な露光条件としては、投影光学系の倍率誤差を含むレ
チクルの倍率誤差等もある。レチクルの倍率誤差とは、
レチクルに描画されたパターンの設計値からのずれ量を
意味し、レチクルの倍率誤差は、レチクルに形成された
複数の評価用パターンの像をウエハステージ上に投影し
た状態で、ウエハステージに設けられた基準開口板を介
して各評価用パターン像の位置を計測することによって
計測できる。即ち、基準開口板には例えばスリット状の
開口が形成され、ウエハステージを駆動することによっ
て基準開口板の開口でそれら評価用パターン像を走査
し、その開口を通過した光束を光電検出器で受光するこ
とによって、それら評価用パターン像の位置が検出さ
れ、複数の評価用パターン像の位置関係よりレチクルの
倍率誤差が求められる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
において、露光工程中に基準マーク部材や基準開口板等
の基準部材の位置が変化すると、ベースライン量やレチ
クルの倍率誤差等の露光条件のキャリブレーションが正
確に行われなくなる。そのため、それらの基準部材はで
きるだけ位置ずれしないように保持されている。

【０００７】しかしながら、投影露光装置に搬送された
各ウエハは、露光に際し露光光による照射エネルギーに
より昇温し、それに伴ってウエハステージ上の基準部材
の温度も上昇して熱変形が起こる。更に、ウエハステー
ジには、リニアモータ等の駆動装置や各種センサ等の熱
源も組み込まれているため、これらの熱源の影響によっ
ても基準部材の熱変形が生じることがある。このように
基準部材が熱変形すると、複数の基準マークの間隔が変
化したり、基準となる開口の位置が変化したりして、露
光条件のキャリブレーションが正確に行われなくなり、
ひいては重ね合わせ精度が低下するという不都合があ
る。

【０００８】また、熱変形を少なくするために、基準部
材は例えば石英ガラスや、低膨張率のガラスセラミック
ス（例えばショット社製の商品名ゼロデュア等）のよう
な低膨張率の材料より形成されている。しかしながら、
最近の半導体素子の集積度は益々高まり、必要な重ね合
わせ精度も益々高くなっているため、基準部材として、
そのような低膨張率の材料を使用しても、基準部材の熱
変形によって所望の重ね合わせ精度が得られなくなりつ
つある。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、ベースライン量
等の露光条件のキャリブレーション用の基準部材の熱変
形を抑制して、その露光条件のキャリブレーションを常
に高精度に行うことができる露光装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による露光装置
は、露光光（ＩＬ）のもとでマスクパターン（１）が転
写される感光基板（５）を位置決めするための基板ステ
ージ（６）と、この基板ステージ上に固定された基準部
材（８）とを備え、この基準部材を用いて所定の露光条
件のキャリブレーションが行われる露光装置において、
基準部材（８）の温度を制御する温度制御手段（２０，
２４Ａ〜２４Ｃ）を設けたものである。

【００１１】斯かる本発明の露光装置によれば、基準部
材（８）の温度を温度制御手段（２０，２４Ａ〜２４
Ｃ）により例えばほぼ一定の状態に制御することで、基
準部材（８）の熱変形が抑えられる。これにより、その
所定の露光条件のキャリブレーションを常に高精度に行
うことができる。この場合、基準部材（８）の温度を計
測する温度計測手段（２５Ａ，２５Ｂ）を設け、この温
度計測手段で計測される温度に基づいて温度制御手段
（２０，２４Ａ〜２４Ｃ）は基準部材（８）の温度を制
御することが望ましい。例えば温度計測手段（２５Ａ，
２５Ｂ）により計測される基準部材（８）の温度が所望
の値になるように制御することで、基準部材（８）の温
度を常にその所望の値に維持することができる。

【００１２】また、感光基板（５）上の位置合わせ用マ
ークの位置を検出するアライメントセンサ（１２Ｙ，１
３）が設けられている場合、その基準部材の一例は、所
定の基板上にそのマスクパターン用の基準マーク（１７
Ａ，１７Ｂ）及びアライメントセンサ（１２Ｙ，１３）
用の基準マーク（１５Ｘ，１５Ｙ，１６Ｘ，１６Ｙ）が
形成された基準マーク部材（８）であり、そのキャリブ
レーションの対象となる所定の露光条件の一例は、その
マスクパターンの基板ステージ（６）上での転写位置と
アライメントセンサ（１２Ｙ，１３）の計測中心との相
対間隔（ベースライン量）である。温度制御手段（２
０，２４Ａ〜２４Ｃ）によって基準マーク部材（８）の
温度をほぼ一定に制御することによって、アライメント
センサ（１２Ｘ，１３）のベースライン量のキャリブレ
ーションが常に高精度に行われ、このベースライン量に
基づいて、そのマスクパターンが感光基板（５）上に高
い重ね合わせ精度で転写される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による露光装置の実
施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例
は、ステッパー型の投影露光装置に本発明を適用したも
のである。図１は、本例の投影露光装置を示す一部を切
り欠いた概略構成図であり、この図１において、露光時
に光源、レチクル上の照度分布を均一化するフライアイ
レンズ、露光光のレチクル上の視野を規定する視野絞
り、及びコンデンサレンズ等を含む照明光学系ＥＬから
射出される露光光ＩＬは、レチクル１上に均一な照度分
布で照射される。露光光ＩＬのもとで、レチクル１上の
パターンの像が投影光学系４を介して投影倍率β（βは
１／４、又は１／５等）でウエハ５の各ショット領域に
転写される。露光光ＩＬとしては、水銀ランプの紫外域
の輝線（ｇ線、ｉ線等）、ＫｒＦエキシマレーザ光やＡ
ｒＦエキシマレーザ光、あるいは銅蒸気レーザやＹＡＧ
レーザの高調波等が使用される。以下、投影光学系４の
光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な２次元平面
内で図１の紙面に平行にＸ軸、図１の紙面に垂直にＹ軸
を取って説明する。

【００１４】レチクル１はＸ方向、Ｙ方向、及び回転方
向に微動可能なレチクルステージ２上に載置されてい
る。レチクルステージ２のＸ方向及びＹ方向の端部に
は、外部のＸ軸用のレーザ干渉計３Ｘ及びＹ軸用の２つ
のレーザ干渉計（不図示）からのレーザビームをそれぞ
れ反射する移動鏡３ＸＭ及び３ＹＭが固定されている。
Ｘ軸用のレーザ干渉計３Ｘ及び移動鏡３ＸＭによりレチ
クルステージ２のＸ座標が計測され、Ｙ軸用の２つのレ
ーザ干渉計及び移動鏡３ＹＭによりレチクルステージ２
のＹ座標及び回転角が計測される。これらのレーザ干渉
計の計測値は主制御系９に供給され、主制御系９はそれ
らの計測値に基づいて不図示のステージ駆動系を介して
レチクルステージ２の位置決め動作を制御する。また、
レチクル１上にはレチクルのアライメント用のレチクル
アライメントマークが形成されている。

【００１５】図２は、レチクル１の平面図を示し、この
図２において、レチクル１のパターン領域ＰＡを囲む遮
光帯ＴＡのＸ方向の外側に近接して、１対の十字状のレ
チクルアライメントマークＲＭＡ，ＲＭＢが形成されて
いる。レチクルアライメントマークＲＭＡ，ＲＭＢの中
央がレチクル１のパターン中心ＲＣに設定されている。

【００１６】図１に戻り、図２のレチクルアライメント
マークＲＭＡ及びＲＭＢに対応してレチクル１の上方
に、それぞれレチクルアライメント顕微鏡１１Ａ及び１
１Ｂが配置されている。本例のレチクルアライメント顕
微鏡１１Ａ及び１１Ｂは、それぞれ露光光ＩＬと同じ波
長の照明光のもとで、レチクルアライメントマークＲＭ
Ａ及びＲＭＢと対応する後述の基準マークとの像を撮像
する顕微鏡であり、この撮像信号を処理することによっ
てレチクル１のアライメントが行われる。

【００１７】一方、ウエハ５は不図示のウエハホルダを
介してＸ方向及びＹ方向に移動自在、且つＺ方向及び回
転方向に微動可能なウエハステージ６上に載置されてい
る。ウエハステージ６によりウエハ５の各ショット領域
の中心をレチクル１のパターン中心の像の位置に移動す
る動作と、露光動作とがステップ・アンド・リピート方
式で繰り返されて、レチクル１のパターン像が順次ウエ
ハ５上の各ショット領域に転写される。また、ウエハス
テージ６のＸ方向及びＹ方向の端部には、外部のＸ軸用
のレーザ干渉計７Ｘ、及びＹ軸用の２つのレーザ干渉計
（不図示）からのレーザビームをそれぞれ反射する移動
鏡７ＸＭ及び７ＹＭが固定されている。Ｘ軸用のレーザ
干渉計７Ｘ及び移動鏡７ＸＭによりウエハステージ６の
Ｘ座標が計測され、Ｙ軸用の２つのレーザ干渉計及び移
動鏡７ＹＭによりウエハステージ６のＹ座標及び回転角
が計測される。これらのレーザ干渉計の計測値は主制御
系９に供給され、主制御系９はそれらの計測値に基づい
て不図示のリニアモータ等のステージ駆動系を介してウ
エハステージ６の位置決め動作を制御する。

【００１８】また、ウエハ５上の各ショット領域には位
置合わせ用のウエハマークが形成されており、これらの
ウエハマークの位置が後述のアライメントセンサにより
計測される。この計測結果によって例えば所謂エンハン
スト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式で各シ
ョット領域の配列座標が決定され、これらの配列座標を
アライメントセンサのベースライン量で補正した座標に
基づいてウエハステージ６を駆動することによって、各
ショット領域の中心がそれぞれレチクル１のパターン中
心の像に合致する。

【００１９】本例の投影露光装置には、ウエハマークの
位置検出用として、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式
で且つＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment)方式
のＹ軸のアライメントセンサ１２Ｙ、ＬＩＡ方式の不図
示のＸ軸のアライメントセンサ、及びオフ・アクシス方
式で且つＦＩＡ（Field Image Alignment)方式のアライ
メントセンサ１３が設置されている。ＬＩＡ方式とは、
回折格子状のウエハマークに対して可干渉で僅かに周波
数の異なる１対のレーザビームを照射し、そのウエハマ
ークから同一方向に発生する例えば１対の回折光からな
るヘテロダインビームを光電変換して得られるビート信
号の位相に基づいて、そのウエハマークの位置を検出す
る方式である。ＦＩＡ方式とは、ハロゲンランプ等から
の比較的広い波長域の照明光でウエハマークを照射して
得られた像を画像処理して、そのウエハマークの位置を
検出する方式である。

【００２０】先ず、ＬＩＡ方式のＹ軸のアライメントセ
ンサ１２Ｙの内部のヘテロダインビーム生成系からは、
ウエハ５に塗布されたフォトレジストに非感光性の波長
域で、且つ周波数が僅かに異なる１対のレーザビームＡ
Ｌ１が射出される。レーザビームＡＬ１は、アライメン
トセンサ１２Ｙから射出された後、ミラーＭ１により下
方に曲げられて投影光学系４に入射し、投影光学系４を
通過したレーザビームＡＬ１は、ウエハ５上の各ショッ
ト領域に付設された回折格子状のＹ軸用のウエハマーク
（不図示）に照射される。そのウエハマークからの１対
の回折光は、投影光学系ＰＬ及びミラーＭ１を介してア
ライメントセンサ１２Ｙ内の光電変換素子に入射し、こ
の光電変換素子よりウエハビート信号が出力される。ま
た、アライメントセンサ１２Ｙからは参照ビート信号も
出力され、ウエハビート信号及び参照ビート信号は主制
御系９に供給される。

【００２１】主制御系９は、ウエハビート信号と参照ビ
ート信号との位相差が例えば０になるようにウエハステ
ージ６を駆動し、そのときのウエハステージ６のレーザ
干渉計によって計測されるＹ座標がそのウエハマークの
Ｙ座標となる。なお、上述のようにＸ軸用のＬＩＡ方式
のアライメントセンサも設置されており、このＸ軸のア
ライメントセンサによりＸ軸のウエハマークのＸ座標が
計測される。

【００２２】次に、ＦＩＡ方式のアライメントセンサ１
３から射出されたウエハ５上のフォトレジストに非感光
性の照明光ＡＬ３は、直接ウエハ５上の検出対象のショ
ット領域のウエハマークに照射される。このウエハマー
クからの反射光は、アライメントセンサ１３の内部の所
定の指標マークが形成された指標マーク板上で一度ウエ
ハマークの像を形成する。そして、その指標マーク板を
通過した照明光ＡＬ３が、アライメントセンサ１３内の
２次元ＣＣＤ等の撮像素子上にそのウエハマーク及び指
標マークの像を結像する。その撮像素子からの撮像信号
は主制御系９に供給され、主制御系９は、そのウエハマ
ークの像とその指標マークの像との位置ずれ量、及びそ
のときのウエハステージ６の座標より、そのウエハマー
クのＸ座標、又はＹ座標を算出する。

【００２３】さて、本例の投影露光装置のウエハステー
ジ６上には、上述のアライメントセンサのベースライン
量のキャリブレーションを行うために、複数の基準マー
クが形成された基準マーク部材８が固定されている。基
準マーク部材８は、Ｙ方向に長い矩形の平板状の光透過
性の基板上に、例えばクロム膜の蒸着によって各種の基
準マークを形成したものである。基準マーク部材８の基
板としては、例えば低膨張率の石英ガラスが使用でき
る。基準マーク部材８の表面の高さはウエハ５の表面と
同じになるように設定されている。

【００２４】図３は、基準マーク部材８の斜視図を示
し、この図３に示すように、基準マーク部材８の−Ｘ方
向の端部には、図１のＬＩＡ方式のＹ軸のアライメント
センサ１２Ｙ用の、Ｙ方向に所定ピッチの回折格子状の
基準マーク１６Ｙが形成されている。また、ＬＩＡ方式
のＸ軸のアライメントセンサに対応して、基準マーク部
材８の＋Ｙ方向の端部にはＸ軸用の回折格子状の基準マ
ーク１６Ｘが形成されている。更に、基準マーク部材８
の−Ｙ方向の端部には、図１のＦＩＡ方式のアライメン
トセンサ１３用の、Ｘ方向に所定ピッチの回折格子状の
基準マーク１５Ｘ、及びこの基準マーク１５Ｘを９０°
回転した形状のＹ軸の基準マーク１５Ｙが形成されてい
る。

【００２５】図６は、ＦＩＡ方式のアライメントセンサ
１３用のＸ軸の基準マーク１５Ｘの拡大平面図を示し、
この図６において、基準マーク１５ＸはＹ方向に伸びた
遮光パターンをＸ方向に一定のピッチＰで配列したライ
ン・アンド・スペースパターンからなる。本例では、Ｌ
ＩＡ方式のアライメントセンサ用の基準マーク１６Ｘ
も、その基準マーク１５Ｘと同様にピッチＰのライン・
アンド・スペースパターンである。

【００２６】図３に戻り、基準マーク部材８の基準マー
ク１６Ｙの内側に近接して、枠状の基準マーク１７Ｂが
形成され、基準マーク部材８の＋Ｘ方向の端部には基準
マーク１７Ｂに対応した基準マーク１７Ａが形成されて
いる。これらの基準マーク１７Ａ，１７Ｂは同一形状で
あり、それぞれ図１のレチクルアライメント顕微鏡１１
Ａ，１１Ｂ用の基準マークである。

【００２７】図５は、一方の基準マーク１７Ａを示す拡
大平面図であり、この図５において、基準マーク１７Ａ
は所定ピッチｄ１で形成された１対のＹ方向に伸びた遮
光パターン１８ＸＡ，１８ＸＢと、これらの遮光パター
ンからＸ方向に間隔ｄ２だけ離れた１対のＹ方向に伸び
た同様の遮光パターン１８ＸＣ，１８ＸＤと、これらの
遮光パターン１８ＸＡ〜１８ＸＤをこれらの中心の周り
に９０°回転した４本の遮光パターン１８ＹＡ〜１８Ｙ
Ｄとから構成されている。

【００２８】図３において、基準マーク１７Ａ，１７Ｂ
の例えば中心が基準点ＫＣとなり、この基準点ＫＣに対
して他のＸ軸の基準マーク１５Ｘ，１６ＸのＸ方向への
位置ずれ量、及びＹ軸の基準マーク１５Ｙ，１６ＹのＹ
方向への位置ずれ量が予め正確に計測されている。そし
て、これらの位置ずれ量が設計値として例えば図１の主
制御系９の記憶部に記憶されている。

【００２９】図１に戻り、基準マーク部材８の底部のウ
エハステージ６の内部には、外部の露光用の光源（不図
示）からの露光光の一部を導くための光ガイド１９Ａの
端部が設置され、後述のベースライン量のキャリブレー
ションを行う際には、光ガイド１９Ａの端部から露光光
ＩＬと同じ波長の照明光ＩＬ１が射出される。この照明
光ＩＬ１は、レンズ１９Ｂによって集光されてハーフミ
ラー１９Ｃに入射し、ハーフミラー１９Ｃで反射された
照明光が基準マーク部材８の基準マーク１７Ｂ（図３参
照）を底部から照明し、ハーフミラー１９Ｃを透過した
照明光がミラー１９Ｄで反射されて基準マーク１７Ａ
（図３参照）を底部から照明する。

【００３０】本例においても、ウエハ５は、露光光ＩＬ
の照射によって照射エネルギーを吸収し、この照射エネ
ルギーがウエハホルダ等を介して基準マーク部材８に伝
達されると共に、ウエハステージ６の駆動系等で発生す
る熱エネルギーも基準マーク部材８に伝達されるため、
何らかの対策を施さないと基準マーク部材８の温度は上
昇することになる。そこで、基準マーク部材８の温度上
昇を抑えるために、本例の基準マーク部材８の底部には
密着する状態で内部を冷却液が流れる冷却コイル２４Ｃ
が設置されている。

【００３１】この冷却コイル２４Ｃの一方の端部は、可
撓性を有する断熱配管２４Ａを介してウエハステージ６
の外部の温調装置２０に接続され、他方の端部も可撓性
を有する断熱配管２４Ｂを介して温調装置２０に接続さ
れている。温調装置２０により温度制御された冷却液
は、断熱配管２４Ａを介して冷却コイル２４Ｃに導入さ
れ、基準マーク部材８の熱を吸収した冷却液は、断熱配
管２４Ｂを介して温調装置２０に戻り、そこで再び温調
されて冷却コイル２４Ｃに戻される。

【００３２】図４は基準マーク部材８の底面図であり、
この図４において、冷却コイル２４Ｃは基準マーク部材
８の底面のほぼ全面に均一に接するように蛇行して配置
されている。但し、基準マーク部材８上の基準マーク１
７Ａ，１７Ｂが図１の照明光ＩＬ１によって照明される
ように、冷却コイル２４Ｃは基準マーク１７Ａ，１７Ｂ
の底部を避ける形状で配置されている。また、基準マー
ク部材８の温度を検出するための温度センサ２５Ａ，２
５Ｂが、基準マーク部材８の底部のＹ方向の両端に取り
付けられている。温度センサ２５Ａ，２５Ｂの温度の計
測値は図１の温調装置２０に供給されており、温調装置
２０は温度センサ２５Ａ，２５Ｂで計測される温度の平
均値が予め定められた所定の目標温度になるように、冷
却コイル２４Ｃ内に供給する冷却液の温度及び流量を制
御する。その目標温度としては、例えば本例の投影露光
装置を露光しない状態で暫く放置しておいたときの温度
センサ２５Ａ，２５Ｂの計測値の平均値が使用される。

【００３３】その冷却コイル２４Ｃに供給される冷却液
としては例えば水が使用できる。また、冷却コイル２４
Ｃの材料としては、銅、若しくは熱伝導率の高いステン
レスのような高熱伝導率の金属、又は高熱伝導率の樹脂
等が使用できる。一方、断熱配管２４Ａ及び２４Ｂとし
ては、熱伝導率の低い合成ゴムや合成樹脂等の可撓性の
ある材料が使用できる。なお、冷却コイル２４Ｃに冷却
液の代わりに、例えば冷却された空気のような気体を供
給するようにしてもよい。その他に、基準マーク部材８
の温度を例えばペルティエ素子等の熱電素子を使用して
下げるようにしてもよい。

【００３４】また、図１において、投影光学系４の左右
の側面に近接して、ウエハ５の表面のＺ方向の位置（焦
点位置）を検出するための送光光学系１４Ａ、及び受光
光学系１４Ｂからなる斜入射方式の焦点位置検出系が備
えられている。この焦点位置検出系からのウエハ５の焦
点位置に関する情報は主制御系９に供給され、主制御系
９はその情報に基づいてウエハステージ６の高さ及び傾
斜角を制御する。

【００３５】次に、本例のＬＩＡ方式のアライメントセ
ンサ、及びＦＩＡ方式のアライメントセンサ１３のベー
スライン量のキャリブレーションを行う動作の一例につ
き説明する。この場合、図１において、基準マーク部材
８の基準マーク１７Ａ，１７Ｂの中央の基準点ＫＣ（図
３参照）が投影光学系４の光軸ＡＸにほぼ合致するよう
にウエハステージ６が位置決めされる。この状態で、光
ファイバ束１９Ａを介した照明光ＩＬ１によって、基準
マーク部材８の基準マーク１７Ａ，１７Ｂが底部から照
明され、基準マーク１７Ａ，１７Ｂを通過した照明光Ｉ
Ｌ１が、投影光学系４を介してそれぞれ図２のレチクル
アライメントマークＲＭＡ及びＲＭＢを含む領域を照明
する。照明光ＩＬ１は、露光光ＩＬと同じ波長であるた
め、レチクルアライメントマークＲＭＡ及びＲＭＢの形
成面に基準マーク１７Ａ，１７Ｂの像が形成される。

【００３６】そして、図２のレチクルアライメントマー
クＲＭＡ及びＲＭＢを含む領域を通過した照明光ＩＬ１
は、それぞれ図１のレチクルアライメント顕微鏡１１
Ａ，１１Ｂ内の２次元の撮像素子上に、基準マーク１７
Ａ及び１７Ｂ、並びに対応するレチクルアライメントマ
ークＲＭＡ及びＲＭＢの像を形成する。それらの撮像素
子の撮像信号は主制御系９に供給され、主制御系９では
供給された撮像信号より、基準マーク１７Ａに対するレ
チクルアライメントマークＲＭＡの位置ずれ量、及び基
準マーク１７Ｂに対するレチクルアライメントマークＲ
ＭＢの位置ずれ量を求める。そして、主制御系９ではこ
れらの位置ずれ量がレチクルアライメントマークＲＭＡ
及びＲＭＢで対称になるように、図１のレチクルステー
ジ２を駆動してレチクルアライメントを行う。これによ
って、図３に示すように、基準マーク部材８の基準点Ｋ
Ｃと図２のレチクル１のパターン中心ＲＣの像ＲＣＷと
は実質的に合致する。

【００３７】次に、そのようにレチクルアライメントが
行われた状態で、図１のＬＩＡ方式のＹ軸のアライメン
トセンサ１２Ｙによって図３の基準マーク部材８上のＹ
軸の基準マーク１６Ｙの位置検出を行う。そして、例え
ばアライメントセンサ１２Ｙからのウエハビート信号と
参照ビート信号との位相差が０になるように、ウエハス
テージ６をＹ方向に駆動したときのＹ方向への駆動量Δ
Ｙ_LIAを求める。この際に、基準マーク１７Ａ，１７Ｂ
の中央の基準点ＫＣと基準マーク１６ＹとのＹ方向の間
隔ＢＹ_LIAは予め正確に求められており、この間隔ＢＹ
_LIAに計測された駆動量ΔＹ_LIAを加算することで、ア
ライメントセンサ１２ＹのＹ方向のベースライン量が求
められる。同様に、ＬＩＡ方式のＸ軸のアライメントセ
ンサのＸ方向へのベースライン量は、基準マーク１６Ｘ
の位置検出を行うことによって求められる。

【００３８】また、上述のようにレチクルアライメント
が行われた状態で、図１のＦＩＡ方式のアライメントセ
ンサ１３によって図３の基準マーク部材８上のＸ軸の基
準マーク１５Ｘ、及びＹ軸の基準マーク１５Ｙの位置検
出を行う。そして、基準マーク１５Ｘ、及び基準マーク
１５Ｙの対応する指標マークからの位置ずれをウエハス
テージ６上に換算した値ΔＸ_FIA及びΔＹ_FIAを求め
る。この際に、基準点ＫＣと基準マーク１５ＸとのＸ方
向の間隔ＢＸ_FIA、及び基準マーク１５ＹとのＹ方向の
間隔ＢＹ_FIAは予め正確に求められており、これらの間
隔ＢＸ_FIA及びＢＹ_FIAにそれぞれ計測された値ΔＸ
_FIA及びΔＹ_FIAを加算することで、アライメントセン
サ１３のＸ方向及びＹ方向のベースライン量が求められ
る。以上のように基準マーク部材８上の基準マークの位
置検出を行うことによって、アライメントセンサ１２
Ｙ，１３等のベースライン量の正確な計測であるキャリ
ブレーションが完了する。

【００３９】この場合、本例の基準マーク部材８の底部
には内部を冷却液が流れる冷却コイル２４Ｃが配置さ
れ、基準マーク部材８に取り付けられた温度センサ２５
Ａ，２５Ｂの計測値に基づいて温調装置２０が、基準マ
ーク部材８の温度が常に所定の目標温度になるようにそ
の冷却液の温度及び流量を制御している。従って、基準
マーク部材８の温度がほぼ一定温度に維持されるため、
基準マーク部材８の熱変形は生ずることがなく、ＬＩＡ
方式のアライメントセンサ、及びＦＩＡ方式のアライメ
ントセンサ１３のベースライン量のキャリブレーション
が常に正確に行われる。そして、そのように正確に求め
られたベースライン量に基づいて、対応するアライメン
トセンサの計測値の補正を行うことによって、レチクル
１のパターン像がウエハ５上の各ショット領域に高い重
ね合わせ精度で転写できる。

【００４０】なお、上述の実施の形態では、ウエハステ
ージ６の内部からの照明光で基準マーク部材８上の基準
マーク１７Ａ，１７Ｂ、及び対応するレチクルアライメ
ントマークＲＭＡ，ＲＭＢを照明している。それ以外
に、例えば図１において、レチクル１の上方に退避自在
にハーフミラーを設け、このハーフミラーを介して露光
光ＩＬでレチクルアライメントマークＲＭＡ，ＲＭＢ、
及び基準マーク部材８上の対応する基準マークを照明
し、これら基準マーク及びレチクルアライメントマーク
ＲＭＡ，ＲＭＢからの露光光を対応するレチクルアライ
メント顕微鏡で受光することによって、レチクルアライ
メントを行うようにしてもよい。

【００４１】また、上述の実施の形態では、基準マーク
部材８の温度を計測するための温度センサ２５Ａ，２５
Ｂが基準マーク部材８の底部に配置されているが、必ず
しも基準マーク部材８に接触、又は近接して温度センサ
を設ける必要はない。このように基準マーク部材８に接
触、又は近接した温度センサを設けない場合には、温調
装置２０から冷却コイル２４Ｃ中に一定温度の冷却液を
供給すればよい。この場合、温調装置２０の冷却液の供
給口の近くに冷却液の温度を計測するための温度センサ
を設置し、その温度センサの測定値に基づいてその冷却
液の温度を制御するようにしてもよい。

【００４２】また、上述の実施の形態においては、アラ
イメントセンサとしてＴＴＬ方式で且つＬＩＡ方式のア
ライメントセンサ、及びオフ・アクシス方式で且つＦＩ
Ａ方式のアライメントセンサ１３が使用されているが、
それ以外にＴＴＬ方式、又はオフ・アクシス方式で且つ
ＬＳＡ（レーザ・ステップ・アライメント）方式のアラ
イメントセンサを使用する場合でも、温度制御された基
準マーク部材を使用することによってベースライン量の
キャリブレーションが正確に行われる。更に、ＴＴＲ
（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメントセンサを
使用する場合であっても、温度制御された基準マーク部
材を使用することによってベースライン量のキャリブレ
ーションが正確に行われる。

【００４３】また、上述の実施の形態ではベースライン
量のキャリブレーションを行う場合に本発明を適用した
ものであるが、例えば投影倍率の誤差を含めたレチクル
の倍率誤差等のキャリブレーションを行う場合にも本発
明が適用できる。図７（ａ）はレチクルの倍率誤差の計
測を行う場合に、投影露光装置のウエハステージに設け
られる空間像の計測センサの一例を示し、この図７
（ａ）において、光透過性の基板よりなる基準開口板３
１の表面の遮光膜中にＹ方向に長いスリット状の開口３
２Ｘ、及びＸ方向に長いスリット状の開口３２Ｙが形成
されている。基準開口板３１は、図１のウエハステージ
６と同様のウエハステージ上に固定されている。そし
て、開口３２Ｘの底部のウエハステージの内部に集光レ
ンズ３３Ｘ及び光電検出器３４Ｘが配置され、開口３２
Ｙの底部のウエハステージの内部に集光レンズ３３Ｙ及
び光電検出器３４Ｙが配置されている。また、基準開口
板３１の底部に温度センサ３６が取り付けられ、その底
部で開口３２Ｘ及び３２Ｙの底部を除く領域に冷却コイ
ル３５が配置されている。本例でも、その温度センサ３
６で計測される温度が目標温度となるように、不図示の
温調装置から冷却コイル３５に対して冷却液が供給され
ている。

【００４４】図７（ａ）において、レチクルの倍率誤差
の計測を行う際には、ウエハステージを駆動して、レチ
クルに形成された評価用パターンの像を開口３２Ｘ及び
３２ＹでそれぞれＸ方向及びＹ方向に走査することによ
って、対応する光電検出器３４Ｘ及び３４Ｙからの検出
信号ＳＸ及びＳＹを取り込む。そして、例えば検出信号
ＳＸ及びＳＹの変化と、ウエハステージの座標とに基づ
いて各評価用パターンの像の位置が検出され、各評価用
パターンの像の位置関係からレチクルの倍率誤差が投影
倍率を含めた形で求められる。即ち、レチクルの倍率誤
差のキャリブレーションが行われる。この際に、基準開
口板３１の温度が一定に維持されているため、レチクル
の倍率誤差のキャリブレーションが常に正確に行われ
る。

【００４５】また、図７（ｂ）は空間像の計測センサの
他の例を示し、この図７（ｂ）において、光透過性の基
板よりなる基準開口板３７の表面の遮光膜中に正方形の
開口３８が形成されている。そして、開口３８の底部の
ウエハステージの内部に集光レンズ３９及び光電検出器
４０が配置されている。また、基準開口板３７の底部に
温度センサ３６が取り付けられ、その底部で開口３８の
底部を除く領域に冷却コイル３５が配置されている。本
例でも、その温度センサ３６で計測される温度が目標温
度となるように、不図示の温調装置から冷却コイル３５
に対して冷却液が供給されている。

【００４６】図７（ｂ）において、レチクルの倍率誤差
の計測を行う際には、ウエハステージを駆動して、レチ
クルに形成された評価用パターンの像を開口３８のエッ
ジでＸ方向及びＹ方向に走査することによって、光電検
出器４０からの検出信号ＳＥを取り込む。そして、検出
信号ＳＥの微分信号と、ウエハステージの座標とに基づ
いて各評価用パターンの像の位置が検出され、各評価用
パターンの像の位置関係からレチクルの倍率誤差が投影
倍率のキャリブレーションが行われる。この際に、基準
開口板３７の温度が一定に維持されているため、レチク
ルの倍率誤差のキャリブレーションが常に正確に行われ
る。

【００４７】また、キャリブレーションの必要な露光条
件としては、上述のベースライン量やレチクルの倍率誤
差の他に、例えば投影光学系の結像面の状態やウエハ上
での露光光の照度等がある。そして、結像面の状態のモ
ニタ用に平面度の高い基準平面部材が使用されることが
あり、露光光の照度のモニタ用に所謂照射量モニタ等が
使用される。そこで、これらの基準平面部材や照射量モ
ニタ等をも温度制御するようにしてもよい。これによっ
て、それらの露光条件のキャリブレーションを常に正確
に行うことができる。

【００４８】更に、本発明はレチクルのパターンの一部
を投影光学系を介してウエハ上に投影した状態で、レチ
クルとウエハとを投影光学系に対して同期走査してレチ
クルのパターンをウエハの各ショット領域に逐次露光す
るステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光型の投
影露光装置や、プロキシミティ方式の露光装置等にも同
様に適用できる。

【００４９】このように、本発明は上述の実施の形態に
限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構
成を取り得る。

【００５０】

【発明の効果】本発明の露光装置によれば、所定の露光
条件のキャリブレーションを行うための基準部材の温度
を温度制御手段により所定の状態に制御することがで
き、その基準部材の熱変形を抑えることができる。これ
により、その露光条件のキャリブレーションを常に高精
度に行うことができる利点がある。

【００５１】また、基準部材の温度を計測する温度計測
手段を設け、この温度計測手段で計測される温度に基づ
いてその温度制御手段がその基準部材の温度を制御する
場合には、その基準部材の温度を正確に所望の温度に設
定できる。また、感光基板上の位置合わせ用マークの位
置を検出するアライメントセンサが設けられ、その基準
部材が、所定の基板上にマスクパターン用の基準マーク
及びそのアライメントセンサ用の基準マークが形成され
た基準マーク部材であり、キャリブレーションの対象と
なる所定の露光条件が、そのマスクパターンの基板ステ
ージ上での転写位置とそのアライメントセンサの計測中
心との相対間隔である場合には、そのアライメントセン
サのベースライン量のキャリブレーションが常に正確に
行われる。そして、そのキャリブレーションが行われた
ベースライン量に基づいて、そのマスクパターンを感光
基板上に高い重ね合わせ精度で転写できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光装置の実施の形態の一例を示
す一部を切り欠いた概略構成図である。

【図２】図１のレチクル１上のレチクルアライメントマ
ークを示す平面図である。

【図３】図１の基準マーク部材８の基準マークの配置を
示す拡大斜視図である。

【図４】図１の基準マーク部材８の底面に配置された冷
却コイル２４Ｃ等を示す底面図である。

【図５】図３の基準マーク１７Ａを示す拡大平面図であ
る。

【図６】図３の基準マーク１５Ｘを示す拡大平面図であ
る。

【図７】（ａ）は空間像センサの一例を示す一部を切り
欠いた拡大斜視図、（ｂ）は空間像センサの他の例を示
す一部を切り欠いた拡大斜視図である。

【符号の説明】

１レチクル４投影光学系５ウエハ６ウエハステージ８基準マーク部材９主制御系１１Ａ，１１Ｂレチクルアライメント顕微鏡１２ＹＬＩＡ方式のＹ軸のアライメントセンサ１３ＦＩＡ方式のアライメントセンサＲＭＡ，ＲＭＢレチクルアライメントマーク１５Ｘ，１５ＹＦＩＡ方式用の基準マーク１６Ｘ，１６ＹＬＩＡ方式用の基準マーク１７Ａ，１７Ｂレチクルアライメント顕微鏡用の基準
マーク２０温調装置２４Ａ，２４Ｂ断熱配管２４Ｃ冷却コイル２５Ａ，２５Ｂ温度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光光のもとでマスクパターンが転写さ
れる感光基板を位置決めするための基板ステージと、該
基板ステージ上に固定された基準部材とを備え、該基準
部材を用いて所定の露光条件のキャリブレーションが行
われる露光装置において、前記基準部材の温度を制御する温度制御手段を設けたこ
とを特徴とする露光装置。
【請求項２】請求項１記載の露光装置であって、前記基準部材の温度を計測する温度計測手段を設け、該
温度計測手段で計測される温度に基づいて前記温度制御
手段は前記基準部材の温度を制御することを特徴とする
露光装置。
【請求項３】請求項１、又は２記載の露光装置であっ
て、前記感光基板上の位置合わせ用マークの位置を検出する
アライメントセンサが設けられ、前記基準部材は、所定の基板上に前記マスクパターン用
の基準マーク及び前記アライメントセンサ用の基準マー
クが形成された基準マーク部材であり、前記キャリブレーションの対象となる所定の露光条件と
は、前記マスクパターンの前記基板ステージ上での転写
位置と前記アライメントセンサの計測中心との相対間隔
であることを特徴とする露光装置。