JPH1022219A

JPH1022219A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH1022219A
Application number: JP8195531A
Authority: JP
Inventors: Tomohide Hamada; 智秀浜田; Hiroshi Shirasu; 廣白数; Yukio Kakizaki; 幸雄柿崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 1998-01-23
Anticipated expiration: 2016-07-05
Also published as: JP3669063B2; KR100492278B1; KR980011723A

Abstract

(57)【要約】【課題】マスクと感光基板の非走査方向の相対的な位
置ずれを正確に検出できる投影露光装置を提供するこ
と、及び小型軽量で、安定した動作精度を有する投影露
光装置を提供すること。【解決手段】少なくとも保持手段（２４）の移動のス
トローク分の長さをもって保持手段（２４）の移動の方
向に延設された長尺ミラー（６２，６６）を固定部（１
６）に対して固定する。そして、長尺ミラー（６２，６
６）に対するマスク（１０）及び感光基板（１４）の位
置に基づいて、計測手段（４８，５０，６４，６８）に
よって、保持手段（２４）の移動の方向（Ｘ軸方向）と
直交する方向（Ｙ軸方向）におけるマスク（１０）と感
光基板（１４）との相対的な位置ずれ量（△Ｙ）を計測
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、マスクと感光基板
とを投影光学系に対して所定方向に移動させることによ
ってマスク上のパターンを感光基板上に投影露光する投
影露光装置に関し、特に、マスクと感光基板との相対的
な位置ずれ量を計測する技術に関する。

【０００２】

【従来技術】図７は、従来の投影露光装置の構成を示
す。この投影露光装置は、マスク１１０のパターンを投
影光学系１１２を介してガラスプレート（感光基板）１
１４上に等倍で投影するものである。図７において、マ
スク１１０とガラスプレート１１４とが移動（走査）す
る方向をＸ軸とし、マスク１１０の平面内でＸ軸と直交
する方向をＹ軸とし、マスク１１０の法線方向（投影光
学系１２の光軸方向）をＺ軸とする。投影光学系１１２
は、コの字型の架台１１６の中央に固定されている。架
台１１６の端部には、超高圧水銀ランプ等よりなる光源
およびフライアイレンズ等からなる照明光学系１１８が
固定されており、照明光学系１１８から射出された光に
よってマスク１１０の所定形状領域を均一な照度で照明
するようになっている。

【０００３】マスク１１０及びガラスプレート１１４
は、ＸＹ平面とほぼ平行になるように、マスクステージ
１２０及びプレートステージ１２２上にそれぞれ保持さ
れている。また、マスクステージ１２０及びプレートス
テージ１２２は、共通のキャリッジ１２４によって一体
的に保持されている。マスクステージ１２０の下方に
は、２つのＹ方向微動アクチュエータ１２６，１２８
が、キャリッジ１２４に固定された状態で配置されてお
り、これら２つのＹ方向微動アクチュエータ１２６，１
２８によってマスクステージ１２０のＹ軸方向の位置を
調整できるようになっている。マスクステージ１２０の
投影光学系１１２側の端部には、Ｘ方向微動アクチュエ
ータ１３０がキャリッジ１２４に固定された状態で配置
されており、このＸ方向微動アクチュエータ１３０によ
ってマスクステージ１２０のＸ軸方向の位置を調整でき
るようになっている。

【０００４】一方、プレートステージ１２２は、走査露
光中におけるプレート１１４の露光領域が投影光学系１
１２を介したマスク１１０のパターン結像面とほぼ一致
するように、Ｚ軸方向に適宜移動可能であるとともに、
Ｘ軸周りおよびＹ軸周りにチルト（傾斜）可能に構成さ
れている。すなわち、プレートステージ１２２をＺ軸方
向に移動させることによって、結像状態を調整し、更
に、ガラスプレート１１４のレベリングを行う（Ｘ軸周
り及びＹ軸周りにチルトさせる）。このような調整動作
により、ガラスプレート１１４の厚みムラや、傾き、う
ねり等を補正することができる。

【０００５】キャリッジ１２４は、ガイド部材１３２
ａ，１３２ｂに沿ってＸ軸方向にスライド可能に構成さ
れている。そして、照明系１１８から射出される照明光
に対して、キャリッジ１２４をＸ軸方向に移動すること
によって、マスク１１０とガラスプレート１１４とが投
影光学系１１２（照明光）に対して同期して走査され、
その走査に従ってマスク１１０上に形成されたパターン
が徐々にガラスプレート１１４上に転写される。そし
て、一度の走査により、マスク１１０に形成されたパタ
ーン領域の全体がガラスプレート１１４上に投影露光
（転写）される。

【０００６】次に、上記のような投影露光装置におけ
る、マスク１１０とガラスプレート１１４の位置合わせ
機構について説明する。マスクステージ１２０及びプレ
ートステージ１２４の底部には、Ｙ方向微動アクチュエ
ータ１２６，１２８にそれぞれ対応する位置に、移動鏡
１３６ａ，１３６ｂ，１３８ａ，１３８ｂが固定されて
いる。移動鏡１３６ａ，１３６ｂは、キャリッジ１２４
に固定された差動タイプのレーザ干渉計１４０から射出
されるレーザ光を反射するように構成されている。すな
わち、レーザ干渉計１４０から射出されたレーザ光は、
分岐光学系１４４によって２つの光束に分割され、それ
ぞれの光が移動鏡１３６ａ，１３６ｂに導かれる。移動
鏡１３６ａ，１３６ｂで反射したレーザ光は、分岐光学
系１４４を介してレーザ干渉計１４０に入射する。そし
て、干渉計１４０では、移動鏡１３６ａ，１３６ｂから
の２つの反射光を合成し、これら２つの光の干渉状態に
基づいて、Ｙ方向微動アクチュエータ１２６が設置され
た位置における、マスク１１０とガラスプレート１１４
との非走査方向（Ｙ軸方向）の相対位置ずれを検出す
る。

【０００７】一方、移動鏡１３８ａ，１３８ｂは、キャ
リッジ１２４に固定された差動タイプのレーザ干渉計１
４２から射出されるレーザ光を反射するように構成され
ている。すなわち、レーザ干渉計１４２から射出された
レーザ光を、分岐光学系１４６によって２つの光束に分
割し、それぞれの光を移動鏡１３８ａ，１３８ｂに導
く。移動鏡１３８ａ，１３８ｂで反射したレーザ光は、
分岐光学系１４６を介してレーザ干渉計１４２に入射す
る。そして、干渉計１４２では、移動鏡１３８ａ，１３
８ｂからの２つの反射光を合成し、これら２つの光の干
渉状態に基づいて、Ｙ方向微動アクチュエータ１２８が
設置された位置における、マスク１１０とガラスプレー
ト１１４との非走査方向（Ｙ軸方向）の相対位置ずれを
検出する。

【０００８】このように、レーザ干渉計１４０及びレー
ザ干渉計１４２によって、Ｘ軸方向に一定の間隔を持っ
た２点（１２６，１２８）におけるマスク１１０とガラ
スプレート１１４とのＹ軸方向の相対位置ずれを検出す
ることができる。また、レーザ干渉計１４０とレーザ干
渉計１４２との検出結果の差により、マスク１１０とガ
ラスプレート１１４との法線周り（Ｚ軸周りの回転方
向）の相対位置ずれを検出することができる。マスク１
１０とガラスプレート１１４とのＹ軸方向又は法線周り
の位置ずれ量が検出されると、Ｙ方向微動アクチュエー
タ１２６，１２８を駆動して、そのずれ量を補正する。
なお、レーザ干渉計１４０及び１４２は、キャリッジ１
２４に固設された光源からの光束を利用しているので、
検出されたＹ軸方向の相対位置ずれは、キャリッジ１２
４の姿勢変化の影響を含まないことになる。すなわち、
キャリッジ１２４がＸ軸周りに変位した場合には、レー
ザ干渉計１４０，１４２の光源及び分岐光学系１４４，
１４６もキャリッジ１２４と共に変位するため、この様
な状況でのマスク１１０とガラスプレート１１４のＹ軸
方向のずれ量は検出されない。

【０００９】マスクステージ１２０とプレートステージ
１２２のＸ軸方向の端部には、Ｘ方向微動アクチュエー
タ１３０の対応する位置に、反射鏡１４８と反射鏡１５
０がそれぞれ設置されている。これらの反射鏡１４８，
１５０は、それぞれレーザ干渉計１５２，１５４からの
レーザ光を反射するように配置構成されている。レーザ
干渉計１５２は、測長タイプの干渉計であり、光源から
射出されたレーザ光束を、マスクステージ１２０に固定
された反射鏡１４８と、架台１１６に固設された固定鏡
（不図示）とに導いている。そして、反射鏡１４８から
の反射光を固定鏡からの反射光と干渉（合成）させて受
光し、これら２つの光の干渉状態に基づいて、マスク１
１０のＸ軸方向の位置を検出するようになっている。

【００１０】一方、レーザ干渉計１５４も測長タイプの
干渉計であり、架台１１６や投影光学系１１４のような
固定系に固設された光源から射出されたレーザ光束を、
プレートステージ１２２に固定された反射鏡１５０と上
述した固定鏡（不図示）とに導いている。そして、反射
鏡１５０からの反射光を固定鏡からの反射光と干渉させ
て受光し、これら２つの光の干渉状態に基づいて、ガラ
スプレート１１４のＸ軸方向の位置を検出するようにな
っている。

【００１１】また、レーザ干渉計１５２とレーザ干渉計
１５４との検出結果の差により、マスク１１０とガラス
プレート１１４とのＸ軸方向の相対位置ずれを検出する
ことができる。すなわち、レーザ干渉計１５２によって
計測されるマスク１１０のＸ軸方向の位置と、レーザ干
渉計１５４によって計測されるガラスプレート１１４の
Ｘ軸方向の位置の相対的な差を求める。ここで、レーザ
干渉計１５２および１５４はともに固定系に固設された
光源を利用しているので、キャリッジ１２４のピッチン
グ方向（Ｙ軸周りの回転方向）の姿勢変化、すなわちキ
ャリッジ１２４のピッチング量を含めたマスク１１０と
ガラスプレート１１４との走査方向（Ｘ軸方向）の相対
位置ずれを検出することができる。なお、プレートステ
ージ１２２側に配置されたレーザ干渉計１５４の出力
は、走査制御するためのキャリッジ駆動制御用コントロ
ーラ（図示せず）にフィードバックされ、走査露光中に
ガラスプレート１１４の全領域において露光量が均一に
なるように、投影光学系１１２に対するキャリッジ１２
４の速度制御を行う。

【００１２】キャリッジ１２４の上面には、Ｘ軸方向に
延びた長尺状の反射鏡１５６が固定設置されており、レ
ーザ干渉計１５８から射出されるレーザ光を反射するよ
うになっている。レーザ干渉計１５８は、キャリッジ１
２４のローリング方向（Ｘ軸周りの回転方向）の姿勢変
化を検出する差動タイプの干渉計である。この干渉計シ
ステムにおいては、架台１１６に固設された光源から射
出されたレーザ光束を２つの光束に分割し、各レーザ光
束を反射鏡１５６上のＺ軸方向に離れた２点に導いてい
る。そして、反射鏡１５６で反射したレーザ光束を合成
しその干渉光を受光することによって、キャリッジ１２
４全体のＸ軸周りの回転量、すなわちローリング量が検
出される。この装置においては、干渉計１５８によって
検出されたローリング量に基づいて、投影光学系１１２
を基準としたマスク１１０とガラスプレート１１４との
Ｙ軸方向の相対的なずれ量を演算によって求める。そし
て、Ｙ方向微動アクチュエータ１２６，１２８を適宜駆
動することによってそのずれ量を補正する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の投
影露光装置においては、マスク１１０とガラスプレート
１１４のＹ軸方向の位置ずれを計測するレーザ干渉計１
４０，１４２、及びその分岐光学系１４４，１４６が、
キャリッジ１２４上に固設されている。このため、ガイ
ド部材１３２ａ，１３２ｂの真直度に誤差等により、キ
ャリッジ１２４が変形していると、分岐光学系１４４と
分岐光学系１４６との間に相対変位を生じてしまう。そ
の結果、レーザ干渉計１４０と１４２によって計測され
た値、すなわち、マスク１１０とガラスプレート１１４
とのＹ軸方向の相対位置ずれ量に誤差が含まれることに
なる。

【００１４】また、レーザ干渉計１４０と１４２をキャ
リッジ１２４上に設置しているため、キャリッジ１２４
の駆動力を大きくする必要がある。更に、キャリッジ１
２４上に長尺状の反射鏡１５６が固設されているため、
キャリッジ１２４の重量が増し、キャリッジの駆動力を
更に大きくしなければならない。その結果、駆動系が大
型化すると共に、キャリッジ１２４の走査精度（等速制
御）の向上を図ること困難となる。

【００１５】本発明は上記のような状況に鑑みて成され
たものであり、マスクと感光基板の非走査方向の相対的
な位置ずれを正確に検出できる投影露光装置を提供する
ことを目的とする。また、小型軽量で、安定した動作精
度を有する投影露光装置を提供することを他の目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明においては、マスク（１０）上のパターン
を所定形状の照明領域で照明する照明光学系（１８）
と、マスク（１０）上のパターンを感光基板（１４）上
に投影する投影光学系（１２）と、マスク（１０）と感
光基板（１４）とを一体で保持する保持手段（２４）
と、投影光学系（１２）を固定する固定部（１６）とを
有し、保持手段（２４）を投影光学系（１２）に対して
所定方向（Ｘ軸方向）に移動させることによってマスク
（１０）上のパターンを投影光学系（１２）を介して感
光基板（１４）上に投影露光する投影露光装置におい
て、固定部（１６）に対して固定され、少なくとも保持
手段（２４）の移動のストローク分の長さをもって当該
移動の方向に延設された長尺ミラー（６２，６６）と；
この長尺ミラー（６２，６６）に対するマスク（１０）
及び感光基板（１４）の位置に基づいて、移動の方向
（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）におけるマス
ク（１０）と感光基板（１４）との相対的な位置ずれ量
（△Ｙ）を計測する計測手段（４８，５０，６４，６
８）とを備えている。上記のような発明において、計測
手段（４８，５０，６４，６８）は、長尺ミラー（６
２，６６）に対するマスク（１０）及び感光基板（１
４）の位置に基づいて、保持手段（２４）の移動の方向
（Ｘ軸方向）を軸とする回転方向のずれ量（△Ｘθ）を
更に計測することができる。

【００１７】上記のような本発明において、例えば、マ
スク（１０）を保持手段（２４）に対して保持するマス
クステージ（２０）と、感光基板（１４）を保持手段
（２４）に対して保持する基板ステージ（２２）とを更
に備える。また、計測手段（４８，５０，６４，６８）
は、計測用の光を射出する手段（４８，５０）と；マス
クステージ（２０）と基板ステージ（２２）にそれぞれ
固定され、計測用の光の少なくとも一部を長尺ミラー
（６２，６６）に導くた分岐光学系（６４，６８）とを
有する。そして、長尺ミラー（６２，６６）で反射され
た計測用の光を用いてマスク（１０）と感光基板（１
４）との相対的な位置ずれ（△Ｙ）を計測する。

【００１８】上記のような分岐光学系（６４，６８）と
しては、計測用の光の一部を長尺ミラー（６２，６６）
に導く偏光ビームスプリッタ（６４，６８）と、当該偏
光ビームスプリッタ（６４，６８）を透過した計測用の
光を反射する基準ミラー（６５）とを用いて構成するこ
とができる。そして、計測手段（４８，５０）は、長尺
ミラー（６２，６６）からの反射光と基準ミラー（６
５）からの反射光の干渉状態に基づいてマスク（１０）
と感光基板（１４）との相対的な位置ずれ（△Ｙ）を計
測する。

【００１９】また、上記の分岐光学系の他の態様として
は、計測用の光を反射して長尺ミラー（６２、６６）に
導く台形ミラー（７０）と；固定部（１６）に対して固
定され、台形ミラー（７０）及び長尺ミラー（６２，６
６）で反射した光が入射する基準ミラー（７２）とを用
いて構成することができる。そして、計測手段（６９）
は、基準ミラー（７２）から台形ミラー（７０）を介し
て、マスク（１０）側と感光基板（１４）側とから戻る
２つの光の干渉状態に基づいてマスク（１０）と感光基
板（１４）との相対的な位置ずれ（△Ｙ）を計測する。

【００２０】また、上記の分岐光学系の更に他の態様と
しては、計測用の光を反射して長尺ミラー（６２，６
６）に導くとともに、当該長尺ミラー（６２，６６）か
らの反射光を反射するペンタプリズム（８２）を用いて
構成することができる。そして、計測手段（８１）は、
ペンタプリズム（８２）で反射して、マスク（１０）側
と感光基板側（１４）とから戻る２つの光の干渉状態に
基づいてマスク（１０）と感光基板（１４）との相対的
な位置ずれ（△Ｙ）を計測する。

【００２１】

【作用】上記のような本発明においては、計測用の光を
長尺ミラー（６２，６６）に対して投射し、これら長尺
ミラー（６２，６６）からの反射光に基づいて、移動の
方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）における
マスク（１０）と感光基板（１４）との相対的な位置ず
れ量（△Ｙ）を計測している。ここで、長尺ミラー（６
２，６６）は、マスク（１０）や感光基板（１４）の保
持手段で（２４）でなく、固定部（１６）に対して固定
されているため、従来のように長尺ミラー（６２，６
６）や分岐光学系を保持手段（２４）上に設置する必要
がないため、保持手段（２４）を軽量化することができ
る。また、マスク（１０）と感光基板（１４）の相対的
な位置を調整するアクチュエータ等の駆動系の小型化が
実現できると共に、走査露光時の定速性も高まり、安定
した露光ができる。

【００２２】また、保持手段（２４）の移動の方向（Ｘ
軸方向）を軸とする回転方向のずれ量（△Ｘθ）を計測
することができる。すなわち、保持手段（２４）の姿勢
変化や保持手段（２４）内の局所的な変形に起因する相
対位置ずれを含んだマスク（１０）と感光基板（１４）
との相対的な位置ずれを検出することができる。このた
め、保持手段（２４）の案内面の真直度不良等により保
持手段（２４）自体が変形した場合であっても、投影光
学系（１２）を基準とし、マスク（１０）と感光基板
（１４）との位置を正確に検出、且つ補正することがで
きる。その結果、保持手段（２４）の機械系の案内精度
（運動性能）のみならず、保持手段（２４）自体の変形
に依存することなく、投影光学系（１２）に対するマス
ク（１０）と感光基板（１４）との位置関係を一定に保
ち、安定した高い露光精度（転写精度）を確保すること
ができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に示した実施例に基づいて説明する。本実施例は、
走査型の投影露光装置に本発明を適用したものである。

【００２４】

【実施例】図１は、実施例にかかる投影露光装置の構成
を示す。この投影露光装置は、マスク１０のパターンを
投影光学系１２を介してガラスプレート（感光基板）１
４上に等倍で投影するものである。図１において、マス
ク１０とガラスプレート１４とが走査される方向をＸ軸
とし、マスク１０の平面内でＸ軸と直行する方向をＹ軸
とし、マスク１０の法線方向（投影光学系１２の光軸方
向）をＺ軸とする。投影光学系１２は、コの字型の架台
１６の中央に固定されている。架台１６の端部には、超
高圧水銀ランプ等よりなる光源およびフライアイレンズ
等からなる照明光学系１８が固定されており、この照明
光学系１８から射出された照明光によってマスク１０の
所定形状領域を均一な照度で照明するようになってい
る。

【００２５】マスク１０及びガラスプレート１４は、Ｘ
Ｙ平面とほぼ平行になるように、マスクステージ２０及
びプレートステージ２２上にそれぞれ保持されている。
また、マスクステージ２０及びプレートステージ２２
は、共通のキャリッジ２４によって一体的に保持されて
いる。マスクステージ２０の下方には、２つのＹ方向微
動アクチュエータ２６，２８が、キャリッジ２４に固定
された状態で配置されており、これら２つのＹ方向微動
アクチュエータ２６，２８によってマスクステージ２０
のＹ軸方向の位置を調整できるようになっている。マス
クステージ２０の投影光学系１２側の端部には、Ｘ方向
微動アクチュエータ３０がキャリッジ２４に固定された
状態で配置されており、このＸ方向微動アクチュエータ
３０によってマスクステージ２０のＸ軸方向の位置を調
整できるようになっている。

【００２６】一方、プレートステージ２２は、走査露光
中におけるプレート１４の露光領域が投影光学系１２を
介したマスク１０のパターン結像面とほぼ一致するよう
に、Ｚ軸方向に適宜移動可能であるとともに、Ｘ軸周り
およびＹ軸周りにチルト（傾斜）可能に構成されてい
る。すなわち、プレートステージ２２をＺ軸方向に移動
させることによって、結像状態を調整し、更に、ガラス
プレート１４のレベリングを行う（Ｘ軸周り及びＹ軸周
りにチルトさせる）。このような調整動作により、ガラ
スプレート１４の厚みムラや、傾き、うねり等を補正す
ることができる。

【００２７】キャリッジ２４は、駆動系３６によって、
ガイド部材３２ａ，３２ｂに沿ってＸ軸方向にスライド
可能に構成されている。そして、照明光学系１８から射
出される照明光に対して、キャリッジ２４をＸ軸方向に
移動することによって、マスク１０とガラスプレート１
４とが投影光学系１２（照明光）に対して同期して走査
され、その走査に従ってマスク１０上に形成されたパタ
ーンが徐々にガラスプレート１４上に転写される。そし
て、一度の走査により、マスク１０に形成されたパター
ン領域の全体がガラスプレート１４上に投影露光（転
写）される。

【００２８】次に、上記のような投影露光装置におけ
る、マスク１０とガラスプレート１４の位置合わせ機構
について、図１に加えて図２及び図３を参照して説明す
る。マスク１０とガラスプレート１４の位置は、架台１
６に固定された６つのレーザ干渉計（４０，４２，４
４，４６，４８，５０）を用いて計測される。

【００２９】レーザ干渉計４０，４２は、マスクステー
ジ２０の投影光学系１２側の側部に設置された反射鏡５
４，５６に対して計測用のレーザ光を射出する。反射鏡
５４，５６は、Ｙ軸方向に所定の間隔をもって配置さ
れ、各々の反射面がＹＺ平面に平行になるように配置さ
れている。レーザ干渉計４０，４２は、反射鏡５４，５
６からの反射光に基づいてマスク１０のＸ軸方向の位置
を計測する。また、レーザ干渉計４０，４２の計測値か
らマスク１０のＺ軸周りの変位量を計測できるようにな
っている。すなわち、レーザ干渉計４０によって計測さ
れる反射鏡５４の位置（マスク１０の位置）と、レーザ
干渉計４２によって計測される反射鏡５６の位置（マス
ク１０の位置）との相対的な変位量に基づいて、マスク
１０のＺ軸周りの変位量を求めることができる。

【００３０】レーザ干渉計４４，４６は、プレートステ
ージ２２の投影光学系１２側の側部に設置された反射鏡
５８，６０に対して計測用のレーザ光を射出する。反射
鏡５８，６０は、Ｙ軸方向に所定の隔をもって配置さ
れ、各々の反射面がＹＺ平面に平行になるように配置さ
れている。レーザ干渉計４４，４６は、反射鏡５８，６
０からの反射光に基づいてガラスプレート１４のＸ軸方
向の位置を計測する。また、レーザ干渉計４４，４６の
計測値からガラスプレート１４のＺ軸周りの変位量を計
測できるようになっている。すなわち、レーザ干渉計４
４によって計測される反射鏡５８の位置（ガラスプレー
ト１４の位置）と、レーザ干渉計４６によって計測され
る反射鏡６０の位置（ガラスプレート１４の位置）との
相対的な変位に基づいて、ガラスプレート１４のＺ軸周
りの変位量を求めることができる。

【００３１】レーザ干渉計４８は、マスク１０のＹ軸方
向の位置を計測するものであり、マスクステージ２０に
固定された分岐光学系６４を介して、一端が架台１６の
天井部に固定された長尺状の反射鏡６２に対し計測用の
レーザ光を照射する。反射鏡６２は、少なくともキャリ
ッジ２４の移動ストローク分の長さを有し、一端が架台
１６に固定された状態で他端がマスクステージ２０側に
延びている。また、反射鏡６２の反射面（底面）は、Ｙ
軸に垂直（ＸＺ平面に平行）になるように配置されてい
る。分岐光学系６４は、レーザ干渉計４８から射出され
るレーザ光を反射鏡６２の反射面に対して垂直に導くよ
うに構成されている。レーザ干渉計４８においては、反
射鏡６２からの反射光を受光し、反射鏡６２に対するマ
スク１０のＹ軸方向の位置を計測する。すなわち、投影
光学系１２を含む固定側（架台１６）を基準としたマス
ク１０のＹ軸方向の変位を計測する。

【００３２】レーザ干渉計５０は、ガラスプレート１４
のＹ軸方向の位置を計測するものであり、プレートステ
ージ２２に固定された分岐光学系６８を介して、一端が
架台１６の天井部に固定された長尺状の反射鏡６６に対
し計測用のレーザ光を照射する。反射鏡６６は、上述し
た反射鏡６２と同様に、少なくともキャリッジ２４の移
動ストローク分の長さを有し、一端が架台１６に固定さ
れた状態で他端がプレートステージ２２側に延びてい
る。また、反射鏡６６の反射面はＹ軸に垂直（ＸＺ平面
に平行）な方向を向いている。分岐光学系６８は、レー
ザ干渉計５０から射出されたレーザ光を反射鏡６６の反
射面（底面）に対して垂直に導くように構成されてい
る。レーザ干渉計５０においては、反射鏡６６からの反
射光を受光し、反射鏡６６に対するガラスプレート１４
のＹ軸方向の位置を計測する。すなわち、投影光学系１
２を含む固定側（架台１６）を基準としたガラスプレー
ト１４のＹ軸方向の変位を計測する。

【００３３】レーザ干渉計４８及び５０から出力される
レーザ光を反射ミラー６２，６６に導く分岐光学系６
４，６８としては、例えば、偏光ビームスプリッタ（６
４）を使用することができる。図３は、マスク１０とガ
ラスプレート１４とのＹ軸方向のずれを計測する本発明
の第１実施例にかかる干渉計システムの構成を示す。マ
スクステージ２０に設置された偏光ビームスプリッタ６
４の後方には、基準ミラー６５が設置されており、偏光
ビームスプリッタ６４を透過した光を反射するようにな
っている。本実施例においては、レーザ干渉計４８から
射出された光の一部は、偏光ビームスプリッタ６４にお
いて反射ミラー６２側に導かれ、その他の光は偏光ビー
ムスプリッタ６４を透過して基準ミラー６５に入射す
る。

【００３４】レーザ干渉計４８においては、反射ミラー
６２で反射した光と、基準ミラー６５で反射した光の光
路長の差から、反射ミラー６２に対するマスク１０のＹ
軸方向の位置を計測する。すなわち、反射ミラー６２に
対してマスク１０がＹ軸方向に変位すると、偏光ビーム
スプリッタ６４から反射ミラー６２までの光路長が変化
し、反射ミラー６２から戻る光と基準ミラー６５から戻
る光との間に相対的な光路長の差が生じる。従って、レ
ーザ干渉計４８に受光される光の干渉状態に基づいてマ
スク１０のＹ軸方向の位置を計測することができる。な
お、プレートステージ２２に設置された分岐光学系６８
も上記分岐光学系（６４，６５）と同じ構成であり、こ
こでは重複した説明を省略する。

【００３５】本実施例においては、上記のような６つの
レーザ干渉計（４０，４２，４４，４６，４８，５０）
の計測値に基づいて、マスク１０とガラスプレート１４
のＸ軸方向、Ｙ軸方向，Ｘ軸周りの回転方向（Ｘθ方
向）、Ｙ軸周りの回転方向（Ｙθ方向）及びＺ軸周りの
回転方向（Ｚθ方向）の相対的なずれ量△ｘ，△ｙ，△
ｘθ，△ｙθ，△ｚθをそれぞれ検出することができ
る。詳述すると、マスク１０側においては、レーザ干渉
計４０の計測値ＭＸ１とレーザ干渉計４２の計測値ＭＸ
２とに基づいて、例えば、これらの平均値をとって、マ
スク１０のＸ軸方向の位置ＭＸを求める。また、レーザ
干渉計４０の計測値ＭＸ１と、レーザ干渉計４２の計測
値ＭＸ２との差からマスク１０のＺθ方向の変位量ＭＺ
θが求まる。更に、レーザ干渉計４８の計測値からマス
ク１０のＹ軸方向の位置ＭＹが求まる。

【００３６】一方、ガラスプレート１４側において、レ
ーザ干渉計４４の計測値ＰＸ１と、レーザ干渉計４６の
計測値ＰＸ２とに基づいて、例えば、これらの平均値を
とって、ガラスプレート１４のＸ軸方向の位置ＰＸが求
まる。また、レーザ干渉計４４の計測値ＰＸ１と、レー
ザ干渉計４６の計測値ＰＸ２との差からガラスプレート
１４のＺθ方向の変位量ＰＺθが求まる。更に、レーザ
干渉計５０の計測値からガラスプレート１４のＹ軸方向
の位置ＰＹが求まる。

【００３７】そして、上記のように求められたマスク１
０のＸ軸方向の位置ＭＸと、ガラスプレート１４のＸ軸
方向の位置ＰＸとの差から、キャリッジ２４のピッチン
グ（Ｙ軸周りの回転）を含むマスク１０とガラスプレー
ト１４のＸ軸方向の相対的なずれ量△Ｘが求まる。ま
た、マスク１０のＹ軸方向の位置ＭＹと、ガラスプレー
ト１４のＹ軸方向の位置ＰＹとの差から、キャリッジ２
４のローリング（Ｘ軸周りの回転）を含むマスク１０と
ガラスプレート１４のＹ軸方向のずれ量△Ｙが求まる。
更に、マスク１０のＺθ方向の位置ＭＺθとガラスプレ
ート１４のＺθ方向の位置ＰＺθとから、マスク１０と
ガラスプレート１４とのＺ軸周りの相対的なずれ量△Ｚ
θが求まる。

【００３８】次に、上記実施例の全体的な動作について
説明する。まず、マスク１０とガラスプレート１４の双
方に形成されたマークを図示しない顕微鏡で観察し、マ
スク１０とガラスプレート１４との初期アライメントを
行う。そして、この状態で、各レーザ干渉計（４０，４
２，４４，４６，４８，５０）の計測値を０に設定す
る、所謂キャリブレーションを行う。次に、駆動系３６
によってキャリッジ２４をＸ軸方向に駆動して走査露光
を開始する。走査露光中は、各レーザ干渉計（４０，４
２，４４，４６，４８，５０）により、上記のような手
順により、マスク１０とガラスプレート１４との相対的
な位置ずれ量△Ｘ，△Ｙ，△Ｚθを求める。次に、これ
らの位置ずれ量△Ｘ，△Ｙ，△Ｚθに基づき、マスクス
テージ２０上に設けた微動アクチュエータ２６，２８，
３０の駆動量（調整量）を演算によって求める。そし
て、これらの微動アクチュエータ２６，２８，３０によ
って、マスク１０とガラスプレート１４とのＸ軸方向、
Ｙ軸方向およびＺ軸周りの回転方向の位置調整をフィー
ドバック制御によって行う。

【００３９】上記のような本実施例においては、反射ミ
ラー６２，６６が、架台１６に対して固定されているた
め、キャリッジ２４の姿勢変化やキャリッジ２４内の局
所的な変形に起因する相対位置ずれを含んだマスク１０
とガラスプレート１４との相対的な位置ずれを検出する
ことができる。このため、キャリッジ２４のガイド部材
３２ａ、３２ｂの真直度不良等によりキャリッジ２４自
体が変形した場合であっても、投影光学系１２を基準と
し、マスク１０とガラスプレート１４との位置を正確に
検出、且つ補正することができる。その結果、キャリッ
ジ２４の機械系の案内精度（運動性能）のみならず、キ
ャリッジ２４自体の変形に依存することなく、投影光学
系１２に対するマスク１０とガラスプレート１４との位
置関係を一定に保ち、安定した高い露光精度（転写精
度）を確保することができる。

【００４０】また、従来のように反射ミラー６２，６６
や分岐光学系６４，６８をキャリッジ２４上に設置する
必要がなく、キャリッジ２４を軽量化することができ
る。これにより、駆動系３６の小型化が実現できると共
に、走査露光時の定速性も高まり、安定した露光ができ
る。

【００４１】図４〜図６は、マスク１０とガラスプレー
ト１４とのＹ軸方向の相対的な位置ずれ△Ｙを計測する
干渉計システムの他の実施例（第２〜第４実施例）を示
す。なお、上記第１実施例（図１，図２及び図３）の構
成要素と同一又は対応する構成要素については同一の符
号を付し、重複した説明は省略する。

【００４２】図４に示す干渉計システムは、レーザ干渉
計６９と、マスクステージ２０に設置された台形ミラー
７０と、架台１６等を含む固定部に設置された基準ミラ
ー７２とを備えている。なお、図示しないが、プレート
１４側にも同様の台形ミラーと基準ミラーとが設けられ
ている。レーザ干渉計６９は、一本のレーザ光を２本に
分割し、それぞれの光束をマスク１０側とガラスプレー
ト１４側に導くようになっている。マスク１０側におい
て、レーザ干渉計６９から射出された一方の光束は、台
形ミラー７０で反射して反射ミラー６２に導かれる。そ
して、反射ミラー６２で反射した光は、再び台形ミラー
７０で反射して基準ミラー７２に入射する。このような
動作は、ガラスプレート１４側でも同じである。レーザ
干渉計６９では、マスク１０側とガラスプレート１４側
からそれぞれ戻った光束を合成し、両光束の干渉状態を
観察し、マスク１０とガラスプレート１４のＹ軸方向の
相対的な位置ずれ量△Ｙを計測する。

【００４３】図５は、マスク１０とガラスプレート１４
のＹ軸方向の相対的な位置ずれを計測する本発明の第３
実施例にかかる干渉計システムのうち、マスク１０側の
構成を示す。本実施例の干渉計システムは、レーザ干渉
計４８と、レーザ干渉計４８から射出された光を分岐す
る偏光ビームスプリッタ７４と、偏光ビームスプリッタ
７４を透過した光の波長を変えるλ／４板７６と、マス
クステージ２０に設置された基準ミラー７８と、偏光ビ
ームスプリッタ７４の下方に配置されたコーナーキュー
ブ８０とを備えている。本実施例は、２本の光線束を利
用する所謂２光線干渉計であり、偏光ビームスプリッタ
７４の反射面から基準ミラー７８の反射面までの距離
と、偏光ビームスプリッタ７４の反射面から反射ミラー
６２までの距離が等しくなるように配置されている。

【００４４】本実施例においては、反射ミラー６２に対
してマスクステージ２０がＹ軸方向に変位すると、反射
ミラー６２から戻る反射光の光路長が変化する。そし
て、反射ミラー６２から戻る光と、一定（固定）の光路
長を有する基準ミラー７８から戻る反射光との間に光路
長差が生じ、レーザ干渉計４８では戻った光の干渉状態
からマスク１０のＹ軸方向の位置を検出するようになっ
ている。なお、必ずしも２本の光線束を用いたシステム
とする必要はなく、１本の光束を用いて計測を行うこと
もできる。また、プレートステージ２２側の構成につい
ても同様であるため、重複した説明を省略する。

【００４５】図６は、マスク１０とガラスプレート１４
のＹ軸方向の相対的な位置ずれを計測する本発明の第４
実施例にかかる干渉計システムを示す。本実施例の干渉
計システムは、レーザ干渉計８１と、マスクステージ２
０に設置されたペンタプリズム８２とを備えている。な
お、図示しないが、プレート１４側にも同様のペンタプ
リズムが設けられている。レーザ干渉計８１は、一本の
レーザ光を２本に分割し、それぞれの光束をマスク１０
側とガラスプレート１４側のペンタプリズム（８２）に
導くようになっている。マスク１０側において、レーザ
干渉計８１から射出された一方の光束は、ペンタプリズ
ム８２で反射して反射ミラー６２に導かれる。そして、
反射ミラー６２で反射した光は、再びペンタプリズム８
２で反射してレーザ干渉計８１に戻る。レーザ干渉計８
１では、マスク１０側とガラスプレート１４側からそれ
ぞれ戻った光束を合成し、両光束の干渉状態を観察し、
マスク１０とガラスプレート１４のＹ軸方向の相対的な
位置ずれ量△Ｙを計測する。

【００４６】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれの実施例に何ら限定されるものではな
く、特許請求の範囲によって示された発明の思想の範囲
内で、種々の設計変更が可能である。上記実施例におい
ては、長尺状の反射鏡６２，６６を架台１６に固定して
いるが、投影光学系１２を含む固定側の他の箇所に設置
しても良く、例えば、投影光学系１２に設置することも
可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
定部（１６）に設置された長尺ミラー（６２，６６）に
対して計測用の光を投射し、これら長尺ミラー（６２，
６６）からの反射光に基づいて、移動の方向（Ｘ軸方
向）と直交する方向（Ｙ軸方向）におけるマスク（１
０）と感光基板（１４）との相対的な位置ずれ量（△
Ｙ）を計測しているため、保持手段（２４）の機械系の
案内精度（運動性能）のみならず、保持手段（２４）自
体の変形に依存することなく、投影光学系（１２）に対
するマスク（１０）と感光基板（１４）との位置関係を
一定に保ち、安定した高い露光精度（転写精度）を確保
することができる。また、保持手段（２４）を駆動する
駆動系の小型化が実現できると共に、走査露光時の定速
性も高まり、安定した露光ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例にかかる等倍正立像タ
イプの投影露光装置を示す斜視図である。

【図２】図２は、図１に示す投影露光装置の側面を概略
的に示す側面図である。

【図３】図３は、本発明の第１実施例にかかる干渉計シ
ステムの概略構成（配置）を示す正面図である。

【図４】図４は、本発明の第２実施例にかかる干渉計シ
ステムの概略構成（配置）を示す正面図である。

【図５】図５は、本発明の第３実施例にかかる干渉計シ
ステムの概略構成（配置）を示す正面図である。

【図６】図６は、本発明の第４実施例にかかる干渉計シ
ステムの概略構成（配置）を示す正面図である。

【図７】図７は、従来の投影露光装置の構成を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１０・・・マスク１２・・・投影光学系１４・・・ガラスプレート１６・・・架台１８・・・照明系２０・・・マスクステージ２２・・・プレートステージ２４・・・キャリッジ４０，４２，４４，４６，４８，５０，６９，８１・・
・レーザ干渉計６２，６６・・・反射鏡６４，６８・・・分岐光学系７０・・・台形ミラー７２・・・基準ミラー７４・・・偏光ビームスプリッタ８２・・・ペンタプリズム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上のパターンを所定形状の照明領域
で照明する照明光学系と、前記マスク上のパターンを感
光基板上に投影する投影光学系と、前記マスクと前記感
光基板とを一体で保持する保持手段と、前記投影光学系
を固定する固定部とを有し、前記保持手段を前記投影光
学系に対して所定方向に移動させることによって前記マ
スク上のパターンを前記投影光学系を介して前記感光基
板上に投影露光する投影露光装置において、前記固定部に対して固定され、少なくとも前記保持手段
の前記移動のストローク分の長さをもって当該移動の方
向に延設された長尺ミラーと；前記長尺ミラーに対する
前記マスク及び前記感光基板の位置に基づいて、前記移
動の方向と直交する方向における前記マスクと前記感光
基板との相対的な位置ずれ量を計測する計測手段とを備
えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記計測手段は、前記長尺ミラーに対する
前記マスク及び前記感光基板の位置に基づいて、前記保
持手段の前記移動の方向を軸とする回転方向のずれ量を
更に計測することを特徴とする請求項１に記載の投影露
光装置。
【請求項３】前記マスクを前記保持手段に対して保持す
るマスクステージと、前記感光基板を前記保持手段に対
して保持する基板ステージとを更に備えるとともに、前記計測手段は、計測用の光を射出する手段と；前記マ
スクステージと前記基板ステージにそれぞれ固定され、
前記計測用の光の少なくとも一部を前記長尺ミラーに導
くた分岐光学系とを有し、前記長尺ミラーで反射された
前記計測用の光を用いて前記マスクと前記感光基板との
相対的な位置ずれを計測することを特徴とする請求項１
又は２に記載の投影露光装置。
【請求項４】前記分岐光学系は、前記計測用の光の一部
を前記長尺ミラーに導く偏光ビームスプリッタと、当該
偏光ビームスプリッタを透過した前記計測用の光を反射
する基準ミラーとを備え、前記計測手段は、前記長尺ミラーからの反射光と前記基
準ミラーからの反射光の干渉状態に基づいて前記マスク
と前記感光基板との相対的な位置ずれを計測することを
特徴とする請求項３に記載の投影露光装置。
【請求項５】前記分岐光学系は、前記計測用の光を反射
して前記長尺ミラーに導く台形ミラーと；前記固定部に
対して固定され、前記台形ミラー及び前記長尺ミラーで
反射した光が入射する基準ミラーとを備え、前記計測手段は、前記基準ミラーから前記台形ミラーを
介して、前記マスク側と前記感光基板側とから戻る２つ
の光の干渉状態に基づいて前記マスクと前記感光基板と
の相対的な位置ずれを計測することを特徴とする請求項
３に記載の投影露光装置。
【請求項６】前記分岐光学系は、前記計測用の光を反射
して前記長尺ミラーに導くとともに、当該長尺ミラーか
らの反射光を反射するペンタプリズムであり、前記計測手段は、前記ペンタプリズムで反射して、前記
マスク側と前記感光基板側とから戻る２つの光の干渉状
態に基づいて前記マスクと前記感光基板との相対的な位
置ずれを計測することを特徴とする請求項３に記載の投
影露光装置。