JP3564730B2

JP3564730B2 - Projection exposure apparatus and method

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Publication number: JP3564730B2
Application number: JP14132394A
Authority: JP
Inventors: 裕二今井; 信二岩本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: JPH0774093A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子等を製造する投影露光装置及び方法に関し、特に感光基板の焦点合わせを行なうことが可能な投影露光装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の投影露光装置において、マスク（レチクル）のパターンを投影光学系を介して感光基板（ウェハ）上に結像する際、パターンの結像面にウェハ表面を正確に合致させること、即ち焦点合わせが必須のこととなっている。近年投影光学系の焦点深度は狭くなる一方で、露光用照明として波長３６５ｎｍのｉ線を用いたものでも、±０．７μｍ程度の焦点深度しか得られないのが現状である。従ってこの種の投影露光装置に備えられる焦点検出系は、投影光学系の結像面とウェハ表面との投影光学系の光軸方向における偏差量を高精度に検出することが要求されている。
【０００３】
このように投影光学系の結像面とウェハ表面との投影光学系の光軸方向における偏差量を高精度に検出して焦点合わせを行う手法として、例えば特開昭５８−１１３７０６号公報等に開示された技術が知られている。これは、ウェハ上にレーザビーム（ウェハ上のレジストに対して非感光性のビーム）をパターン像として照射し、その反射光を同期検波方式によって光電検出して投影光学系の結像面とウェハ表面との投影光学系の光軸方向における偏差量を高精度に検出するものである。
【０００４】
ここで、投影光学系の光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な平面内におけるステージの移動位置を規定する座標系をＸＹ座標系とすると、ウェハ表面の高さ位置を検出する際、焦点検出系がウェハ上に投射するパターン像（以下、「スリット像」と記す）の形成位置（ＸＹ座標位置）は、投影光学系の結像面内において投影光学系の光軸位置を設定位置として予め調整される。従って、焦点検出系はウェハ上に既に露光された各ショット領域の中心点にスリット像を投射して焦点検出を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の投影露光装置においては、スリット像は投影光学系の結像面における上述の設定位置を中心とする所定の許容範囲内にはいるように調整されているので、実際に投影光学系の結像面においてスリット像が形成される座標位置は投影露光装置毎にばらついている。
【０００６】
一般にウェハ上に露光される各ショット領域の表面は露光工程を経ることによって段差（凹凸）を生じる。この凹凸の一例として、スクライブラインが挙げられる。これは１つのショット領域内に２つの回路パターン領域を形成するようなとき、それら２つの回路パターン領域の間に存在する溝のことであり、溝の幅は２ｍｍ程度、溝の段差は１〜５μｍ程度である。
【０００７】
このようなショット領域にスリット像を照射して焦点検出を行う場合、上述した従来の装置ではショット領域の中心点、すなわちスクライブライン上にスリット像を照射するものと、ショット領域の中心点からずれた位置、即ちスクライブライン部分ではなく回路パターン領域上にスリット像を照射するものとがあり、装置によっては焦点検出に最大５μｍもの高度差を生じてしまう。このような露光装置では±０．７μｍもの狭い焦点深度内にウェハ表面を配置することが困難になる。また、スクライブラインのないショット領域においても、回路パターンが露光された領域には微小な段差が存在しており、これも焦点検出に大きな影響を及ぼす。
【０００８】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、ショット領域内に凹凸が存在していても、常に高精度な焦点検出を行うことが可能な投影露光装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施例を示す図１に対応付けて説明する。上述の問題点を解決するため本発明の装置は、マスク（Ｒ）に形成された回路パターンの像を基板（Ｗ）上に結像投影する投影光学系（ＰＬ）と、基板（Ｗ）を保持して投影光学系（ＰＬ）の光軸方向、及び該光軸にほぼ垂直な方向に移動可能なステージ（ＳＴ）と、を有する投影露光装置であって、基板上に焦点検出用パターンの像（ＳＰ）を投射するとともに、基板からの反射光を光電検出することによって、投影光学系の結像面と基板の表面との投影光学系の光軸方向の偏差に応じた検出信号を出力する焦点検出手段（１５〜２１）と、その検出信号に基づいてステージの光軸方向における位置を制御する制御手段（ＷＳＣ）と、ステージの一部に配置された基準パターン（３０ｘ、３０ｙ）と、基準パターンと焦点検出用パターンの像とを相対走査したときに焦点検出手段から得られる検出信号の変化に基づいて、焦点検出用パターンの像の光軸にほぼ垂直な面内における位置を検出するパターン位置検出手段（１０３、ＭＣＳ）と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、パターン位置検出手段の検出結果に基づいて、焦点検出用パターンの像の形成位置と光軸にほぼ垂直な面内における所定の設定位置との位置ずれ量が所定の許容範囲内であるか否かを表示する表示手段（ＣＲＴ）を有することが好ましい。このことにより、オペレータが焦点検出用パターンの像の位置ずれの状態を確認することができる。また、焦点検出手段は、パターン位置検出手段の検出信号に基づいて、焦点検出用パターンの像の位置を光軸にほぼ垂直な面内における所定の設定位置に移動させる移動手段（１８ａ、１６）をさらに有することが好ましい。このことにより、常にショット領域内の所定の測定点（例えばショット領域の中心点）に焦点検出用パターンの像が投射される。また、その移動手段は、光軸にほぼ垂直な面内における焦点検出用パターンの像の位置をシフトさせる第１の光学部材（１６）と、設定位置に焦点検出用パターンの像を配置するように第１の光学部材を駆動する第１の駆動手段（１８ａ）とを有することが好ましい。このことにより、自動的に焦点検出用パターンの像の投射位置を調整できる。また、焦点検出手段は、反射光を光電検出する光電検出器（２１）上における反射光の位置を変化させる第２の光学部材（２０）と、第２の光学部材を駆動する第２の駆動手段（１８ｂ）とを有することが好ましい。また、設定位置は、マスク上の基準点の投影光学系による投影位置であることが好ましい。また、マスク上の基準点、又は基準点と一定の位置関係で形成されたマスクマーク（ＲＭｘ、ＲＭｙ）と、ステージの一部に配置されたマスク計測用パターン（３１ｘ、３１ｙ）と、マスクマークとマスク計測用パターンとを投影光学系を介して検出することによってマスク上の基準点の投影光学系による投影位置を検出するマスク位置検出手段（６）と、をさらに有することが好ましい。また、基準パターンがマスク計測用パターンの機能を果たすことが好ましい。また、焦点検出手段は、基板上に焦点検出用パターンの像を複数個投射することが好ましい。また、パターン位置検出手段の検出信号に基づいて、露光処理中におけるステージの光軸にほぼ垂直な面内における位置を制御するステージ制御手段（ＭＣＳ）をさらに有することが好ましい。また、パターン位置検出手段の検出信号と、基板上の凹凸情報とに基づいて、焦点検出手段の検出結果を補正する補正手段（ＭＣＳ）をさらに有することが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明における投影露光方法は、マスク（Ｒ）に形成された回路パターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介してステージ（ＳＴ）上に載置された基板（Ｗ）上に露光する際、基板上に焦点検出用パターンの像（ＳＰ）を投射するとともに該基板からの反射光を光電検出することにより、投影光学系の結像面と基板の表面との投影光学系の光軸方向における偏差に対応した検出信号を得、その検出信号に基づいて基板の表面を結像面に配置する投影露光方法であって、ステージ（ＳＴ）上に配置された所定形状の基準パターン（３０ｘ、３０ｙ）に対して焦点検出用パターンの像を照射したときの照射光を光電検出することによって、光軸にほぼ垂直な面内における焦点検出用パターンの像の形成位置を検出することを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】
本発明は、焦点検出系によって基板上に投射されるパターン像（ＳＰ）と、反射率の異なる２つの領域を有する基準パターンとを相対走査することによって、パターン像（ＳＰ）の静止座標系上における形成位置を求める。そして、投影光学系の光軸（ＡＸ）の位置からの位置ずれを求める。この位置ずれに基づいて、移動手段はこのスリット像と基板との少なくとも一方を移動させて基板上の測定点とスリット像の形成位置とを一致させる。このことによって、焦点検出系は常に基板（ウェハ）上の所定の測定点（例えばショット領域の中心点）にスリット像を照射して焦点検出を行うことができる。
【００１３】
【実施例】
図１は本発明の第１実施例による投影露光装置と、それに組み込まれる焦点検出系との概略的な構成を示す図である。以下図１を用いて説明を行なう。
露光用の照明光（水銀ランプからのｇ線、ｉ線、あるいはエキシマレーザ光源からの紫外線パルス光）ＩＬはフライアイレンズＦＬを通った後、コンデンサーレンズＣＬ、ミラーＭを介してレチクルＲのパターン領域ＰＡを均一な照度で照射する。パターン領域ＰＡを通過した照明光ＩＬは投影光学系（図１においては両側テレセントリックであるが片側テレセントリックでもよい）ＰＬを介してウェハステージＳＴ上に載置されているウェハＷ上に達する。ウェハステージＳＴはＸＹステージＳＴ１とＺステージＳＴ２とから構成されている。そして、ＸＹステージＳＴ１はＸＹ駆動系１によって投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な方向（ＸＹ方向）に移動可能であり、ＺステージＳＴ２はＺ駆動系２によって投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に移動可能である。ＸＹステージＳＴ１の位置（ＸＹ座標値）は、ステージ干渉計３により逐次計測される。ＺステージＳＴ２のＺ軸方向における位置（Ｚ座標値）は、Ｚステージ駆動系２内に設けられているエンコーダによって求められる。ウェハステージコントローラＷＳＣはステージ干渉計３からのＸＹ座標値、Ｚ駆動系２からのＺ座標値、及び主制御系ＭＣＳからの指令等に基づいて、ＸＹ駆動系１とＺ駆動系２を介してＸＹステージＳＴ１とＺステージＳＴ２の移動や位置決めを制御する。
【００１４】
レチクルＲはレチクルホルダーＲＨによって保持されており、このレチクルホルダーＲＨはレチクルステージＲＳＴ上に設けられている。レチクルステージＲＳＴはレチクル駆動系４によってＸＹ方向に移動可能であり、レチクルＲの座標値はレチクル干渉計５によって逐次計測されている。レチクルステージコントローラＲＳＣはレチクル干渉計５からの座標値や主制御系ＭＣＳからの指令等に基づいて、レチクル駆動系４を介してレチクルステージＲＳＴの移動や位置決めを制御する。
【００１５】
ここで、レチクルＲをミラーＭ側（図１における上側）から見た図を図２に示す。レチクルＲの内部の回路パターン領域ＰＡには半導体素子製造用の回路パターンが形成されている。パターン領域ＰＡはほぼ正方形であり、この正方形のとなりあう２辺の外側（パターン領域の外側）にはパターン領域ＰＡに隣接して夫々アライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙが設けられている。アライメントマークＲＭｘはＸ方向に延びた矩形状のマーク部を有し、アライメントマークＲＭｙはＹ方向に延びた矩形状のマーク部を有する。そして夫々のマーク部の両側（各マーク部の長手方向に垂直な方向）には開口部が設けられている。そして夫々のマークの長手方向における中心線の延長線上にレチクルＲの中心点（パターン領域の中心点）ＲＣが存在する。このアライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙはレチクルＲの位置を計測するときに用いられるもので、このことについては後で詳しく述べる。
【００１６】
また図２に示すようにレチクルＲには、レチクルＲの外周（正方形）の向かい合う２辺（図２ではＹ方向に平行な２辺）に隣接してレチクルマークＲＭａ、ＲＭｂが設けられている。レチクルマークＲＭａ、ＲＭｂは夫々Ｘ方向とＹ方向とに延びる十字の形状をしたマーク部を有し、夫々のマーク部の中心点ＭＣａ、ＭＣｂは、レチクルＲの中心点ＲＣを通りＹ方向に延びる直線上に夫々存在する。このレチクルマークＲＭａ、ＲＭｂはレチクルＲを所定の位置に位置決めする際に、後述するレチクルアライメント系によって読み取られるものである。
【００１７】
さて、図１においてレチクルＲの上部にはマーク検出系６、ミラー７から成るレチクルアライメント系（６、７）が設けられている。このレチクルアライメント系（６、７）は、図２に示したレチクルマークＲＭｂを検出する。また、本実施例の投影露光装置には、レチクルアライメント系（６、７）と同一の構成からなり、レチクルマークＲＭａを検出するアライメント系が設けられている（不図示）。レチクルアライメント系（６、７）は例えばＨｅ−Ｎｅレーザ等のレーザビームをレチクルマークＲＭｂ上に照射して、その反射光を検出する。主制御系ＭＣＳはレチクルマークＲＭｂの像がマーク検出系６中の指標に合うようにレチクルステージコントローラＲＳＣを介してレチクルＲの位置を制御する。レチクルマークＲＭａも不図示のアライメント系によって同様に検出され、これらのレチクルアライメント系によってレチクルＲは中心点ＲＣが光軸ＡＸと一致するように位置決めされる。
【００１８】
さらに、ステージＳＴ（図１ではＺステージＳＴ２）上には基準板ＦＭが設けられている。この基準板ＦＭの表面とウェハＷの表面とはほぼ同一平面内に存在する。基準板ＦＭを投影光学系ＰＬ側（図１における上側）から見た図を図３に示す。図３において基準板ＦＭ上にはＸ方向、及びＹ方向を長手方向とする矩形状のパターン（フィデューシャル・マーク）３０ｘ、３０ｙ、光透過性の発光マーク３１ｘ、３１ｙ、後述するベースライン計測用のマーク３２ｘ、３２ｙが形成されている。そして、フィデューシャル・マーク３０ｘは高反射領域３０ｘａと低反射領域３０ｘｂとから構成されている。フィデューシャル・マーク３０ｙも同様に高反射領域３０ｙａと低反射領域３０ｙｂとから構成されている。これらのマーク３０ｘ、３０ｙ、３１ｘ、３１ｙ、３２ｘ、３２ｙは、夫々基準板ＦＭ上の予め決められた位置に配置されており、主制御系ＭＣＳは夫々のマーク間の距離（夫々のマークの中心点の間隔）を予め記憶している。
【００１９】
次にこの基準板ＦＭに関して投影光学系ＰＬと反対側（図１における下側）から、基準板ＦＭに設けられた発光マーク３１ｘ、３１ｙに対して光を照射する照明系、及び発光マーク３１ｘ、３１ｙを透過した光を受光する受光系について図１を用いて説明する。この検出系（以下、「ＩＳＳ系」と記す）はレチクルＲの位置を計測するためのものである。
【００２０】
図１において光源８は露光用の照明光ＩＬの波長と同一か、又はその近傍の波長の照明光ＩＥを発生する。この照明光ＩＥはレンズ９、ファイバー１０を介してステージＳＴの内部（基準板ＦＭの下方）に送られる。ファイバー１０を射出した照明光ＩＥはレンズ１１によって集光され、ミラー１２を介して発光マーク３１ｘ、３１ｙを下側から照射する。発光マーク３１ｘ、３１ｙの像はレチクルＲに設けられたアライメントマークＲＭｙ上で結像する。このとき、主制御系ＭＣＳはウェハステージＷＳをＹ方向に走査することによって、アライメントマークＲＭｙと発光マーク３１ｙとを相対走査させる。アライメントマークＲＭｙを透過した光はミラーＭ、コンデンサーレンズＣＬ、ビームスプリッタ１３等を介して光電検出器１４に受光される。図４（ａ）はレチクルＲのパターン面上に結像される発光マーク３１ｙの像３１ｙ’がアライメントマークＲＭｙを走査する様子を示し、図４（ｂ）はこのときに光電検出器１４から得られる光電信号の変化を示す図である。図４（ｂ）において縦軸は信号のレベル、横軸はステージ干渉計３から得られるステージのＹ方向の座標値である。ここで、マークの像３１ｙ’がアライメントマークＲＭｙのマーク部と重なったとき、光電検出器１４は照明光ＩＥをほとんど受光しないため、光電信号のレベルはボトムとなる。信号処理装置１０１はステージ干渉計３からの信号Ｓ_２に基づいてこのボトムの中心位置Ｙｒｍを検出する。
【００２１】
これと同様に主制御系ＭＣＳは、レチクルＲのパターン面上に結像される発光マーク３１ｘの像をアライメントマークＲＭｘ上で走査させる。そして、信号処理装置１０１はこのとき光電検出器１４から得られる検出信号がボトムとなる位置Ｘｒｍを検出する。そして主制御系ＭＣＳはこれらの計測値（Ｘｒｍ、Ｙｒｍ）を信号処理装置１０１から入力する。
【００２２】
主制御系ＭＣＳは予めアライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙとレチクルＲの中心点ＲＣとの位置関係を記憶しているため、上述した２つの計測値（Ｘｒｍ、Ｙｒｍ）に基づいて、レチクルＲの中心点ＲＣの位置を検出することができる。
再び図１に戻り、本装置に組み込まれている焦点検出系の構成について説明する。
【００２３】
投光器１５はウェハＷに塗布されている感光剤を感光させない波長の光（例えば赤外光等）を射出する。この投光器１５中には送光用のスリット板が設けられているため、このスリット板を透過した光が投光器１５から射出する。そしてこの光は平行平板ガラス（プレーンパラレルガラス）１６、集光レンズ１７を通って、ウェハＷ上にスリット像ＳＰとなって照射される。このスリット像ＳＰの中心点は、図１に示すように投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとウェハＷの表面とが交差する点に位置する。図１において、ウェハ表面は投影光学系ＰＬの結像面に配置されている。また、平行平板ガラス１６は送光用のスリット板の近傍に配置されている。さらに平行平板ガラス１６は図１の紙面と垂直な方向（Ｙ方向）、及び紙面に平行な方向に回転軸を有し、これらの回転軸を中心に微小量回転することができる。駆動部１８ａは平行平板ガラス１６を夫々の回転軸の回りに所定の角度範囲内で回転させる。この回転によってスリット像ＳＰの結像位置はウェハＷの表面とほぼ平行な方向（ＸＹ方向）に変位する。
【００２４】
ウェハＷで反射した光束（反射光）はレンズ１９、平行平板ガラス２０を通って受光器２１に受光される。この受光器２１中には受光用のスリット板が設けられており、この受光用スリット板を通過した光を光電検出する。また平行平板ガラス２０もＹ方向に回転軸を有し、駆動部１８ｂによって所定の角度範囲内で回転する。平行平板ガラス２０が回転すると、受光器２１による反射光の受光位置が変化する。この反射光の受光位置の変位方向は、ウェハＷがＺ軸方向に移動したときに反射光の受光位置が変位する方向と同じである。受光器２１からの検出信号Ｓａは信号処理装置１０３に出力される。信号処理装置１０３は、ウェハＷの表面と焦点検出系によって規定されている基準面との光軸ＡＸ方向の偏差量を検出する。この偏差量は主制御系ＭＣＳに出力される。尚、本実施例において焦点検出系の基準面は投影光学系ＰＬの結像面と一致するように、予め設定されている。
【００２５】
さて、さらに本装置はウェハＷ上のマークを検出するためにオフ・アクシス方式のアライメント系を備えている。このアライメント系の詳細な構成については特開昭６２−１７１１２５号公報に開示されているのでここでは簡単に説明する。
図１においてアライメント光学系２２の光軸ｌは投影光学系ＰＬの光軸ＡＸから距離ＬだけＸ軸方向に離れている。そしてアライメント光学系２２は照明光としてある帯域幅をもつブロードな波長分布の光をウェハＷ上に照射する。そしてアライメント光学系２２のウェハＷ上における検出中心Ｐ_２はステージ干渉計３の測定軸上に一致するように定められる。
【００２６】
さて、ウェハＷ上のマークからの反射光は再びアライメント光学系２２に入射し、そのマークの像はアライメント光学系２２中に設けられている指標板の下面に結像する。この指標板は図５（ａ）に示すように矩形の透明窓内にＸ方向とＹ方向の夫々に伸びた直線状の指標マーク４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを有する。そしてウェハＷ上のマークの像は、指標板に形成された指標マーク４０ａ〜４０ｄの像とともに撮像管２３の撮像面に結像する。図５（ｂ）は撮像管２３によってウェハＷ上のマークＷＭｘを検出する様子を示す。主制御系ＭＣＳはＸＹ駆動系１を制御して指標マーク４０ａと４０ｂとの間にウェハＷ上のマークＷＭｘの像ＷＭｘ’が位置するようにウェハＷを位置決めする。このとき、指標マーク４０ａと４０ｂとのＸ方向の中心位置Ｘｃに対してマーク像ＷＭｘ’の中心位置Ｘ_３はΔｘだけＸ方向にずれているものとする。このずれ量Δｘが所謂アライメント誤差である。これらのマーク４０ａ、４０ｂ、ＷＭｘ’を所定の走査領域内に位置させると、走査線ＳＬによる画像信号は図５（ｃ）のような波形になる。図５（ｃ）で縦軸は信号の大きさ（レベル）Ｉを表し、横軸は走査線ＳＬ方向の位置（Ｘ）を表す。指標マーク４０ａと４０ｂとはウェハＷからの反射光によって照明されるためレベルＩは位置Ｘ_１、Ｘ_２でボトムになる。また、ウェハＷ上のマークＷＭｘは走査線ＳＬと直交する方向に平行に延びた２つの段差エッジによって散乱光が生じるため、マーク像ＷＭｘ’のレベルＩは位置Ｅ_１、Ｅ_２でボトムとなる。信号処理装置１０２は位置Ｘ_１とＸ_２との中点として位置Ｘｃを検出し、位置Ｅ_１とＥ_２との中点として位置Ｘ_３を検出する。従って、アライメント誤差Δｘは次式で表される。
【００２７】
【数１】
Δｘ＝（Ｘ_１＋Ｘ_２）／２−（Ｅ_１＋Ｅ_２）／２・・・（１）
そして、ステージＳＴを現在の位置から−ΔｘだけＸ方向に移動させれば、アライメントが達成されたことになる。ウェハＷ上のマークＷＭｙについても上述と同様に検出可能である。
【００２８】
また、本実施例においては表示装置ＣＲＴが設けられており、例えば本装置での各種計測結果を画面上に表示して、オペレータに計測結果を知らせる。また、オペレータはこの表示装置ＣＲＴから主制御系ＭＣＳに対して露光動作の条件等を入力することができる。さらに図１において、主制御系ＭＣＳは信号処理装置１０１〜１０３からの信号に基づいてウェハステージコントローラーＷＳＣやレチクルステージコントローラーＲＳＣに制御信号Ｓ_１を出力する他、本装置全体を統括制御する。
【００２９】
さて、次に本実施例における動作について図１１に示すフローチャートに沿って説明する。また、本実施例においては、レチクルＲは先に説明したレチクルアライメント系、又はＩＳＳ系等によって、中心点ＲＣと光軸（ＡＸ）とが一致するように位置決めされているものとする。
まず、ステップ１１０においてウェハＷがステージＳＴ上に搬送されると、主制御系ＭＣＳはスリット像ＳＰが基準板ＦＭ上のマークが形成されていない部分に照射されるようにステージＳＴを移動し、焦点検出を行う（ステップ１２０）。次にステップ１３０において、スリット像ＳＰの座標位置を求める。主制御系ＭＣＳはウェハステージコントローラＷＳＣを制御してステージＳＴをＸ方向に移動させ、図６（ａ）に示すようにＸ方向に延びた矩形状のフィデューシャルマーク３０ｘをスリット像ＳＰに対して走査させる。図６（ａ）は便宜上、フィデューシャルマーク３０ｘを固定としてスリット像ＳＰが走査している様子を示す。また図６（ｂ）はこのときに受光器２１で得られ光電信号を示す図である。図６（ｂ）において縦軸は光電信号のレベル（電圧値）、横軸はステージ干渉計３から得られるステージのＸ方向の座標値である。また、スリット像ＳＰの全体がフィデューシャルマーク３０ｘの高反射領域３０ｘａに照射されているときのレベルをＳｈ、低反射領域３０ｘｂに照射されているときのレベルをＳｌとする。そして信号のレベルがＳｈからＳｌに向かって小さくなり始める点をＨＰ、レベルがＳｌに達したときの点をＬＰとする。信号処理回路１０３はステージ干渉計３からの位置情報に基づいて点ＨＰにおけるＸ座標値Ｘｈと、点ＬＰにおけるＸ座標値Ｘｌとの中心点Ｘｓｐを計測する。この点Ｘｓｐはスリット像ＳＰの中心点が高反射領域３０ｘａと低反射領域３０ｘｂとの境界線を通ったときのＸ座標値である。
【００３０】
同様に主制御系ＭＣＳはウェハステージコントローラＷＳＣを制御して、スリット像ＳＰとフィデューシャルマーク３０ｙとを相対走査する。そして信号処理装置１０３はスリット像ＳＰの中心点が高反射領域３０ｙａと低反射領域３０ｙｂとの境界線を通るときのＹ座標値Ｙｓｐを計測する。主制御系ＭＣＳはこれらの計測値（Ｘｓｐ、Ｙｓｐ）に基づいて、光軸ＡＸを原点（０、０）としてスリット像ＳＰのＸＹ座標系上の位置（σｘ、σｙ）を求める。
【００３１】
次に、主制御系ＭＣＳはステップ１４０において、このスリット像ＳＰの光軸ＡＸからの位置ずれを表示装置ＣＲＴに表示する。図７はその表示画面の一例を示す図である。スリット像ＳＰの設定位置は光軸ＡＸの位置（０、０）であり、この設定位置は図７に示す枠内の中心点である。そしてこの設定位置に対するスリット像ＳＰの位置をマップ上に“Ａ”で示す。図７の内側の正方形の枠は、スリット像ＳＰの設定位置からの位置ずれの許容範囲を示し、この枠の外に位置しているときは、スリット像ＳＰの位置を調整する必要がある。この許容範囲は、オペレータが自由に設定できる。オペレータはこの表示装置ＣＲＴに表示されたスリット像ＳＰの位置ずれの状態に応じて、スリット像ＳＰの位置を調整するか否かを判断する（ステップ１５０）。そしてオペレータがスリット像ＳＰの位置を調整する指令を表示装置ＣＲＴを介して主制御系ＭＣＳに送る。この指令に基づいて主制御系ＭＣＳは駆動部１８ａを介して平行平板ガラス１６の回転角を調整し、スリット像ＳＰの位置を調整して設定位置と一致させる（ステップ１６０）。
【００３２】
ここで、スリット像ＳＰの位置を調整するか否かの判断は、主制御系ＭＣＳが自動的に行ってもよい。また、スリット像ＳＰの位置調整はオペレータがマニュアルで行ってもよいし、位置ずれが許容範囲以上のときに主制御系ＭＣＳが自動的に行うようにしてもよい。
スリット像ＳＰの位置調整が終了すると、レチクルのパターンを各ショット領域に露光する露光工程に入る。先ず、露光すべき最初のショット領域を投影光学系ＰＬの下方に配置し、ショット領域の焦点検出を行う（ステップ１７０）。そしてそのショット領域を投影光学系ＰＬの結像面に配置したのち、レチクルＲのパターンをそのショット領域に重ね合わせて露光する（ステップ１８０）。そして、ウェハＷ上の全てのショット領域への露光が終了するまで、ステップ１７０とステップ１８０とを繰り返し行う（ステップ１９０）。
【００３３】
以上の動作によって、各ショット領域の焦点検出を行う際、スリット像ＳＰは常に各ショット領域の中心位置に形成されるため、ショット領域内の凹凸に関係なく常に安定して高精度な焦点検出が可能となる。
さて、本実施例ではウェハＷ上に１つのスリット像ＳＰを照射してショット領域内の１点の焦点位置を計測する焦点検出系について説明した。しかし、例えば特開平５−１９０４２３号公報に開示されているような、ウェハ上のショット領域内の複数点の焦点検出を行う焦点検出系についても同様に本発明を用いることができる。主制御系ＭＣＳは先の第１実施例と同様の動作によって、各スリット像（例えば５個）の座標位置を計測し、各スリット像の設定位置からのずれ量を計測する。このときの表示装置ＣＲＴによる画面表示の一例を図８（ａ）、図８（ｂ）に示す。図８（ａ）は先の図７に示した表示画面と同様に、各測定点（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）の実際の位置が予め定められた設定位置からどの方向にとれだけずれているかを示す図であり、オペレータは夫々のスリット像のずれ量が所定の許容範囲内であるか否かを簡単に知ることができる。また、図８（ｂ）はショット領域内の設計上の各測定点と、実際の測定点との位置関係を表す表示画面を示す図である。このような表示方法によって、各測定点がショット領域内のどの位置に存在するのかを知ることができる。また、図８（ｂ）においては、ずれ量が所定の許容範囲内である場合は○付きのアルファベットで記されているため、どのスリット像の位置を調整しなければならないかを知ることができる。
【００３４】
次に本発明の第２実施例について図１２に示すフローチャートに沿って説明する。本実施例で使用する装置は先の第１実施例と全く同じである。本実施例はレチクルＲの位置ずれを考慮してスリット像の位置を調整することが第１実施例と異なる点である。
さて、先の第１実施例と同様の動作（ステップ１１０〜１３０）によって、主制御系ＭＣＳはスリット像ＳＰのＸＹ座標系上の位置（σｘ、σｙ）を検出する。次に、先の第１実施例で説明したように、発光マーク３１ｘ、３１ｙを用いてアライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙを検出し、レチクルＲの中心点の投影光学系ＰＬによる投影位置（Ｒｘ、Ｒｙ）を求める（ステップ１３５）。図９はウェハＷ上におけるスリット像ＳＰ、光軸ＡＸ、及びレチクルＲの中心点ＲＣの投影光学系ＰＬによる投影点（ショット領域の中心点）ＲＣ’の位置関係を示した図である。重ね合わせ露光を行う際、各ショット領域は、その中心点がレチクルＲの中心点の投影位置と一致するように配置される。即ち、レチクルの中心点の投影位置が光軸ＡＸからずれていると、当然にショット領域の中心点も光軸ＡＸからずれて配置される。従って、焦点検出系のスリット像が光軸ＡＸ上にあっても、ショット領域の中心点に照射されるとは限らない。このため、主制御系ＭＣＳは先に検出したスリット像ＳＰの座標値（σｘ、σｙ）と点ＲＣ’の座標値（Ｒｘ、Ｒｙ）とに基づいて、スリット像ＳＰの位置とショット領域の中心点ＲＣ’の位置との位置ずれ量（ΔＸ、ΔＹ）＝（Ｒｘ−σｘ、Ｒｙ−σｙ）を計測する。そして、表示装置ＣＲＴはレチクルＲの中心点の投影位置を基準として、先の第１実施例と同様、図７に示すようにスリット像の形成位置を表示をする（ステップ１４０）。そして、第１実施例のステップ１５０以降の動作と同様の動作によって、スリット像ＳＰの中心点とショット領域の中心点ＲＣ’とを一致させる。このことによって、常に各ショット領域の中心点にスリット像を形成することができる。
【００３５】
また、スリット像の位置を検出するためのフィデューシャルマーク３０ｘ、３０ｙは上述の第１及び第２実施例に限らず、以下に説明するようなマークでもよい。このフィデューシャルマークの他の例について図１０（ａ）、図１０（ｂ）を用いて説明する。
図１０（ａ）に示すように、フィデューシャルマーク３０は、例えば石英等からなる低反射領域のマーク部３０ａと、クロム層が塗布された高反射領域の周辺部３０ｂとの反射率の異なる２つの領域から構成される。このフィデューシャルマーク３０は、図３に示す基準板ＦＭ上に形成されている。主制御系ＭＣＳはウェハステージＳＴをＸ方向に移動させることによって、スリット像ＳＰとフィデューシャルマーク３０とを相対走査する。図１０（ａ）は便宜上、フィデューシャルマーク３０を固定としてスリット像ＳＰが走査している様子を示す。図１０（ｂ）はそのときに受光器２１で得られる光電信号のレベルである。ここで、スリット像ＳＰが周辺部３０ｂを走査しているときの光電信号のレベルをＳｈ、スリット像ＳＰがマーク部３０ａを走査しているときの光電信号のレベルをＳｌとする。そして図１０（ｂ）に示すように、ＳｈからＳｌに向かって信号のレベルが小さくなる点をＡ_１、Ｓｌに達したときの点をＡ_２、ＳｌからＳｈに向かってレベルが大きくなる点をＡ_３、そして再びＳｈに達したときの点をＡ_４とする。受光器２１からの光電信号は信号処理装置１０３に出力され、信号処理装置１０３は、点Ａ_１とＡ_２との中点のＸ座標値Ｘｓａ、及び点Ａ_３とＡ_４との中点のＸ座標値Ｘｓｂを計測し、各々のＸ座標値Ｘｓａ、Ｘｓｂの中心をスリット像ＳＰのＸ座標位置Ｘｓｃとして計測する。同様にスリット像ＳＰとフィデューシャルマーク３０とをＹ方向に相対走査することによって処理装置１０３はスリット像ＳＰのＹ座標値Ｙｓｐを計測する。これらの座標信号は主制御系ＭＣＳに出力される。そして主制御系ＭＣＳはこれらの座標信号に基づいてスリット像ＳＰのＸＹ座標系における位置（σｘ、σｙ）を求める。
【００３６】以上のように、スリット像ＳＰの位置は、反射率の異なる２つの領域を有するフィデューシャルマークとスリット像ＳＰとを相対走査させたときの受光器２１からの光電信号の変化に基づいて検出する。また、スリット像ＳＰのＸＹ座標値を算出するアルゴリズムは上述の実施例に限るものではない。また、上述した第１及び第２実施例ではステージＳＴをＸ方向、及びＹ方向に移動することにより、スリット像ＳＰに対してフィデューシャルマークを走査したが、逆に平行平板ガラス１６を駆動してフィデューシャルマークに対してスリット像ＳＰを走査してもよい。このとき主制御系ＭＣＳは、フィデューシャルマークの中心点を光軸ＡＸ、若しくはレチクルＲの中心点の投影位置に一致させる。そして、スリット像の中心点がフィデューシャルマークの中心点を通るときの平行平板ガラスの回転角を計測し、その後この角度にあわせれば、スリット像は光軸ＡＸ、若しくはレチクルＲの中心点の投影位置に形成される。また、フィデューシャルマーク３０ｘ、３０ｙの下側から光を照射することによって、発光マーク３１ｘ、３１ｙの機能を果たすようにしてもよい。
【００３７】
また、上述の第２実施例においては、スリット像ＳＰの位置を調整したが、レチクルＲを移動させてレチクルＲの中心点の投影位置をスリット像ＳＰの位置にあわせてもよい。しかし、レチクルＲを移動させると、ウェハＷ上のショット領域のアライメント位置と、そのショット領域の露光位置との間隔（ベースライン量）が変化してしまう。従って、レチクルＲを移動させた場合は、このベースライン量を計測する必要がある。そこで、主制御系ＭＣＳはステージＳＴ上の発光マーク３１ｘとレチクルＲ上のアライメントマークＲＭｘとが重なり合う位置（Ｘ座標値）Ｘｂ_１を記憶する。次に主制御系ＭＣＳは基準板ＦＭに設けられているベースライン計測用マーク３２ｘがオフ・アクシス方式のアライメント系（２２、２３）によって検出される位置（Ｘ座標値）Ｘｂ_２を記憶する。発光マーク３１ｘとマーク３２ｘとのＸ方向におけるずれ量をΔＸｂとすると、主制御系ＭＣＳはＸ方向のベースライン量として（Ｘｂ_１−Ｘｂ_２−ΔＸｂ）を算出して記憶する。またこれと同様にＹ方向のベースライン量についても求める。このようにレチクルＲを移動させたときは、その都度上述の如くベースラインチェック行えばよい。
【００３８】
次に本発明の第３実施例を説明する。本実施例も先の第１実施例で説明した装置を用いる。本実施例は先の第２実施例において計測されたスリット像ＳＰの位置とショット領域の中心点ＲＣ’の位置とのずれ量（ΔＸ、ΔＹ）と、代表的なアライメント方式とを利用したものである。本実施例では高いスループットと、高いアライメント精度の両立を計るエンハンスメント・グローバルアライメント（ＥＧＡ）方式を利用する。このＥＧＡ方式の詳細については特開昭６１−４４４２９号公報に開示されているので、ここでは簡単に説明する。
【００３９】
ＥＧＡ方式では、ウェハＷ上の複数（３〜９）個のショット領域ＳｎのマークＭＹｎ、ＭＸｎの位置を計測し、その計測値に基づいてウェハＷのステージＳＴの走り座標系、すなわちステージ干渉計によって規定されるＸＹ座標系内での微小回転誤差θ、ウェハ上のショット配列（又はステージＳＴの走り）の直交度ｗ、ウェハの線形な微小伸縮によるスケーリング誤差Ｒｘ、Ｒｙ、そして、ウェハのＸ、Ｙ方向の微小位置ずれ、すなわちオフセット誤差Ｏｘ、Ｏｙの夫々に関するパラメータを最小二乗近似により求める。そしてそれら各パラメータを介在として設計上のショット配列座標を実際のショット配列座標に変換して、露光時のステッピング位置を求める。
【００４０】
さて、本実施例ではウェハＷ上のサンプルアライメント用のショット領域として８個のショット領域Ｓ_１〜Ｓ_８を有するものとする。そして、各サンプルショットＳ_１〜Ｓ_８には、図２に示したアライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙがウェハＷ上に投影露光されたマークＭＸｎ、ＭＹｎ（ｎは１〜８）が形成されている。また各サンプルショットＳ_１〜Ｓ_８の中心点をＲＣｎ（ｎは１〜８）とする。主制御系ＭＣＳは図５（ｂ）に示すように上述の８つのサンプルショットＳ_１〜Ｓ_８の各マークＭＸｎ、ＭＹｎをオフ・アクシス方式のアライメント系（２２、２３）が検出するようにステージ駆動系１を制御する。主制御系ＭＣＳは各サンプルショットのアライメントマークを検出し、露光時のステッピング位置（Ｘｎ、Ｙｎ）を求める。
【００４１】
さて、ここで主制御系ＭＣＳはステッピング位置（Ｘｎ、Ｙｎ）にステージＳＴを位置決めする前に、図１に示す焦点検出系によって焦点検出を行なう。このときのスリット像ＳＰの座標値は図９に示すようにショットの中心点ＲＣ’からＸＹ方向に（ΔＸ、ΔＹ）だけずれている。これは先の第２実施例で説明した動作によって求められる。従って、主制御系ＭＣＳは座標値（Ｘｎ＋ΔＸ、Ｙｎ＋ΔＹ）となる位置にステージＳＴを位置決めして焦点検出を行い、ウェハ表面を投影光学系ＰＬの結像面に位置決めする。そしてステージＳＴをステッピング位置（Ｘｎ、Ｙｎ）に位置決めして露光を行なう。
【００４２】以上のシーケンスによって、常にショット領域内の中心点ＲＣ’にスリット像ＳＰを照射して焦点検出を行うことができる。また、図１に示した平行平板ガラス１６がない場合、即ちスリット像の位置調整ができない場合でも、本実施例によって先の第１及び第２実施例と同様の効果を得ることができる。さて、上述した３つの各実施例では焦点検出の際、各ショット領域の中心点ＲＣ’にスリット像ＳＰが形成されるようにスリット像ＳＰ、レチクルＲ、又はウェハＷを移動したが、必ずしも各ショット領域の中心点ＲＣ’にスリット像ＳＰを形成させる必要はない。例えば主制御系ＭＣＳが各ショット領域内の任意の位置における高さ位置（凹凸）に関する情報を予め記憶していれば、中心点ＲＣ’における高さ位置と、スリット像が形成された点における高さ位置とのずれ量に応じて、焦点検出系による検出結果を補正すればよい。このことによって、ショット領域内の任意の位置で焦点検出を行ことができる。
【００４３】
また、ショット領域の中心点ＲＣ’ではなく、中心点ＲＣ’同じ高さ位置の部分にスリット像ＳＰを投射してもよい。このときも上述と同様に、主制御系ＭＣＳは各ショット領域内の任意の位置における高さ位置（凹凸）に関する情報を予め記憶しておく必要がある。
また、上述の各実施例の焦点検出系は、予めショット領域の中心点ＲＣ’を焦点検出位置として設定していたが、当然焦点検出位置の設定はショット領域の中心点に限らず、ショット領域内のどの位置に設定しても良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基板上に投射するパターン像（スリット像）の位置を高精度に検出することができるため、予め定められた設定位置からのずれ量を簡単に求めることができる。そして、この位置ずれ量に基づいてスリット像、又は基板を移動させることにより、常に基板上の所定の測定点（例えばショット領域の中心点）にスリット像を照射して焦点検出を行うことができる。従って、ショット領域内に凹凸が存在していても、常に高精度な焦点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による投影露光装置の概略的な構成を示す図である
【図２】レチクルＲ上のマークの配置を示す図である。
【図３】基準板ＦＭ上に形成されたマークの配置を示す図である
【図４】図４（ａ）はレチクルＲのパターン面上に結像される発光マーク３１ｘの像３１ｘ’がアライメントマークＲＭｙを走査する様子を示し、図４（ｂ）はこのときに光電検出器１４から得られる光電信号の変化を示す図である。
【図５】図５（ａ）はオフ・アクシスアライメント系中に設けられている指標板を示す図であり、図５（ｂ）はオフ・アクシスアライメント系がウェハＷ上のマークＷＭｘを検出する様子を示す図であり、図５（ｃ）はそのときの画像信号の波形を示す図である。
【図６】図６（ａ）はフィデューシャル・マーク３０ｘとスリット像ＳＰとを相対走査している様子を示し、図６（ｂ）はこのとき受光器２１で得られる光電信号の変化を示す図である。
【図７】表示装置ＣＲＴによるスリット像ＳＰの形成位置の表示の一例を示す図である。
【図８】図８（ａ）、図８（ｂ）ともにスリット像が複数のときの表示装置ＣＲＴによる各スリット像の形成位置の表示の一例を示す図である。
【図９】ウェハＷ上におけるスリット像ＳＰ、光軸ＡＸ、及びレチクルＲの中心位置ＲＣの投影位置ＲＣ’の位置関係を示した図である。
【図１０】図１０（ａ）はスリット像ＳＰとフィデューシャルマーク３０とを相対走査する様子を示し、図１０（ｂ）はそのときに受光器２１で得られる光電信号の変化を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施例におけるフローチャート図である。
【図１２】本発明の第２実施例におけるフローチャート図である。
【符号の説明】
Ｒ・・・レチクル
ＰＬ・・・投影光学系
Ｗ・・・ウェハ
ＦＭ・・・基準板
ＭＣＳ・・・主制御系
ＣＲＴ・・・表示装置
ＷＳＣ・・・ウェハステージコントローラ
ＲＳＣ・・・レチクルステージコントローラ
ＳＴ１・・・ＸＹステージ
ＳＴ２・・・Ｚステージ
ＳＰ・・・スリット像
１５・・・投光器
１６、２０・・・平行平板ガラス
１８ａ、１８ｂ・・・駆動部
２１・・・受光器
１０１、１０２、１０３・・・信号処理装置
３０ｘ、３０ｙ・・・フィデューシャルマーク[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a projection exposure apparatus and method for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, and the like, and more particularly, to a projection exposure apparatus and method capable of focusing a photosensitive substrate.
[0002]
[Prior art]
In a conventional projection exposure apparatus, when a pattern of a mask (reticle) is imaged on a photosensitive substrate (wafer) via a projection optical system, the wafer surface is accurately matched with the image forming surface of the pattern, that is, focusing. Is required. In recent years, the depth of focus of the projection optical system has become narrower, but at present, only a depth of focus of about ± 0.7 μm can be obtained even when an i-line having a wavelength of 365 nm is used as exposure illumination. Therefore, a focus detection system provided in this type of projection exposure apparatus is required to accurately detect a deviation amount between the imaging surface of the projection optical system and the wafer surface in the optical axis direction of the projection optical system.
[0003]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 58-113706 discloses a technique for performing high-accuracy detection by detecting the amount of deviation between the image plane of the projection optical system and the wafer surface in the optical axis direction of the projection optical system. The disclosed technology is known. This involves irradiating the wafer with a laser beam (a beam that is insensitive to the resist on the wafer) as a pattern image, photoelectrically detecting the reflected light using a synchronous detection method, and connecting the imaging surface of the projection optical system to the wafer. It detects the amount of deviation of the projection optical system from the surface in the optical axis direction with high accuracy.
[0004]
Here, assuming that the optical axis direction of the projection optical system is the Z direction, and the coordinate system that defines the movement position of the stage in a plane perpendicular to the Z direction is the XY coordinate system, when detecting the height position of the wafer surface, The formation position (XY coordinate position) of the pattern image (hereinafter, referred to as “slit image”) projected by the focus detection system onto the wafer is determined by setting the optical axis position of the projection optical system within the image plane of the projection optical system. Is adjusted in advance. Therefore, the focus detection system performs focus detection by projecting a slit image at the center point of each shot area already exposed on the wafer.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional projection exposure apparatus, the slit image is adjusted so as to fall within a predetermined allowable range centered on the above-mentioned set position on the image forming plane of the projection optical system. The coordinate position where the slit image is formed on the image forming plane varies for each projection exposure apparatus.
[0006]
Generally, the surface of each shot area exposed on a wafer undergoes a step (irregularity) through an exposure process. A scribe line is an example of the unevenness. This is a groove existing between two circuit pattern areas when two circuit pattern areas are formed in one shot area. The width of the groove is about 2 mm, and the step of the groove is 1 to 1. It is about 5 μm.
[0007]
When the focus detection is performed by irradiating such a shot area with a slit image, the above-described conventional apparatus deviates from the center point of the shot area, that is, the one that irradiates the slit image on the scribe line with the center point of the shot area. In some cases, the slit image is irradiated on the circuit pattern area instead of the scribe line portion, and depending on the device, a difference in focus detection of up to 5 μm may occur. With such an exposure apparatus, it is difficult to arrange the wafer surface within a focus depth as narrow as ± 0.7 μm. Further, even in a shot area without a scribe line, a small step exists in an area where a circuit pattern is exposed, and this also has a great effect on focus detection.
[0008]
The present invention has been made in view of such a problem, and it is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus and method capable of always performing highly accurate focus detection even when unevenness is present in a shot area. And
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. To solve the above problems, the device of the present invention is:A projection optical system (PL) for forming and projecting an image of the circuit pattern formed on the mask (R) onto the substrate (W), an optical axis direction of the projection optical system (PL) holding the substrate (W), And a stage (ST) movable in a direction substantially perpendicular to the optical axis, the projection exposure apparatus comprising: a projection exposure apparatus that projects an image (SP) of a focus detection pattern onto a substrate; Focus detection means (15 to 21) for outputting a detection signal in accordance with the deviation of the image plane of the projection optical system from the surface of the substrate in the optical axis direction of the projection optical system by photoelectrically detecting Control means (WSC) for controlling the position of the stage in the direction of the optical axis on the basis of the reference pattern, a reference pattern (30x, 30y) arranged on a part of the stage, and relative scanning of the reference pattern and the image of the focus detection pattern. From the focus detection means when Pattern position detecting means (103, MCS) for detecting a position in a plane substantially perpendicular to the optical axis of the image of the focus detection pattern based on a change in the detected signal to be detected. .
[0010]
here,Based on the detection result of the pattern position detecting means, whether or not the amount of positional deviation between the image forming position of the focus detection pattern and a predetermined set position in a plane substantially perpendicular to the optical axis is within a predetermined allowable range It is preferable to have a display means (CRT) for displaying the information. Thus, the operator can confirm the state of the positional shift of the image of the focus detection pattern. A focus detecting means for moving the position of the image of the focus detecting pattern to a predetermined set position in a plane substantially perpendicular to the optical axis based on a detection signal of the pattern position detecting means; It is preferable to further have Thus, an image of the focus detection pattern is always projected on a predetermined measurement point (for example, the center point of the shot area) in the shot area. Further, the moving means is configured to dispose the first optical member (16) for shifting the position of the image of the focus detection pattern in a plane substantially perpendicular to the optical axis, and to dispose the image of the focus detection pattern at the set position. And a first driving unit (18a) for driving the first optical member. Thus, the projection position of the image of the focus detection pattern can be automatically adjusted. The focus detecting means includes a second optical member (20) for changing the position of the reflected light on a photoelectric detector (21) for photoelectrically detecting the reflected light, and a second drive for driving the second optical member. Means (18b). Preferably, the set position is a projection position of the reference point on the mask by the projection optical system. Also, a reference point on the mask, or a mask mark (RMx, RMy) formed in a fixed positional relationship with the reference point, a mask measurement pattern (31x, 31y) arranged on a part of the stage, and a mask mark It is preferable to further include a mask position detecting means (6) for detecting the projection position of the reference point on the mask by the projection optical system by detecting the mask point and the mask measurement pattern via the projection optical system. Further, it is preferable that the reference pattern fulfills the function of the mask measurement pattern. Further, it is preferable that the focus detection means projects a plurality of images of the focus detection pattern on the substrate. Further, it is preferable to further include a stage control means (MCS) for controlling a position in a plane substantially perpendicular to the optical axis of the stage during the exposure processing based on a detection signal of the pattern position detection means. Further, it is preferable to further include a correction unit (MCS) that corrects the detection result of the focus detection unit based on the detection signal of the pattern position detection unit and the unevenness information on the substrate.
[0011]
Further, the projection exposure method according to the present invention,When exposing the image of the circuit pattern formed on the mask (R) onto the substrate (W) mounted on the stage (ST) via the projection optical system (PL), the focus detection pattern By projecting the image (SP) and photoelectrically detecting the reflected light from the substrate, a detection signal corresponding to a deviation between the imaging plane of the projection optical system and the surface of the substrate in the optical axis direction of the projection optical system is obtained. A projection exposure method for arranging a surface of a substrate on an image plane based on the detection signal, wherein a focus detection pattern is formed on a reference pattern (30x, 30y) of a predetermined shape arranged on a stage (ST). The position of forming the image of the focus detection pattern in a plane substantially perpendicular to the optical axis is detected by photoelectrically detecting the irradiation light when the image is irradiated.
[0012]
[Action]
The present invention performs relative scanning between a pattern image (SP) projected on a substrate by a focus detection system and a reference pattern having two regions having different reflectivities, so that the pattern image (SP) is displayed on a stationary coordinate system. Is obtained. Then, a displacement from the position of the optical axis (AX) of the projection optical system is determined. Based on this displacement, the moving means moves at least one of the slit image and the substrate to make the measurement point on the substrate coincide with the slit image formation position. Thus, the focus detection system can always perform focus detection by irradiating a slit image to a predetermined measurement point (for example, the center point of a shot area) on the substrate (wafer).
[0013]
【Example】
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention and a focus detection system incorporated therein. This will be described below with reference to FIG.
Illumination light for exposure (g-line or i-line from a mercury lamp, or ultraviolet pulsed light from an excimer laser light source) IL passes through a fly-eye lens FL and then passes through a condenser lens CL and a mirror M to form a pattern on a reticle R. The area PA is irradiated with uniform illuminance. The illumination light IL that has passed through the pattern area PA reaches a wafer W mounted on the wafer stage ST via a projection optical system (in FIG. 1, both sides are telecentric, but may be one side telecentric) PL. The wafer stage ST includes an XY stage ST1 and a Z stage ST2. The XY stage ST1 can be moved in the direction (XY direction) perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL by the XY drive system 1, and the Z stage ST2 can be moved by the Z drive system 2 to the optical axis AX of the projection optical system PL. It is movable in the direction (Z-axis direction). The position (XY coordinate values) of the XY stage ST1 is sequentially measured by the stage interferometer 3. The position (Z coordinate value) of the Z stage ST2 in the Z axis direction is obtained by an encoder provided in the Z stage drive system 2. The wafer stage controller WSC is connected to the XY drive system 1 and the Z drive system 2 based on the XY coordinate values from the stage interferometer 3, the Z coordinate values from the Z drive system 2, and commands from the main control system MCS. The movement and positioning of the XY stage ST1 and the Z stage ST2 are controlled.
[0014]
Reticle R is held by reticle holder RH, and reticle holder RH is provided on reticle stage RST. The reticle stage RST is movable in the X and Y directions by a reticle drive system 4, and the coordinate values of the reticle R are sequentially measured by a reticle interferometer 5. The reticle stage controller RSC controls the movement and positioning of the reticle stage RST via the reticle drive system 4 based on the coordinate values from the reticle interferometer 5 and commands from the main control system MCS.
[0015]
Here, FIG. 2 shows the reticle R viewed from the mirror M side (upper side in FIG. 1). A circuit pattern for manufacturing a semiconductor element is formed in a circuit pattern area PA inside the reticle R. The pattern area PA is substantially square, and alignment marks RMx and RMy are provided adjacent to the pattern area PA outside two sides (outside the pattern area) adjacent to the square. The alignment mark RMx has a rectangular mark extending in the X direction, and the alignment mark RMy has a rectangular mark extending in the Y direction. Openings are provided on both sides of each mark (in a direction perpendicular to the longitudinal direction of each mark). The center point RC of the reticle R (the center point of the pattern area) exists on an extension of the center line in the longitudinal direction of each mark. The alignment marks RMx and RMy are used when measuring the position of the reticle R, which will be described later in detail.
[0016]
Further, as shown in FIG. 2, reticle R is provided with reticle marks RMa and RMb adjacent to two opposing sides (two sides parallel to the Y direction in FIG. 2) of the outer periphery (square) of reticle R. The reticle marks RMa and RMb each have a cross-shaped mark portion extending in the X direction and the Y direction, and the center points MCa and MCb of the respective mark portions extend in the Y direction through the center point RC of the reticle R. Each exists on a straight line. The reticle marks RMa and RMb are read by a reticle alignment system described later when positioning the reticle R at a predetermined position.
[0017]
In FIG. 1, a reticle alignment system (6, 7) including a mark detection system 6 and a mirror 7 is provided above the reticle R. The reticle alignment system (6, 7) detects the reticle mark RMb shown in FIG. Further, the projection exposure apparatus of the present embodiment has the same configuration as the reticle alignment system (6, 7), and is provided with an alignment system for detecting the reticle mark RMa (not shown). The reticle alignment system (6, 7) irradiates a laser beam such as a He-Ne laser onto the reticle mark RMb, and detects the reflected light. The main control system MCS controls the position of the reticle R via the reticle stage controller RSC so that the image of the reticle mark RMb matches the index in the mark detection system 6. Reticle mark RMa is similarly detected by an alignment system (not shown), and reticle R is positioned by these reticle alignment systems such that center point RC coincides with optical axis AX.
[0018]
Further, a reference plate FM is provided on stage ST (Z stage ST2 in FIG. 1). The surface of the reference plate FM and the surface of the wafer W are substantially in the same plane. FIG. 3 shows a view of the reference plate FM viewed from the projection optical system PL side (upper side in FIG. 1). In FIG. 3, rectangular patterns (fiducial marks) 30x and 30y having the X direction and the Y direction as longitudinal directions on the reference plate FM, light-transmitting light-emitting marks 31x and 31y, and baseline measurement described later. Marks 32x and 32y are formed. The fiducial mark 30x includes a high reflection area 30xa and a low reflection area 30xb. The fiducial mark 30y also includes a high reflection area 30ya and a low reflection area 30yb. These marks 30x, 30y, 31x, 31y, 32x, and 32y are respectively arranged at predetermined positions on the reference plate FM, and the main control system MCS determines the distance between the marks (the center of each mark). (Interval between points) is stored in advance.
[0019]
Next, with respect to the reference plate FM, an illumination system for irradiating light to the light-emitting marks 31x and 31y provided on the reference plate FM from the side opposite to the projection optical system PL (lower side in FIG. 1), A light receiving system for receiving the light transmitted through 31y will be described with reference to FIG. This detection system (hereinafter referred to as “ISS system”) is for measuring the position of the reticle R.
[0020]
In FIG. 1, a light source 8 generates an illumination light IE having a wavelength equal to or near the wavelength of the illumination light IL for exposure. The illumination light IE is sent to the inside of the stage ST (below the reference plate FM) via the lens 9 and the fiber 10. The illumination light IE emitted from the fiber 10 is condensed by the lens 11 and irradiates the light-emitting marks 31x and 31y from below through the mirror 12. The images of the light emitting marks 31x and 31y are formed on the alignment marks RMy provided on the reticle R. At this time, the main control system MCS relatively scans the alignment mark RMy and the light emitting mark 31y by scanning the wafer stage WS in the Y direction. The light transmitted through the alignment mark RMy is received by the photoelectric detector 14 via the mirror M, the condenser lens CL, the beam splitter 13, and the like. FIG. 4A shows a state in which an image 31y ′ of the light emitting mark 31y formed on the pattern surface of the reticle R scans the alignment mark RMy, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing a change in a photoelectric signal obtained. In FIG. 4B, the vertical axis represents the signal level, and the horizontal axis represents the coordinate value in the Y direction of the stage obtained from the stage interferometer 3. Here, when the mark image 31y 'overlaps the mark portion of the alignment mark RMy, the photoelectric detector 14 hardly receives the illumination light IE, so that the level of the photoelectric signal is at the bottom. The signal processing device 101 receives the signal S from the stage interferometer 3₂, The center position Yrm of the bottom is detected.
[0021]
Similarly, the main control system MCS scans the image of the light emitting mark 31x formed on the pattern surface of the reticle R on the alignment mark RMx. Then, the signal processing device 101 detects the position Xrm at which the detection signal obtained from the photoelectric detector 14 becomes the bottom at this time. Then, the main control system MCS inputs these measured values (Xrm, Yrm) from the signal processing device 101.
[0022]
Since the main control system MCS previously stores the positional relationship between the alignment marks RMx and RMy and the center point RC of the reticle R, the center point RC of the reticle R is determined based on the two measured values (Xrm and Yrm). Can be detected.
Returning to FIG. 1 again, the configuration of the focus detection system incorporated in the present apparatus will be described.
[0023]
The light projector 15 emits light (for example, infrared light) having a wavelength that does not expose the photosensitive agent applied to the wafer W. Since a light transmitting slit plate is provided in the light projector 15, light transmitted through the slit plate is emitted from the light projector 15. Then, this light passes through a parallel flat glass (plane parallel glass) 16 and a condenser lens 17 and is irradiated onto the wafer W as a slit image SP. The center point of the slit image SP is located at a point where the optical axis AX of the projection optical system PL and the surface of the wafer W intersect as shown in FIG. In FIG. 1, the wafer surface is arranged on the imaging plane of the projection optical system PL. Further, the parallel flat glass 16 is arranged near the slit plate for transmitting light. Further, the parallel flat glass 16 has a rotation axis in a direction (Y direction) perpendicular to the paper surface of FIG. 1 and a direction parallel to the paper surface, and can rotate a small amount around these rotation axes. The drive unit 18a rotates the parallel flat glass 16 around each rotation axis within a predetermined angle range. Due to this rotation, the image forming position of the slit image SP is displaced in a direction substantially parallel to the surface of the wafer W (XY directions).
[0024]
The light beam (reflected light) reflected by the wafer W passes through the lens 19 and the parallel flat glass 20 and is received by the light receiver 21. The light receiving device 21 is provided with a slit plate for receiving light, and photoelectrically detects light passing through the slit plate for receiving light. The parallel flat glass 20 also has a rotation axis in the Y direction, and is rotated within a predetermined angle range by the driving unit 18b. When the parallel flat glass 20 rotates, the light receiving position of the reflected light by the light receiver 21 changes. The displacement direction of the light receiving position of the reflected light is the same as the direction in which the light receiving position of the reflected light is displaced when the wafer W moves in the Z-axis direction. The detection signal Sa from the light receiver 21 is output to the signal processing device 103. The signal processing device 103 detects a deviation amount in the optical axis AX direction between the surface of the wafer W and a reference surface defined by the focus detection system. This deviation amount is output to the main control system MCS. In the present embodiment, the reference plane of the focus detection system is set in advance so as to coincide with the imaging plane of the projection optical system PL.
[0025]
The apparatus further includes an off-axis alignment system for detecting a mark on the wafer W. The detailed configuration of this alignment system is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-171125, and will be described briefly here.
In FIG. 1, the optical axis 1 of the alignment optical system 22 is separated from the optical axis AX of the projection optical system PL by a distance L in the X-axis direction. Then, the alignment optical system 22 irradiates the wafer W with light having a broad wavelength distribution having a certain bandwidth as illumination light. The detection center P of the alignment optical system 22 on the wafer W₂Is determined so as to coincide with the measurement axis of the stage interferometer 3.
[0026]
Now, the reflected light from the mark on the wafer W enters the alignment optical system 22 again, and the image of the mark is formed on the lower surface of the index plate provided in the alignment optical system 22. As shown in FIG. 5A, this index plate has linear index marks 40a, 40b, 40c, and 40d extending in the X and Y directions in a rectangular transparent window. Then, the image of the mark on the wafer W is formed on the imaging surface of the imaging tube 23 together with the images of the index marks 40a to 40d formed on the index plate. FIG. 5B shows how the mark WMx on the wafer W is detected by the image pickup tube 23. The main control system MCS controls the XY drive system 1 to position the wafer W such that the image WMx 'of the mark WMx on the wafer W is located between the index marks 40a and 40b. At this time, the center position Xc of the mark image WMx 'with respect to the center position Xc of the index marks 40a and 40b in the X direction.₃Is shifted in the X direction by Δx. This deviation amount Δx is a so-called alignment error. When these marks 40a, 40b and WMx 'are located in a predetermined scanning area, the image signal by the scanning line SL has a waveform as shown in FIG. In FIG. 5C, the vertical axis represents the magnitude (level) I of the signal, and the horizontal axis represents the position (X) in the scanning line SL direction. Since the index marks 40a and 40b are illuminated by the reflected light from the wafer W, the level I is at the position X₁, X₂And bottom. Further, the mark WMx on the wafer W generates scattered light due to two step edges extending in parallel in a direction orthogonal to the scanning line SL, so that the level I of the mark image WMx 'is at the position E₁, E₂And the bottom. The signal processing device 102 has a position X₁And X₂Position Xc is detected as the midpoint between₁And E₂Position X as the midpoint of₃Is detected. Therefore, the alignment error Δx is expressed by the following equation.
[0027]
(Equation 1)
Δx = (X₁+ X₂) / 2- (E₁+ E₂) / 2 ... (1)
Then, if the stage ST is moved from the current position by -Δx in the X direction, the alignment has been achieved. The mark WMy on the wafer W can be detected in the same manner as described above.
[0028]
Further, in the present embodiment, a display device CRT is provided, and for example, various measurement results of the present device are displayed on a screen to notify an operator of the measurement results. Further, the operator can input the conditions of the exposure operation and the like to the main control system MCS from the display device CRT. 1, the main control system MCS sends a control signal S to a wafer stage controller WSC or a reticle stage controller RSC based on signals from the signal processing devices 101 to 103.₁Is output, and overall control of the entire apparatus is performed.
[0029]
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In this embodiment, the reticle R is positioned by the reticle alignment system or the ISS system described above so that the center point RC and the optical axis (AX) coincide.
First, when the wafer W is transferred onto the stage ST in step 110, the main control system MCS moves the stage ST so that the slit image SP is irradiated on a portion of the reference plate FM where no mark is formed, Focus detection is performed (step 120). Next, in step 130, the coordinate position of the slit image SP is obtained. The main control system MCS controls the wafer stage controller WSC to move the stage ST in the X direction, and places a rectangular fiducial mark 30x extending in the X direction on the slit image SP as shown in FIG. To scan. FIG. 6A shows a state in which the slit image SP is scanned with the fiducial mark 30x fixed for convenience. FIG. 6B is a diagram showing a photoelectric signal obtained by the light receiver 21 at this time. In FIG. 6B, the vertical axis represents the level (voltage value) of the photoelectric signal, and the horizontal axis represents the coordinate value in the X direction of the stage obtained from the stage interferometer 3. The level when the entire slit image SP is irradiated on the high reflection area 30xa of the fiducial mark 30x is Sh, and the level when the entire reflection image 30xb is irradiated on the low reflection area 30xb is Sl. A point at which the signal level starts to decrease from Sh to Sl is HP, and a point at which the signal level reaches Sl is LP. The signal processing circuit 103 measures the center point Xsp between the X coordinate value Xh at the point HP and the X coordinate value Xl at the point LP based on the position information from the stage interferometer 3. This point Xsp is an X coordinate value when the center point of the slit image SP passes through the boundary between the high reflection area 30xa and the low reflection area 30xb.
[0030]
Similarly, the main control system MCS controls the wafer stage controller WSC to relatively scan the slit image SP and the fiducial mark 30y. Then, the signal processing device 103 measures the Y coordinate value Ysp when the center point of the slit image SP passes through the boundary between the high reflection area 30ya and the low reflection area 30yb. The main control system MCS determines the position (σx, σy) of the slit image SP on the XY coordinate system with the optical axis AX as the origin (0, 0) based on these measurement values (Xsp, Ysp).
[0031]
Next, in step 140, the main control system MCS displays the displacement of the slit image SP from the optical axis AX on the display device CRT. FIG. 7 is a diagram showing an example of the display screen. The setting position of the slit image SP is the position (0, 0) of the optical axis AX, and this setting position is the center point in the frame shown in FIG. The position of the slit image SP with respect to this set position is indicated by “A” on the map. The inner square frame in FIG. 7 indicates the allowable range of the positional deviation from the set position of the slit image SP, and when located outside this frame, the position of the slit image SP needs to be adjusted. This allowable range can be freely set by the operator. The operator determines whether or not to adjust the position of the slit image SP according to the state of the position shift of the slit image SP displayed on the display device CRT (step 150). Then, the operator sends a command for adjusting the position of the slit image SP to the main control system MCS via the display device CRT. Based on this command, the main control system MCS adjusts the rotation angle of the parallel flat glass 16 via the drive unit 18a, adjusts the position of the slit image SP, and matches it with the set position (step 160).
[0032]
Here, the main control system MCS may automatically determine whether to adjust the position of the slit image SP. Further, the position adjustment of the slit image SP may be manually performed by the operator, or may be automatically performed by the main control system MCS when the position shift is equal to or more than the allowable range.
When the position adjustment of the slit image SP is completed, an exposure step for exposing the reticle pattern to each shot area is started. First, the first shot area to be exposed is arranged below the projection optical system PL, and the focus of the shot area is detected (step 170). Then, after arranging the shot area on the image forming plane of the projection optical system PL, the pattern of the reticle R is overlaid on the shot area and exposed (step 180). Then, steps 170 and 180 are repeatedly performed until the exposure of all the shot areas on the wafer W is completed (step 190).
[0033]
By performing the above operation, when performing focus detection of each shot area, the slit image SP is always formed at the center position of each shot area, so that stable and highly accurate focus detection is always performed regardless of unevenness in the shot area. It becomes possible.
In the present embodiment, the focus detection system that irradiates one slit image SP onto the wafer W and measures one focus position in the shot area has been described. However, the present invention can be similarly applied to a focus detection system for detecting focus at a plurality of points in a shot area on a wafer as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-190423. The main control system MCS measures the coordinate position of each slit image (for example, 5) and measures the amount of deviation from the set position of each slit image by the same operation as in the first embodiment. An example of a screen display by the display device CRT at this time is shown in FIGS. FIG. 8A shows the actual position of each measurement point (A, B, C, D, E) in any direction from a predetermined set position, similarly to the display screen shown in FIG. FIG. 9 is a diagram showing whether or not there is a shift, and an operator can easily know whether or not the shift amount of each slit image is within a predetermined allowable range. FIG. 8B is a view showing a display screen showing the positional relationship between each of the designed measurement points in the shot area and the actual measurement points. With such a display method, it is possible to know at which position in the shot area each measurement point exists. In FIG. 8B, when the shift amount is within a predetermined allowable range, it is indicated by an alphabet with a circle, so that it is possible to know which slit image position needs to be adjusted. .
[0034]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The apparatus used in this embodiment is exactly the same as the first embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in that the position of the slit image is adjusted in consideration of the displacement of the reticle R.
The main control system MCS detects the position ([sigma] x, [sigma] y) of the slit image SP on the XY coordinate system by the same operation (steps 110 to 130) as in the first embodiment. Next, as described in the first embodiment, the alignment marks RMx and RMy are detected using the light emitting marks 31x and 31y, and the projection position (Rx, Ry) of the center point of the reticle R by the projection optical system PL is detected. Is obtained (step 135). FIG. 9 is a diagram showing the positional relationship between the slit image SP, the optical axis AX, and the center point RC of the reticle R projected by the projection optical system PL (center point of the shot area) RC 'on the wafer W. When performing the overlay exposure, each shot area is arranged such that its center point coincides with the projected position of the center point of the reticle R. That is, if the projection position of the center point of the reticle is shifted from the optical axis AX, the center point of the shot area is naturally also shifted from the optical axis AX. Therefore, even if the slit image of the focus detection system is on the optical axis AX, it does not always illuminate the center point of the shot area. Therefore, the main control system MCS determines the position of the slit image SP and the center of the shot area based on the coordinate values (σx, σy) of the slit image SP detected previously and the coordinate values (Rx, Ry) of the point RC ′. The amount of displacement (ΔX, ΔY) from the position of the point RC ′ is measured (Rx−σx, Ry−σy). Then, the display device CRT displays the formation position of the slit image as shown in FIG. 7, similarly to the first embodiment, based on the projection position of the center point of the reticle R (step 140). Then, the center point of the slit image SP and the center point RC 'of the shot area are made to coincide with each other by the same operation as the operation after step 150 in the first embodiment. Thus, a slit image can always be formed at the center point of each shot area.
[0035]
Further, the fiducial marks 30x and 30y for detecting the position of the slit image are not limited to the above-described first and second embodiments, but may be marks as described below. Another example of the fiducial mark will be described with reference to FIGS. 10 (a) and 10 (b).
As shown in FIG. 10A, the reflectivity of the fiducial mark 30 is different between a mark portion 30a of a low reflection region made of, for example, quartz or the like and a peripheral portion 30b of a high reflection region coated with a chromium layer. It consists of two areas. The fiducial mark 30 is formed on the reference plate FM shown in FIG. The main control system MCS relatively scans the slit image SP and the fiducial mark 30 by moving the wafer stage ST in the X direction. FIG. 10A shows a state where the slit image SP is scanned with the fiducial mark 30 fixed for convenience. FIG. 10B shows the level of the photoelectric signal obtained by the light receiver 21 at that time. Here, the level of the photoelectric signal when the slit image SP scans the peripheral portion 30b is Sh, and the level of the photoelectric signal when the slit image SP scans the mark portion 30a is Sl. Then, as shown in FIG. 10B, the point at which the signal level decreases from Sh to Sl is denoted by A.₁, Sl when the point is A₂, The point at which the level increases from Sl to Sh₃, And point when it reaches Sh again is A₄And The photoelectric signal from the light receiver 21 is output to the signal processing device 103, and the signal processing device 103₁And A₂X-coordinate value Xsa of the middle point of₃And A₄And the center of each of the X coordinate values Xsa and Xsb is measured as the X coordinate position Xsc of the slit image SP. Similarly, by relatively scanning the slit image SP and the fiducial mark 30 in the Y direction, the processing device 103 measures the Y coordinate value Ysp of the slit image SP. These coordinate signals are output to the main control system MCS. Then, the main control system MCS determines the position (σx, σy) of the slit image SP in the XY coordinate system based on these coordinate signals.
As described above, the position of the slit image SP is determined by the change in the photoelectric signal from the light receiver 21 when the slit image SP and the fiducial mark having two regions having different reflectivities are relatively scanned. Detect based on Further, the algorithm for calculating the XY coordinate values of the slit image SP is not limited to the above embodiment. In the above-described first and second embodiments, the fiducial mark is scanned with respect to the slit image SP by moving the stage ST in the X direction and the Y direction. Then, the slit image SP may be scanned with respect to the fiducial mark. At this time, the main control system MCS makes the central point of the fiducial mark coincide with the projection position of the optical axis AX or the central point of the reticle R. Then, the rotation angle of the parallel flat glass when the center point of the slit image passes through the center point of the fiducial mark is measured. Thereafter, if the rotation angle is adjusted to this angle, the slit image becomes the optical axis AX or the center point of the reticle R. It is formed at the projection position. By irradiating light from below the fiducial marks 30x and 30y, the light emitting marks 31x, 31The function of y may be performed.
[0037]
Further, in the above-described second embodiment, the position of the slit image SP is adjusted, but the reticle R may be moved so that the projection position of the center point of the reticle R is adjusted to the position of the slit image SP. However, when the reticle R is moved, the distance (baseline amount) between the alignment position of the shot area on the wafer W and the exposure position of the shot area changes. Therefore, when the reticle R is moved, it is necessary to measure this baseline amount. Therefore, the main control system MCS determines a position (X coordinate value) Xb at which the light emitting mark 31x on the stage ST and the alignment mark RMx on the reticle R overlap.₁Is stored. Next, the main control system MCS is a position (X coordinate value) Xb at which the baseline measurement mark 32x provided on the reference plate FM is detected by the off-axis type alignment system (22, 23).₂Is stored. Assuming that the shift amount between the light emitting mark 31x and the mark 32x in the X direction is ΔXb, the main control system MCS determines (Xb₁-Xb₂−ΔXb) is calculated and stored. Similarly, the base line amount in the Y direction is obtained. When the reticle R is moved in this manner, the baseline check may be performed as described above each time.
[0038]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. This embodiment also uses the apparatus described in the first embodiment. This embodiment uses a deviation amount (ΔX, ΔY) between the position of the slit image SP measured in the previous second embodiment and the position of the center point RC ′ of the shot area, and a typical alignment method. It is. In the present embodiment, an enhancement global alignment (EGA) method is used, which achieves both high throughput and high alignment accuracy. The details of the EGA method are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429, and will be briefly described here.
[0039]
In the EGA method, the positions of the marks MYn and MXn of a plurality (3 to 9) of shot areas Sn on the wafer W are measured, and a running coordinate system of the stage ST of the wafer W, that is, a stage interferometer is measured based on the measured values. , The orthogonality w of the shot arrangement (or the movement of the stage ST) on the wafer, the scaling errors Rx, Ry due to the linear minute expansion and contraction of the wafer, and the X of the wafer. , Y, the parameters relating to each of the offset errors Ox and Oy are obtained by least squares approximation. Then, the shot array coordinates in design are converted into actual shot array coordinates with these parameters as intervening steps, and a stepping position at the time of exposure is obtained.
[0040]
In the present embodiment, eight shot areas S on the wafer W are used as sample alignment shot areas.₁~ S₈Shall be provided. And each sample shot S₁~ S₈Are formed marks MXn and MYn (n is 1 to 8) obtained by projecting the alignment marks RMx and RMy shown in FIG. Each sample shot S₁~ S₈Is set to RCn (n is 1 to 8). As shown in FIG. 5B, the main control system MCS has the above-described eight sample shots S.₁~ S₈The stage drive system 1 is controlled so that the off-axis type alignment system (22, 23) detects each of the marks MXn, MYn. The main control system MCS detects an alignment mark of each sample shot and obtains a stepping position (Xn, Yn) at the time of exposure.
[0041]
The main control system MCS performs focus detection by the focus detection system shown in FIG. 1 before positioning the stage ST at the stepping position (Xn, Yn). At this time, the coordinate value of the slit image SP is shifted from the center point RC 'of the shot by ([Delta] X, [Delta] Y) in the XY directions as shown in FIG. This is obtained by the operation described in the second embodiment. Accordingly, the main control system MCS positions the stage ST at a position where the coordinate values (Xn + ΔX, Yn + ΔY) are obtained, performs focus detection, and positions the wafer surface on the imaging plane of the projection optical system PL. Then, exposure is performed by positioning the stage ST at the stepping position (Xn, Yn).
According to the above sequence, the focus can be detected by always irradiating the slit image SP to the center point RC 'in the shot area. Further, even when the parallel flat glass 16 shown in FIG. 1 is not provided, that is, when the position of the slit image cannot be adjusted, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained by this embodiment. By the way, in each of the three embodiments described above, at the time of focus detection, the slit image SP, the reticle R, or the wafer W is moved so that the slit image SP is formed at the center point RC 'of each shot area. It is not necessary to form the slit image SP at the center point RC 'of the shot area. For example, if the main control system MCS previously stores information on the height position (irregularity) at an arbitrary position in each shot area, the center point RC 'ToWhat is necessary is just to correct the detection result by the focus detection system according to the shift amount between the height position at the point and the height position at the point where the slit image is formed. Thus, focus detection can be performed at an arbitrary position in the shot area.
[0043]
Further, the slit image SP may be projected not on the center point RC 'of the shot area but on a portion at the same height position as the center point RC'. At this time, similarly to the above, the main control system MCS needs to previously store information on the height position (irregularity) at an arbitrary position in each shot area.
In the focus detection systems of the above-described embodiments, the center point RC ′ of the shot area is set in advance as the focus detection position. However, the setting of the focus detection position is not limited to the center point of the shot area. May be set at any position within
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the position of the pattern image (slit image) projected on the substrate can be detected with high accuracy, and therefore, the amount of deviation from a predetermined set position can be easily obtained. it can. Then, by moving the slit image or the substrate based on the positional shift amount, it is possible to always irradiate the slit image to a predetermined measurement point (for example, the center point of a shot area) on the substrate to perform focus detection. . Therefore, even if unevenness exists in the shot area, highly accurate focus detection can be always performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an arrangement of marks on a reticle R;
FIG. 3 is a diagram showing an arrangement of marks formed on a reference plate FM.
4A shows a state in which an image 31x ′ of a light emitting mark 31x formed on a pattern surface of a reticle R scans an alignment mark RMy, and FIG. 4B shows photoelectric detection at this time. FIG. 7 is a diagram showing a change in a photoelectric signal obtained from the device 14.
FIG. 5A is a diagram showing an index plate provided in an off-axis alignment system, and FIG. 5B is a diagram showing the off-axis alignment system detecting a mark WMx on a wafer W; FIG. 5C is a diagram showing a waveform of the image signal at that time.
FIG. 6A shows a state in which the fiducial mark 30x and the slit image SP are relatively scanned, and FIG. 6B shows a change in the photoelectric signal obtained by the light receiver 21 at this time. FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a display of a formation position of a slit image SP by a display device CRT.
FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating an example of display of the formation position of each slit image by the display device CRT when there are a plurality of slit images.
FIG. 9 is a diagram illustrating a positional relationship among a slit image SP, an optical axis AX, and a projection position RC ′ of a center position RC of the reticle R on the wafer W.
FIG. 10A shows a state in which a slit image SP and a fiducial mark 30 are relatively scanned, and FIG. 10B shows a change in a photoelectric signal obtained by the light receiver 21 at that time. It is.
FIG. 11 is a flowchart in the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a flowchart in the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
R: Reticle
PL ・・・ Projection optical system
W: Wafer
FM ・・・ Reference plate
MCS: Main control system
CRT ・・・ Display device
WSC ・・・ Wafer stage controller
RSC ・・・ Reticle stage controller
ST1 ... XY stage
ST2 ... Z stage
SP ・・・ Slit image
15 Floodlight
16, 20 ・・・ Parallel flat glass
18a, 18b... Drive unit
21 ... Receiver
101, 102, 103 ... signal processing device
30x, 30y ... fiducial mark

Claims

A projection optical system for forming and projecting an image of a circuit pattern formed on a mask onto a substrate; and an optical axis direction of the projection optical system holding the substrate and movable in a direction substantially perpendicular to the optical axis. A projection exposure apparatus having a stage,
By projecting an image of the focus detection pattern on the substrate, and photoelectrically detecting the reflected light from the substrate, the optical axis of the projection optical system between the imaging surface of the projection optical system and the surface of the substrate Focus detection means for outputting a detection signal according to the deviation in the direction,
Control means for controlling the position of the stage in the optical axis direction based on the detection signal,
A reference pattern arranged on a part of the stage,
A plane substantially perpendicular to the optical axis of the image of the focus detection pattern based on a change in the detection signal obtained from the focus detection means when the reference pattern and the image of the focus detection pattern are relatively scanned. And a pattern position detecting means for detecting a position in the inside of the projection exposure apparatus.

Based on the detection result of the pattern position detecting means, a positional deviation amount between a position at which the image of the focus detection pattern is formed and a predetermined set position in a plane substantially perpendicular to the optical axis is within a predetermined allowable range. 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising display means for displaying whether or not the projection exposure is performed.

The focus detecting means includes moving means for moving a position of the image of the focus detecting pattern to a predetermined set position in a plane substantially perpendicular to the optical axis based on a detection signal of the pattern position detecting means. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein:

The moving means is configured to shift a position of an image of the focus detection pattern in a plane substantially perpendicular to the optical axis, and to dispose the image of the focus detection pattern at the set position. The projection exposure apparatus according to claim 3, further comprising: a first driving unit that drives the first optical member.

A second optical member that changes a position of the reflected light on a photoelectric detector that photoelectrically detects the reflected light; and a second optical unit. 5. The projection exposure apparatus according to claim 4, further comprising a second driving unit that drives the material.

6. The projection exposure apparatus according to claim 2, wherein the set position is a projection position of a reference point on the mask by the projection optical system. 7.

A reference point on the mask, or a mask mark formed in a fixed positional relationship with the reference point,
A mask measurement pattern arranged on a part of the stage;
Mask position detecting means for detecting the projection position of the reference point on the mask by the projection optical system by detecting the mask mark and the mask measurement pattern via the projection optical system. The projection exposure apparatus according to claim 6, wherein:

The projection exposure apparatus according to claim 7, wherein the reference pattern fulfills a function of the mask measurement pattern.

9. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the focus detection unit projects a plurality of images of the focus detection pattern on the substrate. 10.

2. The apparatus according to claim 1, further comprising: a stage control unit that controls a position of the stage in a plane substantially perpendicular to the optical axis during the exposure processing based on a detection signal of the pattern position detection unit. Projection exposure equipment.

2. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising a correction unit configured to correct a detection result of the focus detection unit based on a detection signal of the pattern position detection unit and information of unevenness on the substrate. .

When exposing an image of a circuit pattern formed on a mask onto a substrate mounted on a stage via a projection optical system, an image of a focus detection pattern is projected on the substrate and light reflected from the substrate is projected. To obtain a detection signal corresponding to a deviation in the optical axis direction of the projection optical system between the imaging surface of the projection optical system and the surface of the substrate, and based on the detection signal, the surface of the substrate The imaging In the projection exposure method arranged on a surface,
By photoelectrically detecting irradiation light when irradiating the image of the focus detection pattern on a reference pattern of a predetermined shape arranged on the stage, the focus detection in a plane substantially perpendicular to the optical axis is performed. A projection exposure method characterized by detecting a position where a pattern image is formed.

Based on the detection result when the formation position of the image of the focus detection pattern is detected, the formation position of the image of the focus detection pattern is determined with respect to a predetermined set position in a plane substantially perpendicular to the optical axis. 13. The projection exposure method according to claim 12, wherein it is determined whether the distance is within the allowable range.

Moving the position of the image of the focus detection pattern to a predetermined set position in a plane substantially perpendicular to the optical axis based on a detection result when the formation position of the image of the focus detection pattern is detected. 14. The projection exposure method according to claim 12, wherein:

13. The apparatus according to claim 12, wherein a position of the stage in a plane substantially perpendicular to the optical axis during the exposure process is controlled based on a detection result obtained when a position where the image of the focus detection pattern is formed is detected. 4. The projection exposure method according to 1.

13. The method according to claim 12, wherein a detection signal corresponding to the deviation is corrected based on a detection result when detecting a position where the image of the focus detection pattern is formed and information on the unevenness on the substrate. Projection exposure method.