JP2580651B2 - Projection exposure apparatus and exposure method - Google Patents
Projection exposure apparatus and exposure methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体IC、液晶ディスプレイ、又はフォトマ
スク等の作製用のステップアンドリピート方式の投影露
光装置に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a step-and-repeat projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor IC, a liquid crystal display, a photomask, or the like.
従来よりこの種の装置では、ウェハの焼付け位置(露
光位置)でフォーカスを検出し、投影光学系の光軸方向
のZ方向(垂直位置)を制御するオートフォーカス機構
が必須のものである。最近では、投影レンズの高解像化
のために焦点深度が浅くなり、ウェハ面の凹凸、傾斜に
よる露光領域内での解像、線幅の均一性の低下が問題に
なってきた。このため、露光位置ごとに、ウェハの水平
位置を検出制御する機構(オートレベリングと一般に称
される)が提案されている。例えば、水平位置検出装置
としては特開昭58−113706号公報に開示されているよう
に、斜入射方式のコリメータ型のレベリング検出系と斜
入射方式の焦点検出系とを一体に組み合わせたものが知
られている。Conventionally, in this type of apparatus, an autofocus mechanism that detects a focus at a wafer printing position (exposure position) and controls the Z direction (vertical position) in the optical axis direction of the projection optical system is essential. Recently, the depth of focus has become shallow due to the high resolution of the projection lens, and there has been a problem in that the resolution within the exposure area due to the unevenness and inclination of the wafer surface and the uniformity of the line width are reduced. For this reason, a mechanism (generally called auto-leveling) for detecting and controlling the horizontal position of the wafer for each exposure position has been proposed. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-113706, a horizontal position detecting device is a device in which a grazing incidence type collimator type leveling detection system and a grazing incidence type focus detection system are integrally combined. Are known.
ところで、近年、より高集積度のICを製造するために
露光光源の波長を短波長化し、高解像を達成しようとす
る傾向がある。例えば、光源としてKrFエキシマレーザ
ー(波長λ=248.5nm)を用いることが考えられてい
る。このKrFエキシマレーザーを用いた投影露光装置の
場合、非露光光によるTTL(Through The Lens)のアラ
イメント(位置合わせ)はこの波長に近い適当な光源の
ないことから色収差を補正したアライメント光学系を実
現するのは実際上困難である。またエキシマレーザー光
自体を用いてアライメントをするにしても、レジストが
露光されること、またエキシマレーザー自体がパルス光
源で、パルスごとの出力のばらつきが大きく精度上問題
のあることなどから解決しなければならない点が多い。
このようなことから、DUV(遠紫外)光源を用いた投影
露光装置においては、投影レンズから一定間隔だけ離し
て配置され、専らウェハ上のアライメントマークを検出
する顕微鏡を用いたoff−Axis型のアライメントが有効
である。By the way, in recent years, there is a tendency to shorten the wavelength of an exposure light source to achieve high resolution in order to manufacture an IC having a higher degree of integration. For example, use of a KrF excimer laser (wavelength λ = 248.5 nm) as a light source has been considered. In the case of a projection exposure system using this KrF excimer laser, TTL (Through The Lens) alignment (alignment) using non-exposure light realizes an alignment optical system that corrects chromatic aberration because there is no appropriate light source near this wavelength. It is actually difficult to do. Even if alignment is performed using the excimer laser light itself, it must be solved because the resist is exposed, and the excimer laser itself is a pulsed light source, and the output varies greatly from pulse to pulse, causing problems in accuracy. There are many points that have to be done.
For this reason, in a projection exposure apparatus using a DUV (far-ultraviolet) light source, an off-axis type using a microscope that is arranged at a fixed distance from a projection lens and exclusively detects an alignment mark on a wafer. Alignment is effective.
off−Axis型のウェハマーク検出光学系であれば、露
光波長や検出方法に関する制約はほとんど無くなり高い
再現性のアライメントが期待できるからである。This is because an off-Axis type wafer mark detection optical system has almost no restrictions on the exposure wavelength and the detection method, and alignment with high reproducibility can be expected.
しかしながら、従来のoff−Axis型のアライメント装
置を有した投影露光装置に於いては、露光位置(投影レ
ンズの視野領域)のみでオートフォーカス及びオートレ
ベリングを行う機構になっているため、ウェハ表面の凹
凸によってoff−Axis型のウェハマーク検出光学系では
焦点外れを起こしたり、またウェハ上の位置合わせマー
クの位置を検出したのち、露光位置までウェハの各露光
領域(局所的なショット領域)を移動し、オートレベリ
ングを行って露光するため、レベリング動作に伴う水平
方向の位置ずれによって、位置合わせ精度の劣化をきた
すという問題点があった。However, in a conventional projection exposure apparatus having an off-axis type alignment apparatus, a mechanism for performing auto-focusing and auto-leveling only at an exposure position (a field of view of a projection lens) is employed. The off-axis type wafer mark detection optical system causes defocus due to unevenness, and after detecting the position of the alignment mark on the wafer, moves each exposure area (local shot area) of the wafer to the exposure position However, since the exposure is performed by performing the auto-leveling, there is a problem that the positional deviation in the horizontal direction due to the leveling operation deteriorates the alignment accuracy.
本発明はこの様な従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、マーク検出光学系に対する焦点外れや、ウェハ位置
検出後レベリングを行うことによる位置合わせ精度の低
下を最小にすることを目的とする。The present invention has been made in view of such conventional problems, and has as its object to minimize the defocusing of a mark detection optical system and a decrease in alignment accuracy due to leveling after wafer position detection. .
上記問題点の解決の為に本発明ではオートフォーカー
ス又はオートレベリング機構をoff−Axis型のマーク検
出装置にも付随して設け、マーク検出位置でも、オート
フォーカス及びオートレベリングが可能となるようにし
た。In order to solve the above problems, in the present invention, an auto-focusing or auto-leveling mechanism is provided in conjunction with an off-Axis type mark detection device so that even at a mark detection position, auto-focusing and auto-leveling can be performed. did.
まず、オートフォーカス機構をoff−Axis型のウェハ
マーク検出装置に設けることによる作用は、言うまでも
なく、ウェハの表面の凹凸による検出装置に対するウェ
ハの焦点外れを防ぐことにある。これによって検出装置
固有の焦点外れに伴う精度低下を無くし、またマーク検
出装置の光軸と投影レンズの光軸の平行ずれ(いわゆる
テレセンずれ)がある場合、焦点外れに伴って生ずるウ
ェハの位置合せマークの位置計測誤差を無くすという作
用がある。First, the effect of providing the auto-focus mechanism in the off-axis type wafer mark detection device is, of course, to prevent the out-of-focus of the wafer with respect to the detection device due to unevenness of the wafer surface. This eliminates the accuracy degradation due to the defocus inherent in the detection device, and when there is a parallel displacement (so-called telecentric displacement) between the optical axis of the mark detection device and the optical axis of the projection lens, alignment of the wafer caused by the defocus. This has the effect of eliminating mark position measurement errors.
次にオートレベリング機構をoff−Axis型のウェハマ
ーク検出装置に付けることによる作用を説明する。ここ
で重ね合わせ露光を行おうとするウェハに形成された前
段階の層の各露光領域の位置(ショット座標)を
(xi L、yi L)(i=1、2…N)とする。肩のLの添字
は前段階の層の露光においても各露光領域ごとにレベリ
ングを動作させて焼き付けされたことを表わす。同様に
前層でレベリングを動作させずに焼き付けされた場合の
各露光領域の位置を(xi、yi)(i=1、2…、N)と
すると、座標(xi L、yi L)と座標(xi、yi)とはレベリ
ング作動による位置ずれ誤差のため異なる。off−Axis
型のアライメントは、通常、ウェハの数ケ所の露光領域
に付随したマークの位置を計測し、その数値を元にして
他の露光領域の配列位置を補間計算してもとめ、その数
値だけステージを順次移動させ露光位置で露光を行う。
ステージはもちろんレーザ干渉計によって精密にその位
置がモニターされる。いま、この計測された露光領域の
位置をレベリングをかけた状態では(Xj L、Yj L)、レベ
リングをかけない状態では(Xj、Yj)とする。一般に各
層ごとの露光工程は別の露光装置で行なわれるのが普通
であるが、ウェハのホルダー上面の凹凸はほとんど無視
できるほど小さいので、i=jではXi L=xi L、Yi L=yi L
であり、Xi≠xi L、Yi≠yi Lである。いま、(xi L、yi L)
を補間計算するのであるから、(Xj L、Yj L)から
(xi L、yi L)をもとめる方が(Xj、Yj)から(xi L、
yi L)をもとめることより精度が良い。したがって、レ
ベリングを動作させてから位置計測を行った方が、高い
位置合わせ精度を期待できる。Next, the operation of attaching the auto-leveling mechanism to an off-Axis type wafer mark detection device will be described. Here, the position (shot coordinate) of each exposure region of the layer at the previous stage formed on the wafer to be subjected to the overlay exposure is (x i L , y i L ) (i = 1, 2,... N). The suffix L on the shoulder indicates that the layer was printed by operating the leveling for each exposure area even in the exposure of the layer at the previous stage. Similarly, assuming that the position of each exposure area when printing is performed without operating the leveling in the previous layer is (x i , y i ) (i = 1, 2,..., N), the coordinates (x i L , y i) L ) and the coordinates (x i , y i ) are different due to a displacement error due to the leveling operation. off-Axis
For mold alignment, usually, the positions of the marks attached to several exposure areas on the wafer are measured, and based on the numerical values, the array positions of the other exposure areas are calculated by interpolation, and the stages are sequentially moved by that numerical value. Move and perform exposure at the exposure position.
The position of the stage, of course, is precisely monitored by a laser interferometer. Now, in a state where the position multiplied by the leveling of the measured exposure region (X j L, Y j L ), in a state not to apply leveling and (X j, Y j). In general, the exposure process for each layer is usually performed by another exposure apparatus. However, since the irregularities on the upper surface of the wafer holder are so small that they can be ignored, X i L = x i L and Y i L at i = j. = Y i L
And X i ≠ x i L and Y i ≠ y i L. Now (x i L , y i L )
Since the is to interpolation calculation, (X j L, Y j L) from (x i L, y i L ) of the seek it is (X j, Y j) from (x i L,
The accuracy is better than determining y i L ). Therefore, when the position measurement is performed after the leveling operation is performed, higher positioning accuracy can be expected.
このことはもちろん、ウェハ上の各計測位置でウェハ
マークの位置計測を行うたびにその計測マークを露光位
置に移動させてレベリングを動作させ、その後off−Axi
s型のマーク検出装置でその計測マークの位置計測を行
えばよいが、これでは非常に時間がかかり、スループッ
トが低下するという欠点がある。この点、off−Axis型
のウェハマーク検出装置にレベリング機構を付けておけ
ばこのような不都合はない。Of course, each time the position of a wafer mark is measured at each measurement position on the wafer, the measurement mark is moved to the exposure position to operate the leveling, and then the off-Axi
It is sufficient to measure the position of the measurement mark with an s-type mark detection device, but this requires a very long time and has a disadvantage that the throughput is reduced. In this regard, if an off-Axis type wafer mark detection device is provided with a leveling mechanism, such a disadvantage does not occur.
第1図は本発明の実施例による投影露光装置の全体構
成を示す図である。均一な照度分布の露光用証明光ILは
回路パターン等を有するレチクルRを照射し、このレチ
クルRはレチクルホルダーRHによって水平に保持され
る。投影レンズPLはレチクルRのパターンをウェハW上
の局所領域、すなわち1回で露光されるべきショット領
域に投影する。投影レンズPLは本実施例の場合、レチク
ル側とウェハ側の結像の主光線がともに光軸AX1と平行
になるように設計されている。ウェハWの表面にはレジ
スト層がコーティングされ、露光時にはウェハWの表面
と投影レンズPLによるパターン像の最良結像面とはほぼ
一致するように配置される。FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. Exposure proof light IL having a uniform illuminance distribution irradiates reticle R having a circuit pattern or the like, and reticle R is horizontally held by reticle holder RH. The projection lens PL projects the pattern of the reticle R onto a local area on the wafer W, ie, a shot area to be exposed at one time. Projection lens PL is the case of this embodiment, the principal ray of the imaging of the reticle side and wafer side are designed together so as to be parallel to the optical axis AX 1. A resist layer is coated on the surface of the wafer W, and is arranged such that the surface of the wafer W and the best image forming plane of the pattern image formed by the projection lens PL substantially coincide with each other during exposure.
さてウェハWは真空吸着によりウェハホルダーWH上に
固定され、所望の平面性が保たれるように平坦化矯正さ
れる。ウエハホルダーWHは水平方向のずれを最小にする
条件で任意の方向に傾斜可能なレベリングステージLSに
保持される。レベリングステージLSは光軸AX1の方向に
上下動するZステージZS上に設けられ、ZステージZSに
固定された最低2ケ所のレベリング駆動部10a、10bと1
ケ所の固定点とによって任意方向に傾斜する。Zステー
ジZSは、ステップアンドリピート、又はアライメントの
ためにXY方向に2次元移動するステージXYSの上に、Z
方向駆動機構12を介して設けられる。ZステージZSのス
テージXYSに対する上下運動はモータ14によって行なわ
れ、ステージXYSの2次元移動はベースに固定されたXY
モータ16により行なわれる。The wafer W is fixed on the wafer holder WH by vacuum suction, and is flattened and corrected so that desired flatness is maintained. The wafer holder WH is held on a leveling stage LS that can be tilted in an arbitrary direction under conditions that minimize horizontal displacement. Leveling stage LS is provided on the Z stage ZS moving up and down in the direction of the optical axis AX 1, the lowest fixed to the Z stage ZS 2 places the leveling drive unit 10a, 10b and 1
It is inclined in an arbitrary direction by the fixed points at the two places. The Z stage ZS is a Z stage that moves two-dimensionally in the XY direction for step-and-repeat or alignment.
It is provided via a direction drive mechanism 12. The vertical movement of the Z stage ZS with respect to the stage XYS is performed by the motor 14, and the two-dimensional movement of the stage XYS is
This is performed by the motor 16.
ZステージZSの2辺(第1図では1辺のみ)には互い
にXY平面内で直交する反射面を有する移動鏡18が固定さ
れ、この移動鏡18にはレーザ干渉計20からのレーザビー
ムが垂直に照射される。この干渉計20のレーザビームの
中心線は、ウェハWの表面とほぼ同一面内(厳密には投
影レンズPLの最良結像面)に位置するように定められ
る。従って干渉計20は移動鏡18の反射面までの距離を0.
01〜0.02μm程度の分解能で計測することによって、ス
テージXYSの現在位置(座標値)を逐次検出する。また
ZステージZS上の一ケ所には、投影レンズPLの有効視野
領域(例えば20mmφ)程度の大きさを持つ基準反射板FP
が固定されている。この基準反射板FPの表面にはクロム
等が均一に蒸着され、一定の面精度に保たれている。
尚、反射板FPの表面には各種アライメントのための基準
ともなるフィデューシャルマーク(例えばウェハ上のマ
ークと相似形)が形成されている。On two sides (only one side in FIG. 1) of the Z stage ZS, a movable mirror 18 having reflection surfaces orthogonal to each other in the XY plane is fixed, and the movable mirror 18 receives a laser beam from a laser interferometer 20. Irradiated vertically. The center line of the laser beam of the interferometer 20 is determined so as to be located substantially in the same plane as the surface of the wafer W (strictly, the best image forming plane of the projection lens PL). Therefore, the interferometer 20 sets the distance to the reflecting surface of the movable mirror 18 to 0.
The current position (coordinate value) of the stage XYS is sequentially detected by measuring with a resolution of about 01 to 0.02 μm. In one place on the Z stage ZS, there is a reference reflector FP having a size of about the effective visual field area (for example, 20 mmφ) of the projection lens PL.
Has been fixed. Chromium or the like is uniformly deposited on the surface of the reference reflection plate FP to maintain a constant surface accuracy.
Note that a fiducial mark (for example, a shape similar to a mark on a wafer) serving as a reference for various alignments is formed on the surface of the reflection plate FP.
さて、投影レンズPLのウェハW上の視野領域内には、
オートフォーカス及びオートレベリング用の送光系22か
らの照明光(非露光波長)が斜めに照射され、その反射
光は受光系24に入射する。これら送光系22と受光系24の
構成は特開昭58−113706号公報に詳しく開示されている
ので、ここでは具体的な説明を省略するが、オートフォ
ーカス用の照明光はウェハWにスリット像を投影するよ
うな結像光束であって、ウェハWの表面が投影レンズPL
の最良結像面と一致したとき、受光系24は合焦を表わす
フォーカス信号Fsg1を出力する。フォーカス信号F
sg1は、上記合焦状態から所定量だけ前後にデフォーカ
スした状態では、そのデフォーカス方向及び量に応じた
出力電圧(所謂Sカーブ電圧)となる。さらに、送光系
22からのオートレベリング用の照明光はウェハW上の1
ショット分の露光領域を含む大きさで、ウェハWに平行
光束を斜めに照射し、受光系24は、その露光領域表面の
平均的な面と、投影レンズPLの最良結像面との相対的な
傾き方向と量とに関するレベリング信号Lsg1を出力す
る。Now, in the field of view of the projection lens PL on the wafer W,
Illumination light (non-exposure wavelength) from a light transmission system 22 for autofocus and autoleveling is applied obliquely, and the reflected light is incident on a light reception system 24. Since the configurations of the light transmitting system 22 and the light receiving system 24 are disclosed in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-113706, detailed description thereof is omitted here. An imaging light flux for projecting an image, and the surface of the wafer W
The light receiving system 24 outputs a focus signal F sg1 representing the focus when the image coincides with the best image forming plane. Focus signal F
sg1 is an output voltage (a so-called S-curve voltage) corresponding to the defocus direction and amount in a state where the focus is defocused back and forth by a predetermined amount from the in-focus state. Furthermore, light transmission system
The illumination light for auto-leveling from 22 is
A parallel light beam is obliquely applied to the wafer W in a size including the exposure area for the shot, and the light receiving system 24 sets a relative position between the average surface of the exposure area surface and the best imaging plane of the projection lens PL. And outputs a leveling signal Lsg1 relating to the inclination direction and amount.
また投影レンズPLの光軸AX1から所定間隔だけ離れた
位置には、ウエハW上のアライメント用マーク、又はフ
ィデューシャルマークを検出するためのウェハアライメ
ント系(マーク検出光学系)WGAが配置される。アライ
メント系WGAには、非露光波長の照明光(白色光等)26
をウェハW(又は反射板FP)に向けて照射するととも
に、ウェハW(又は反射板FP)からの反射光を入射する
テレセントリックな対物レンズ28と、ウェハWのマーク
(又はフィディシャルマーク)からの反射光を光電検出
する光電受光器30とが設けられている。さらに光電受光
器30には、アライメントの際の基準となる指標マーク30
aが内蔵されている。本実施例では指標マーク30aとウェ
ハW上のマークとの整合状態を検出するようにするが、
照明光26が対物レンズ28の光軸AX2に沿ってウェハW上
に静止したスポット光(又はスリット状のシートビー
ム)を投射するレーザ光束の場合は、そのスポット光自
体が指標となるため、指標マーク30aは不要である。そ
して光電受光器30は指標マーク30aとウェハマークとの
ずれ量に応じたアライメント信号Asg1を出力する。また
指標マーク30aのない方式の場合、光電受光器30はスポ
ット光(又はシートビーム)に対してウェハWをX、又
はY方向に走査して得られるマークのプロフィールを情
報に対応した波形のアライメント信号Asg1を出力し、そ
の波形と干渉計20によるステージ位置計測値とに基づい
てマークのスポット光に対する位置すなわち、投影レン
ズPLの光軸AX1に対する位置が計測される。Also at a position separated by a predetermined distance from the optical axis AX 1 of the projection lens PL is an alignment mark on the wafer W, or Fi wafer alignment system for detecting a fiducial mark (mark detection optical system) WGA is arranged You. Non-exposure wavelength illumination light (white light, etc.) 26
Is directed toward the wafer W (or the reflector FP), and a telecentric objective lens 28 that receives reflected light from the wafer W (or the reflector FP) and a mark (or a fiducial mark) on the wafer W A photoelectric receiver 30 for photoelectrically detecting the reflected light is provided. Further, the photoelectric receiver 30 has an index mark 30 as a reference for alignment.
a is built-in. In this embodiment, the matching state between the index mark 30a and the mark on the wafer W is detected.
When the illumination light 26 is a laser beam that projects a spot light (or a slit-shaped sheet beam) stationary on the wafer W along the optical axis AX 2 of the objective lens 28, the spot light itself serves as an index. The index mark 30a is unnecessary. Then, the photoelectric receiver 30 outputs an alignment signal Asg1 corresponding to the amount of deviation between the index mark 30a and the wafer mark. In the case of the method without the index mark 30a, the photoelectric receiver 30 scans the wafer W in the X or Y direction with respect to the spot light (or the sheet beam), and aligns the profile of the mark with the waveform corresponding to the information. outputs a signal a sg1, position or for spot light mark on the basis of the stage position measurement value by the interferometer 20 and the waveform, the position with respect to the optical axis AX 1 of the projection lens PL is measured.
さて、このウェハアライメント系WGAによるウェハ表
面の観測時にも、ウェハWのオートフォーカス及びオー
トレベリングを働かせるために、送光系32、受光系34が
設けられる。送光系32、受光系34は上述の送光系22、受
光系24と全く同じ構成のものでよい。そして受光系34は
受光系24と同様に、投影レンズPLの最良結像面とウェハ
W(又は反射板FP)の表面との光軸AX2方向の相対的な
ずれに応じたフォーカス信号Fsg2と、最良結像面とウェ
ハW(反射板FP)の表面との相対的な傾き方向と量とに
関するレベリング信号Lsg2とを出力する。尚、対物レン
ズ28の最良結像面と投影レンズPLの最良結像面(レチク
ルRとの共役面)とは極力一致するように作られてい
る。A light transmitting system 32 and a light receiving system 34 are provided in order to operate the auto-focusing and the auto-leveling of the wafer W even when the wafer surface is observed by the wafer alignment system WGA. The light transmitting system 32 and the light receiving system 34 may have exactly the same configuration as the light transmitting system 22 and the light receiving system 24 described above. And, the light receiving system 34 is similar to the light receiving system 24, a focus signal F sg2 corresponding to the optical axis AX 2 direction of relative displacement between the surface of best focus plane and the wafer W of the projection lens PL (or reflective plate FP) And a leveling signal Lsg2 relating to the direction and amount of the relative inclination between the best imaging plane and the surface of the wafer W (reflector FP). The best imaging plane of the objective lens 28 and the best imaging plane of the projection lens PL (a conjugate plane with the reticle R) are made as coincident as possible.
上記、フォーカス信号Fsg1、Fsg2、レベリング信号L
sg1、Lsg2の各々は、セレクター回路40を介して主制御
系42に入力する。セレクター回路40はどちらの検出系に
よってオートフォーカス及びレベリングを行なうかを選
択するもので、選択された一方のフォーカス信号Fsg0、
レベリング信号Lsg0を出力する。主制御系42はセレクタ
ー回路40に切替え信号SSを出力する。この切替えは装置
のシーケンスによって大別され、ウェハアライメント系
WGAによって各種マークが検出されるときは信号Fsg2、L
sg2が信号Fsg0、Lsg0として選択され、ウェハWへの露
光動作のときは信号Fsg1、Lsg2が選択される。主制御系
42は選択されたフォーカス信号Fsg0に基づいて、モータ
14を駆動する信号DSzを出力し、ウェハW(又は反射板F
P)の表面の高さ位置を調整し、さらに選択されたレベ
リング信号Lsg0に基づいて駆動源10a、10bを駆動する信
号DSa、DSbを出力し、ウェハWの表面の傾きを調整す
る。また主制御系42は干渉計20からの計測値の入力、XY
モータ16への駆動信号の出力、及びアライメント信号A
sg1の入力も行ない、装置を統括的に制御する。Above, focus signal F sg1 , F sg2 , leveling signal L
Each of sg1 and Lsg2 is input to the main control system 42 via the selector circuit 40. The selector circuit 40 selects which of the detection systems performs auto-focusing and leveling. One of the selected focus signals F sg0 ,
Outputs the leveling signal Lsg0 . The main control system outputs a switching signal SS to the selector circuit. This switching is broadly divided according to the sequence of the equipment, and the wafer alignment system
When various marks are detected by the WGA, the signals F sg2 and L
sg2 is selected as the signals F sg0 and L sg0 , and the signals F sg1 and L sg2 are selected during the exposure operation on the wafer W. Main control system
42 is the motor based on the selected focus signal Fsg0
14 to output a signal DS z for driving the wafer W (or the reflection plate F).
Adjust the height position of the surface of the P), a drive source 10a further selected on the basis of the leveling signal L sg0, signal DS a for driving the 10b, and outputs a DS b, adjusting the tilt of the surface of the wafer W . The main control system 42 receives the measurement values from the interferometer 20 and
Output of drive signal to motor 16 and alignment signal A
sg1 is also input, and the device is controlled overall.
次に本実施例の動作を第2図を参照して説明する。第
2図は投影レンズPLとウェハアライメント系WGAの対物
レンズ28との平面的な配置関係を示し、さらにアライメ
ント時と露光時とにおけるウェハWとの位置関係を示
す。また第2図中のウェハWには代表して4つのショッ
ト領域SAが示してある。また各ショット領域SAの夫々に
付随したスクライブ線領域(幅50〜100μm程度)には
アライメントマークWM1、WM2が設けられている。さて、
ウェハアライメント系WGAの光軸AX2、すなわち指標マー
ク30aとレチクルRのパターン投影像の中心との距離は
予め正確に求められているものとすると、主制御系42は
第1図のように、まず反射板FPをアライメント系WGAの
下に移動させる。ここで主制御系42は受光系34により検
出された反射板FPの表面の傾き方向と量とを、信号Lsg2
に基づいて記憶する。次に反射板FPを投影レンズPLの下
に移動させ、ここで同様に主制御系42は受光系24により
検出された反射板FPの傾き方向と量とを信号Lsg1に基づ
いて記憶する。この動作により、2つのレベリングセン
サーの相対的な検出オフセットが求められ、キャリブレ
ーションが行なわれる。Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a planar arrangement relationship between the projection lens PL and the objective lens 28 of the wafer alignment system WGA, and further shows a positional relationship with the wafer W at the time of alignment and at the time of exposure. Also, four shot areas SA are shown on the wafer W in FIG. 2 as a representative. Also, alignment marks WM 1 and WM 2 are provided in the scribe line area (width of about 50 to 100 μm) associated with each of the shot areas SA. Now,
Assuming that the optical axis AX 2 of the wafer alignment system WGA, that is, the distance between the index mark 30a and the center of the pattern projection image of the reticle R has been accurately obtained in advance, the main control system 42 becomes as shown in FIG. First, the reflector FP is moved below the alignment system WGA. Here, the main control system 42 determines the inclination direction and amount of the surface of the reflector FP detected by the light receiving system 34 as a signal L sg2
Is stored based on Next, the reflection plate FP is moved below the projection lens PL, and here the main control system 42 similarly stores the inclination direction and the amount of the reflection plate FP detected by the light receiving system 24 based on the signal Lsg1 . With this operation, a relative detection offset between the two leveling sensors is obtained, and calibration is performed.
具体的には、2つのレベリングセンサー(受光系34と
受光系34)で検出する共通の反射板FPが同一の基準面と
して検出されることが望まれる。そこで2つのレベリン
グセンサーのうちの少なくとも一方、例えば受光系34、
送光系32の組みの一部の光路中に平行平板ガラス等を設
け、この平行平板ガラスの光路に対する角度を変えるこ
とによって、受光系34が傾き零として検出する仮想平面
を等価的に傾けるようにする。そして先に検出した相対
的な検出オフセットが零になるように平行平板ガラスの
角度を調整する。この操作により2つのレベリングセン
サー間の較正が行なわれる。このようにレベリングセン
サーの光路中に平行平板ガラスを入れて仮想的な基準面
の傾きを調整する方式は、例えば特開昭62−58624号に
開示されているものをそのまま利用することができる。Specifically, it is desired that the common reflector FP detected by the two leveling sensors (the light receiving system 34 and the light receiving system 34) be detected as the same reference plane. Therefore, at least one of the two leveling sensors, for example, the light receiving system 34,
By providing parallel plate glass or the like in a part of the optical path of the set of the light transmitting system 32 and changing the angle of the parallel plate glass with respect to the optical path, the light receiving system 34 can be equivalently inclined to the virtual plane detected as zero inclination. To Then, the angle of the parallel flat glass is adjusted so that the previously detected relative detection offset becomes zero. With this operation, calibration between the two leveling sensors is performed. As described above, for example, a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-58624 can be used as it is as a method of adjusting the inclination of the virtual reference plane by inserting parallel flat glass into the optical path of the leveling sensor.
また、平行平板ガラスによるレベリングオフセット調
整機構は受光系24、送光系22の組み合わせの方に設けて
おいてもよい。また第1図に示した反射板FPがレベリン
グステージLSの一部に設けられている場合は、まず初め
に受光系24からの信号Lsg1を用いて、その反射板FPが仮
想的な基準面と平行になるようにレベリングステージLS
の傾きを調整し、その傾きで固定しておく。次にその反
射板FPを受光系34で検出し、信号Lsg2に基づいて平行平
板ガラスの角度をモータ駆動によりサーボ制御する。す
なわち傾きを固定された反射板FPを受光系34が傾き零と
して検出するように平行平板ガラスの角度を補正する。
これによって2つのレベリングセンサー間での相対的な
検出オフセットは零に較正される。Further, the leveling offset adjusting mechanism using the parallel plate glass may be provided in the combination of the light receiving system 24 and the light transmitting system 22. In the case where the reflector FP shown in FIG. 1 is provided in a part of the leveling stage LS, the reflector FP is firstly used by using the signal Lsg1 from the light receiving system 24 to generate a virtual reference plane. Leveling stage LS so that it is parallel to
Is adjusted and fixed at that angle. Next, the reflection plate FP is detected by the light receiving system 34, and the angle of the parallel flat glass is servo-controlled by driving the motor based on the signal Lsg2 . That is, the angle of the parallel flat glass is corrected so that the light receiving system 34 detects the reflection plate FP having the fixed inclination as zero inclination.
This calibrates the relative detection offset between the two leveling sensors to zero.
次に重ね合わせ露光すべきウェハWをウェハアライメ
ント系WGAの下に移動させ、第2図中の左側に示すよう
にマーク検出動作を行なう。第2図では1つのショット
領域SAの上辺に付随したマークWM1をアライメント系WGA
の指標マーク30aで検出しているところを示してある。
主制御系42はアライメント信号Asg1と干渉計20からの計
測値とに基づいて、指標マーク30aとマークWM1とが一致
するようなマーク位置(座標値)を検出して記憶する。
ウェハW上の他のマークWM2の位置についても同様に検
出して記憶する。以上のマーク検出動作をウェハW上の
複数のショット領域の夫々についてステージXYSを移動
させて同様に実行し、複数のマーク位置情報を得る。さ
て、このようにウェハW上のマークMW1、MW2を検出する
際、主制御系42はセレクタ回路40が信号Fsg2、Lsg2を選
択するように切り替える。従って主制御系42は選択され
た信号Fsg2に応答してモータ14をサーボ制御し、ウェハ
Wのマークを含む局所領域の表面が対物レンズ28の最良
結像面(もしくは指標マーク30a)と光学的に一致する
ようにZステージZSの高さを逐次調整する。同時に主制
御系42は選択された信号Lsg2に応答して駆動源10a、10b
をサーボ制御し、等価的な投影レンズPLの最良結像面と
ウェハ上のマークを含む局所領域の表面とが光学的に平
行になるようにレベリングステージLSの傾きを逐次調整
する。Next, the wafer W to be subjected to overlay exposure is moved below the wafer alignment system WGA, and a mark detection operation is performed as shown on the left side in FIG. Alignment system marks WM 1 accompanying the upper side of one shot area SA in Figure 2 WGA
The detection is shown by the index mark 30a.
The main control system 42 based on the measurements from the alignment signal A sg1 and interferometer 20, is detected and stored mark position (coordinate values) as the index marks 30a and the mark WM 1 matches.
Similarly detected and stored for other positions of the mark WM 2 on the wafer W. The above-described mark detection operation is similarly performed by moving the stage XYS for each of a plurality of shot areas on the wafer W to obtain a plurality of mark position information. When detecting the marks MW 1 and MW 2 on the wafer W in this manner, the main control system 42 switches the selector circuit 40 to select the signals F sg2 and L sg2 . Accordingly, the main control system 42 servo-controls the motor 14 in response to the selected signal Fsg2, and the surface of the local region including the mark of the wafer W is optically connected to the best image forming surface (or the index mark 30a) of the objective lens 28. The height of the Z stage ZS is successively adjusted so as to coincide with each other. At the same time, the main control system 42 responds to the selected signal Lsg2 so that the driving sources 10a and 10b
And the inclination of the leveling stage LS is sequentially adjusted so that the best image forming plane of the equivalent projection lens PL and the surface of the local area including the mark on the wafer are optically parallel to each other.
尚、主制御系42は、上記フォーカス信号Fsg2、レベリ
ング信号Lsg2に応答してオートフォーカスとレベリング
が正しくサーボロックされたことを確認してから、上記
アライメント信号Asg1に基づくマーク位置検出を行な
う。The main control system 42 confirms that the auto focus and the leveling are correctly servo-locked in response to the focus signal F sg2 and the leveling signal L sg2 , and then detects the mark position based on the alignment signal A sg1. Do.
次に主制御系42は計測された複数のマーク位置情報に
基づいてウェハW上の各ショット域SAの中心点の配列の
規則性を統計的な演算手法により求め、露光時に位置結
めすべきステージXYSの座標値(ショットアドレス)を
求める。Next, the main control system 42 obtains the regularity of the arrangement of the center points of the shot areas SA on the wafer W by a statistical calculation method based on the measured plurality of mark position information, and determines the stage to be connected at the time of exposure. Find the XYS coordinate value (shot address).
そして主制御系42は、ウェハWを第2図中の右側に示
すように投影レンズPLの下に移動させ、各ショット領域
SA毎にレチクルRのパターンの重ね合わせ露光を行な
う。この際、主制御系42はセレクタ回路40を切り替えて
フォーカス信号Fsg1、レベリング信号Lsg1を選択する。
これによってZステージZSの高さ位置は主制御系42を介
して信号Fsg1に応答したモータ14によりサーボ制御さ
れ、レベリングステージLSの傾きは信号Lsg1に応答した
駆動源10a、10bによりサーボ制御される。これにより、
各ショット領域毎に投影レンズPLの最良結像面とウェハ
表面との平行出し及び一致が行なわれ、最適な像質と位
置合わせ精度とが得られる。このように、オフ・アクシ
ス方式でマーク検出を行なう際に、ウェハ表面を投影レ
ンズPLの最良結像面と平行にしておくことで、極めて高
精度のアライメントが達成できる。Then, the main control system 42 moves the wafer W under the projection lens PL as shown on the right side in FIG.
Overlay exposure of the pattern of the reticle R is performed for each SA. At this time, the main control system 42 switches the selector circuit 40 to select the focus signal F sg1 and the leveling signal L sg1 .
Thus, the height position of the Z stage ZS is servo-controlled by the motor 14 in response to the signal Fsg1 via the main control system 42, and the inclination of the leveling stage LS is servo-controlled by the drive sources 10a and 10b in response to the signal Lsg1. Is done. This allows
The best imaging plane of the projection lens PL and the wafer surface are parallelized and matched for each shot area, and optimal image quality and alignment accuracy are obtained. As described above, when the mark detection is performed by the off-axis method, extremely high-precision alignment can be achieved by keeping the wafer surface parallel to the best imaging plane of the projection lens PL.
以上本実施例においては、各フォーカスセンサーやレ
ベリングセンサーは投影レンズPL、又は対物レンズ28を
介して直接、各レンズPL、28の最良結像面とウェハ表面
との位置関係を検出する方式、所謂TTL(スルー・ザ・
レンズ)方式にしても同様の効果が得られる。またフォ
ーカスセンサーやレベリングセンサーはウェハ面に微小
ノズルから一定圧の気体を噴射し、その背圧を検出する
ことによりノズルとウェハ面との間隔を検出する方式、
所謂エア・マイクロメータ方式にしても同様の効果が得
られる。ただしレベリングのためには最低3ケ所に微小
ノズルを設け、各ノズル位置での間隔を平均してウェハ
面とすることが必要である。As described above, in the present embodiment, each focus sensor or leveling sensor directly detects the positional relationship between the best imaging plane of each lens PL and 28 and the wafer surface via the projection lens PL or the objective lens 28, a so-called method. TTL (through the
The same effect can be obtained by using a (lens) method. In addition, focus sensors and leveling sensors inject gas at a constant pressure from a small nozzle onto the wafer surface, and detect the back pressure to detect the distance between the nozzle and the wafer surface.
A similar effect can be obtained by using a so-called air micrometer method. However, for leveling, it is necessary to provide micro nozzles at least at three places and average the intervals at each nozzle position to form a wafer surface.
また、本実施例のオートフォーカス、及びレベリング
センサーは、ウェハ表面に一方向から斜めに照明光を照
射したが、2つの直交する軸方向の夫々から照射光を入
射し、ウェハ表面の傾き角、又はフォーカス面を両軸方
向で別々に、別個の受光系(2分割センサー、PSD等)
によって検出するようにしてもよい。In addition, the autofocus and leveling sensor of the present embodiment irradiates the illumination light to the wafer surface obliquely from one direction, but irradiates the illumination light from each of two orthogonal axis directions, and tilts the wafer surface, Alternatively, separate light receiving systems (two-segment sensor, PSD, etc.) with separate focus planes in both axial directions
May be detected.
さらに本実施例では、off−Axis方式のウェハアライ
メント光学系WGAに設けられた受光系34からのレベリン
グ信号Lsg2とフォーカス信号Fsg2との両方を用いてウェ
ハ表面の姿勢を制御して、マーク検出を行なったが、少
なくともどちらか一方の信号を用いて姿勢制御(Z方向
又はレベリングの一方)を行なえば十分な場合もある。Further, in this embodiment, by controlling the attitude of the wafer surface by using both the leveling signal L sg2 and focus signal F sg2 from off-Axis scheme wafer alignment optical system WGA light receiving system 34 provided in the mark Although the detection is performed, it may be sufficient to perform the posture control (one of the Z direction and the leveling) using at least one of the signals.
以上の様に本発明によれば、off−Axis方式のアライ
メントを行ない、かつ感光体(ウェハ等)のレベリング
を行なう投影露光装置において、スループットの低下を
招くことなく、しかもoff−Axis方式の検出光学系が感
光体表面の凹凸に起因した焦点外れを起すことを防ぐこ
とができる。さらにレベリング動作に伴う位置合わせ精
度の低下を最小限に押えるという効果が得られる。As described above, according to the present invention, in a projection exposure apparatus that performs off-axis type alignment and performs leveling of a photoreceptor (a wafer or the like), it is possible to perform off-axis type detection without lowering throughput. It is possible to prevent the optical system from defocusing due to irregularities on the surface of the photoconductor. Further, an effect of minimizing a decrease in the positioning accuracy due to the leveling operation can be obtained.
第1図は本発明の実施例による投影露光装置の構成を
示す図、第2図は投影レンズウェハアライメント光学系
との平面的な配置とウェハの位置関係とを示す平面図で
ある。 〔主要部分の符号の説明〕 R……レチクル、 PL……投影レンズ、 W……ウェハ、 LS……レベリングステージ、 ZS……Zステージ、 WGA……ウェハアライメント系、 22、32……送光系、 24、34……受光系、 40……セレクタ回路、 42……主制御系。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a planar arrangement with a projection lens wafer alignment optical system and a positional relationship of a wafer. [Explanation of Signs of Main Parts] R: Reticle, PL: Projection lens, W: Wafer, LS: Leveling stage, ZS: Z stage, WGA: Wafer alignment system, 22, 32: Light transmission System, 24, 34: light receiving system, 40: selector circuit, 42: main control system.
Claims (7)
光体の局所領域の各々に露光するとともに、前記投影光
学系から所定間隔だけ離して配設されたマーク検出光学
系によって前記感光体に形成された位置合わせ用のマー
クを検出し、前記マスクと前記感光体とを相対的に位置
合わせする投影露光装置において、 前記感光体を保持して、該感光体の表面を任意の方向に
傾ける姿勢調整手段と; 前記投影光学系の視野領域内に位置した前記感光体表面
と所定の第1基準面との相対的な傾きに関する第1情報
を検出する第1レベリングセンサーと; 前記マーク検出光学系の視野領域内に位置した前記感光
体表面と所定の第2基準面との相対的な傾きに関する第
2情報を検出する第2レベリングセンサーと; 前記第1情報と前記第2情報のいずれか一方を選択し、
該選択された情報に基づいて前記姿勢調整手段を制御す
る制御手段と; を備えたことを特徴とする投影露光装置。1. A pattern of a mask is exposed to each of local areas of a photoreceptor via a projection optical system, and is exposed to the photoreceptor by a mark detection optical system disposed at a predetermined distance from the projection optical system. In a projection exposure apparatus that detects a formed alignment mark and relatively aligns the mask and the photoconductor, holding the photoconductor and tilting the surface of the photoconductor in an arbitrary direction Attitude adjusting means; a first leveling sensor for detecting first information relating to a relative inclination between the surface of the photoreceptor positioned within a field of view of the projection optical system and a predetermined first reference plane; A second leveling sensor for detecting second information relating to a relative inclination between the surface of the photoreceptor positioned within a visual field of the system and a predetermined second reference plane; and any one of the first information and the second information Choose one or the other,
Control means for controlling the attitude adjusting means based on the selected information.
前記感光体上のマークを検出する際は前記第2情報を選
択し、前記投影光学系を介して前記マスクのパターンを
前記感光体上に露光する際は前記第1情報を選択する情
報切り替え部を有することを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の装置。2. The control means selects the second information when the mark detection optical system detects a mark on the photoconductor, and changes the pattern of the mask via the projection optical system to the photoconductor. 2. The apparatus according to claim 1, further comprising an information switching unit that selects the first information when the exposure is performed upward.
光学系を介することなく、前記感光体の表面と前記第1
基準面との相対的な傾きを検出する斜入射方式、又は前
記投影光学系を介して、前記感光体の表面と前記第1基
準面との相対的な傾きを検出するスルーザレンズ方式の
いずれか一方で構成されることを特徴とする特許請求の
範囲第1項または第2項に記載の装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein the first leveling sensor is connected to the first surface of the photoconductor without passing through the projection optical system.
Either an oblique incidence method for detecting a relative inclination with respect to a reference surface, or a through-the-lens method for detecting a relative inclination between the surface of the photoconductor and the first reference surface via the projection optical system 3. Apparatus according to claim 1 or claim 2, characterized in that it is configured as one or the other.
ク検出光学系を介することなく、前記感光体の表面と前
記第2基準面との相対的な傾きを検出する斜入射方式、
又は前記マーク検出光学系を介して、前記感光体の表面
と前記第2基準面との相対的な位置関係を検出するスル
ーザレンズ方式のいずれか一方で構成されることを特徴
とする特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の装置。4. An oblique incidence method, wherein the second leveling sensor detects a relative inclination between the surface of the photoconductor and the second reference surface without passing through the mark detection optical system.
Or a through-the-lens system for detecting a relative positional relationship between the surface of the photoconductor and the second reference surface via the mark detection optical system. The device according to claim 1 or 2.
影光学系を介してマスクのパターンを投影露光するのに
先立って、前記投影光学系から所定間隔だけ離して配置
されたアライメント系を用いて前記感光基板上に形成さ
れたマークを検出し、該検出結果に基づいて前記移動ス
テージを露光位置に移動させる露光方法において、 前記移動ステージ上の一部に設けられた基準反射部材の
表面が前記投影光学系の視野領域内に位置するように前
記移動ステージを移動させ、前記基準反射部材の表面と
所定の第1基準面との相対的な位置関係に関する第1情
報を第1のセンサーによって検出する段階と; 前記基準反射部材の表面が前記アライメント系の視野領
域内に位置するように前記移動ステージを移動させ、前
記基準反射部材の表面と所定の第2基準面との相対的な
位置関係に関する第2情報を第2のセンサーによって検
出する段階と; 前記第1情報と前記第2情報との差に基づいて、前記第
1センサーと第2センサーとの間の相対的な検出オフセ
ットが補正されるように、前記第1センサーと前記第2
センサーの少なくとも一方をキャリブレーションする段
階と; 該キャリブレーションの後に、前記アライメント系によ
って前記感光基板上のマークを検出するときは前記第2
のセンサーによって検出される情報に基づいて前記感光
基板の姿勢を調整し、前記投影光学系によって前記感光
基板上にマスクのパターンを露光するときは前記第1の
センサーによって検出される情報に基づいて前記感光基
板の姿勢を調整する段階と; を含むことを特徴とする露光方法。5. An alignment system disposed at a predetermined distance from said projection optical system prior to projecting and exposing a pattern of a mask on a photosensitive substrate mounted on a moving stage via a projection optical system. An exposure method for detecting a mark formed on the photosensitive substrate by using the moving stage and moving the moving stage to an exposure position based on the detection result, wherein a surface of a reference reflecting member provided on a part of the moving stage Moves the moving stage so that the sensor is positioned within a field of view of the projection optical system, and sends first information on a relative positional relationship between a surface of the reference reflecting member and a predetermined first reference surface to a first sensor. Moving the moving stage so that the surface of the reference reflection member is located within the field of view of the alignment system, and Detecting second information about a relative positional relationship with a second reference plane by a second sensor; and detecting the first sensor and the second sensor based on a difference between the first information and the second information. The first sensor and the second sensor so that a relative detection offset between the first sensor and the second sensor is corrected.
Calibrating at least one of the sensors; and, after detecting the calibration, detecting the mark on the photosensitive substrate by the alignment system.
The position of the photosensitive substrate is adjusted based on information detected by the sensor, and when the pattern of a mask is exposed on the photosensitive substrate by the projection optical system, based on the information detected by the first sensor. Adjusting the attitude of the photosensitive substrate.
介することなく、前記基準反射部材の表面もしくは前記
感光基板の表面と所定基準面との相対的な位置関係を検
出する斜入射方式、又は前記投影光学系を介して、前記
基準反射部材の表面もしくは前記感光基板の表面と所定
基準面との相対的な位置関係を検出するスルーザレンズ
方式のいずれか一方で構成されることを特徴とする特許
請求の範囲第5項記載の方法。6. An oblique incidence method wherein said first sensor detects a relative positional relationship between a surface of said reference reflecting member or a surface of said photosensitive substrate and a predetermined reference surface without passing through said projection optical system. Or via the projection optical system, it may be configured as one of a through-the-lens system that detects a relative positional relationship between the surface of the reference reflection member or the surface of the photosensitive substrate and a predetermined reference surface. The method of claim 5, characterized in that:
系を介することなく、前記基準反射部材の表面もしくは
前記感光基板の表面と所定基準面との相対的な位置関係
を検出する斜入射方式、又は前記アライメント系を介し
て、前記基準反射部材の表面もしくは前記感光基板の表
面と所定基準面との相対的な位置関係を検出するスルー
ザレンズ方式のいずれか一方で構成されることを特徴と
する特許請求の範囲第5項記載の方法。7. An oblique incidence system for detecting a relative positional relationship between the surface of the reference reflection member or the surface of the photosensitive substrate and a predetermined reference surface without passing through the alignment system. Or, through the alignment system, is configured by one of a through-the-lens system that detects the relative positional relationship between the surface of the reference reflective member or the surface of the photosensitive substrate and a predetermined reference surface A method according to claim 5, wherein
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