JPH1187228A - Aligner and method of exposure - Google Patents

Aligner and method of exposure

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JPH1187228A
JPH1187228A JP9250129A JP25012997A JPH1187228A JP H1187228 A JPH1187228 A JP H1187228A JP 9250129 A JP9250129 A JP 9250129A JP 25012997 A JP25012997 A JP 25012997A JP H1187228 A JPH1187228 A JP H1187228A
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JP
Japan
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wafer
substrate
stage
exposure
pattern
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JP9250129A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsuneo Miyai
恒夫 宮井
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aligner and the exposure method, which can remove alignment errors, even if a substrate and a substrate holder shrink during the exposure and can realize highly accurate exposure. SOLUTION: An aligner has a substrate holder 14, wherein each of a plurality of regions Wi on a substrate W is exposed in a pattern and mounts the substrate W, a substrate stage 13 which supports the substrate holder 14, a stage- position measuring device 21 which measures the position of the substrate stage 13, and a relative position measuring device 24 which measures the deviation in relative posiation of the substrate stage 13 and the substrate holder 14. Since the relative position measuring device 24 is provided, the relative position deviation of the substrate stage 13 and the substrate holder 14 can be measured. The position of the substrate stage 13 measured with the stage-position measuring device can be corrected by just this amount of deviation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マスク(レチク
ル)パターンを感光性基板上に投影露光するための露光
装置及び露光方法に関し、特に、半導体素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置及
び露光方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method for projecting and exposing a mask (reticle) pattern onto a photosensitive substrate, and more particularly, to an exposure apparatus and method used for manufacturing a semiconductor device or the like in a photolithography process. The present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のこの種の装置では、ウエハホルダ
が取り付けられているXYステージの位置を、干渉計に
よって検出して、その情報をもとに主制御装置からXY
ステージの位置制御を行って、ウエハの位置合わせを行
っていた。さらに特開平第4−96315号公報に開示
されているように、ステップアンドリピート方式でレチ
クルのパターンをウエハ上に順次転写している間に、ウ
エハやウエハホルダに吸収される照射エネルギーを測定
して、その熱によるウエハホルダ等の伸縮を計算して、
上記転写に先だって決定されるショット位置を補正する
ことが行われていた。
2. Description of the Related Art In a conventional apparatus of this type, the position of an XY stage on which a wafer holder is mounted is detected by an interferometer, and the XY control is performed by a main controller based on the information.
The position of the stage is controlled to align the wafer. Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-96315, the irradiation energy absorbed by the wafer or the wafer holder is measured while the reticle pattern is sequentially transferred onto the wafer by the step-and-repeat method. , Calculate the expansion and contraction of the wafer holder etc. due to the heat,
The shot position determined prior to the transfer is corrected.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の技
術によれば、XYステージ上に取り付けられているウエ
ハホルダが露光光の照射によって変形を起こすと、そこ
に吸着載置されているウエハにも影響を与える。しかし
ながら従来のウエハ上のパターン位置(ショット位置)
は、XYステージ上に取り付けられた参照用ミラーと干
渉計とによって測定されていた。この方法によると干渉
計はXYステージの位置については計測可能であるが、
XYステージ上に取り付けられているウエハホルダの変
形(膨張)即ちその変形によって生じるその上に載置さ
れているウエハの変形分については何も考慮されていな
い。したがって、ウエハホルダの変形分だけ、目標とし
ているステージ位置と実際に追い込まれたステージ位
置、即ちウエハ位置とに誤差が生じることになる。つま
り干渉計の出力をもとにステージを目標位置に位置決め
しても、ウエハホルダの膨張分の誤差が生じてしまい、
マスクのパターンに対するウエハ上の各領域(マスクパ
ターンが転写される領域)の位置合わせ精度が悪化して
いた。また、ウエハホルダ等に吸収される照射エネルギ
ーを測定してその熱によるウエハホルダ等の伸縮を計算
してショット位置を補正しても、計算値では現実の伸縮
に対する誤差を避けることができず、レチクルパターン
の投影像とウエハ上のショット領域とが正確に重ならな
いという問題があった。
According to the above prior art, when a wafer holder mounted on an XY stage is deformed by irradiation of exposure light, the wafer held by the wafer is attracted to the wafer holder. Also affect. However, the pattern position (shot position) on the conventional wafer
Was measured by a reference mirror and an interferometer mounted on an XY stage. According to this method, the interferometer can measure the position of the XY stage,
No consideration is given to the deformation (expansion) of the wafer holder mounted on the XY stage, that is, the deformation of the wafer mounted thereon caused by the deformation. Therefore, an error occurs between the target stage position and the actually driven stage position, that is, the wafer position, by the deformation of the wafer holder. In other words, even if the stage is positioned at the target position based on the output of the interferometer, an error corresponding to the expansion of the wafer holder occurs,
The alignment accuracy of each area on the wafer (the area where the mask pattern is transferred) with respect to the pattern of the mask has been deteriorated. Even if the shot position is corrected by measuring the irradiation energy absorbed by the wafer holder and calculating the expansion and contraction of the wafer holder and the like due to the heat, the calculated value cannot avoid an error with respect to the actual expansion and contraction. There is a problem that the projected image of the image does not exactly overlap with the shot area on the wafer.

【0004】そこで本発明は、露光中にウエハのような
基板やウエハ(基板)ホルダが伸縮しても、そのような
伸縮によるアライメント誤差を除去し、高精度な露光を
実現できる露光装置及び露光方法を提供することを目的
としている。
Accordingly, the present invention is directed to an exposure apparatus and an exposure apparatus capable of realizing high-precision exposure by removing an alignment error due to such expansion and contraction even when a substrate such as a wafer or a wafer (substrate) holder expands and contracts during exposure. It is intended to provide a way.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明による露光装置は、図1、図2
に示すように、基板W上の複数の領域Wiの各々をパタ
ーンで露光する露光装置10であって;前記基板Wを載
置する基板ホルダ14と;前記基板ホルダ14を支持す
る基板ステージ13と;前記基板ステージ13の位置を
計測するステージ位置計測装置21と;前記基板ステー
ジ13と前記基板ホルダ14との相対的位置ずれを計測
する相対位置計測装置24とを備える。
In order to achieve the above-mentioned object, an exposure apparatus according to the first aspect of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, an exposure apparatus 10 for exposing each of a plurality of regions Wi on a substrate W in a pattern; a substrate holder 14 on which the substrate W is placed; a substrate stage 13 for supporting the substrate holder 14; A stage position measuring device 21 for measuring the position of the substrate stage 13; and a relative position measuring device 24 for measuring a relative displacement between the substrate stage 13 and the substrate holder 14.

【0006】このように構成すると、相対位置計測装置
24を備えるので、基板ステージ13と基板ホルダ14
との相対的位置ずれを計測することができ、このずれ分
だけ、ステージ位置計測装置21で計測された基板ステ
ージ13の位置を補正することができる。
With this configuration, since the relative position measuring device 24 is provided, the substrate stage 13 and the substrate holder 14 are provided.
Can be measured, and the position of the substrate stage 13 measured by the stage position measuring device 21 can be corrected by the amount of the deviation.

【0007】この発明では、請求項2に記載のように、
前記相対位置計測装置が、少なくとも3カ所の相対的位
置ずれを計測するように構成されているのが望ましい。
In the present invention, as described in claim 2,
It is preferable that the relative position measuring device is configured to measure at least three relative positional deviations.

【0008】この場合、3カ所の相対的位置ずれを計測
するので、基板ステージ上の2次元情報を得ることがで
きる。
In this case, since three relative displacements are measured, two-dimensional information on the substrate stage can be obtained.

【0009】以上の発明では、請求項3に記載のよう
に、前記基板の露光中、前記ステージ位置計測装置及び
前記相対位置計測装置の計測値に基づいて、前記基板ス
テージの移動を制御する制御装置をさらに備えるように
してもよい。
In the above invention, the control for controlling the movement of the substrate stage based on the measurement values of the stage position measuring device and the relative position measuring device during the exposure of the substrate, according to a third aspect of the present invention. A device may be further provided.

【0010】請求項1または請求項2に記載の露光装置
では、請求項4に記載のように、前記基板上の複数のマ
ークをそれぞれ検出し、該複数のマークの各位置を計測
するアライメント装置と;該計測された位置に基づいて
前記複数の領域の各位置を検出するとともに、前記基板
の露光中、前記相対位置計測装置の計測値に基づいて、
前記検出された位置を補正し、該補正された位置にした
がって前記基板ステージの移動を制御する制御装置とを
さらに備えるようにしてもよい。
In the exposure apparatus according to the first or second aspect, as in the fourth aspect, the alignment apparatus detects a plurality of marks on the substrate and measures each position of the plurality of marks. And detecting each position of the plurality of regions based on the measured position, and during exposure of the substrate, based on a measurement value of the relative position measurement device,
The apparatus may further include a control device that corrects the detected position and controls the movement of the substrate stage according to the corrected position.

【0011】以上のように構成すると、制御装置を備え
るので、計測値に基づいて基板ステージの移動を制御す
ることができる。
With the above configuration, since the control device is provided, the movement of the substrate stage can be controlled based on the measured value.

【0012】請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の
露光装置では、請求項5に記載のように、前記パターン
の像を前記基板上に投影する投影光学系と;前記基板の
露光中、前記相対位置計測装置の計測値に基づいて、前
記パターン像の倍率と歪みとの少なくとも一方を調整す
る調整装置とを更に備えてもよい。
In the exposure apparatus according to any one of the first to fourth aspects, as in the fifth aspect, a projection optical system for projecting the image of the pattern onto the substrate; And an adjusting device for adjusting at least one of magnification and distortion of the pattern image based on a measurement value of the relative position measuring device.

【0013】このように構成すると、パターン像の倍率
と歪みのうち大きく変化している方を調整して、誤差を
所定値以下に抑えることができる。
[0013] With this configuration, an error can be suppressed to a predetermined value or less by adjusting one of the magnification and distortion of the pattern image that is largely changed.

【0014】請求項6に係る発明による露光方法は、図
1、図2及び図3に示すように、基板Wを保持する基板
ホルダ14が取り付けられる基板ステージ13を移動し
て、前記基板W上の複数の領域Wiの各々をマスク11
のパターンで露光する方法において;前記基板W上の複
数の領域Wiの各位置を検出する工程(S1)と;前記
露光中、前記基板ステージ13と前記基板ホルダ14と
の相対的位置ずれを計測し(S2)、該計測された相対
的位置ずれに基づいて前記検出された位置を補正する工
程(S3)とを含み;前記補正された位置にしたがって
前記基板ステージ13の移動を制御する(S4)ことを
特徴とする。
In the exposure method according to the present invention, as shown in FIGS. 1, 2 and 3, the substrate stage 13 on which the substrate holder 14 holding the substrate W is mounted is moved to Each of the plurality of regions Wi
A step of detecting each position of the plurality of regions Wi on the substrate W (S1); and measuring a relative displacement between the substrate stage 13 and the substrate holder 14 during the exposure. (S2) correcting the detected position based on the measured relative displacement (S3); and controlling the movement of the substrate stage 13 according to the corrected position (S4). ).

【0015】このようにすると、相対的位置ずれを計測
しその相対的位置ずれに基づいて、検出された基板W上
の領域Wiの位置を補正することができる。
In this way, the relative position shift can be measured, and the detected position of the region Wi on the substrate W can be corrected based on the relative position shift.

【0016】請求項7に記載の露光方法は、図1、図2
及び図3に示されるように、基板ステージ13に取り付
けられた基板ホルダ14上に載置される基板W上の複数
の領域Wiの各々をマスク11のパターンで露光する方
法において;前記複数の領域Wiの各位置を検出する工
程と;前記露光中、前記基板ホルダ14の変形量に基づ
いて前記検出された位置を補正する工程と;前記複数の
領域Wiの少なくとも1つを前記パターンで露光するた
めに、前記補正された位置に基づいて前記基板ステージ
13を移動する工程とを含む。
The exposure method according to claim 7 is applied to the method shown in FIGS.
And a method of exposing each of a plurality of regions Wi on a substrate W mounted on a substrate holder 14 mounted on a substrate stage 13 with a pattern of a mask 11, as shown in FIG. Detecting each position of Wi; correcting the detected position based on the amount of deformation of the substrate holder 14 during the exposure; exposing at least one of the plurality of regions Wi with the pattern. Moving the substrate stage 13 based on the corrected position.

【0017】このようにすると、検出された複数の領域
Wiの各位置を基板ホルダ14の変形量に基づいて補正
することができ、最初に露光される領域から別の領域に
露光領域を移すために基板ステージ13を移動する際
に、前記補正された位置に基づいて例えば経時的に生じ
る熱変形誤差等を補正して移動することができる。
In this manner, the positions of the plurality of detected areas Wi can be corrected based on the amount of deformation of the substrate holder 14, so that the exposure area can be moved from the first exposure area to another area. When the substrate stage 13 is moved, the substrate stage 13 can be moved after correcting, for example, a thermal deformation error that occurs with time based on the corrected position.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図1は、本発明による一
実施の形態である露光装置の概略側面図である。図2は
図1のA−A矢視(ウエハWの上方から見た)拡大平面
図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic side view of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged plan view taken along the line AA of FIG. 1 (as viewed from above the wafer W).

【0019】図中、本実施の形態では、基板(例えばウ
エハ、以下適宜「ウエハ」と呼ぶ)ホルダ14とウエハ
ホルダ14の取り付けられている基板ステージ(以下適
宜「XYステージ」とも呼ぶ)13との相対的な位置ず
れを計測してXYステージのXY方向位置制御にフィー
ドバックするための計測システム(ギャップセンサまた
は歪みゲージ)24を備える。
In the present embodiment, in the present embodiment, a substrate (for example, a wafer, hereinafter referred to as “wafer” as appropriate) holder 14 and a substrate stage (hereinafter also referred to as “XY stage” as appropriate) 13 to which the wafer holder 14 is attached are provided. A measurement system (gap sensor or strain gauge) 24 for measuring the relative displacement and feeding it back to the XY position control of the XY stage is provided.

【0020】このため、マスク(レチクル)11を用い
てステップアンドリピート方式(又はステップアンドス
キャン方式)でウエハWを露光している間に、ウエハW
へのレチクル11のパターンの転写(露光光の照射)に
よってウエハホルダ14、即ちウエハWが変形(膨張)
しても、その計測システム24の出力を用いることで、
干渉計21の出力に従って位置決めされるXYステージ
13上のウエハWの、所定の目標位置に対する位置ずれ
を補正することが可能となる。
For this reason, while the wafer W is exposed by the step-and-repeat method (or the step-and-scan method) using the mask (reticle) 11, the wafer W
The wafer holder 14, that is, the wafer W is deformed (expanded) by the transfer of the pattern of the reticle 11 to the wafer (irradiation of exposure light).
However, by using the output of the measurement system 24,
It is possible to correct the displacement of the wafer W on the XY stage 13 positioned according to the output of the interferometer 21 with respect to a predetermined target position.

【0021】具体的には、その計測システム24の出力
(ウエハホルダ14の変形量、又は変形率)に基づい
て、予め計測又は計算された、その目標位置に対してウ
エハWが正確に位置合わせされるときのXYステージ1
3の座標位置(目標値)を補正し、この補正された座標
位置と干渉計21の出力とに応じてXYステージ13を
移動する。これにより、ウエハホルダ14の熱膨張によ
ってウエハWが変形しても、その目標位置に対してウエ
ハWを正確に位置合わせ(アライメント)することがで
きる。
More specifically, based on the output of the measurement system 24 (the amount of deformation or the deformation rate of the wafer holder 14), the wafer W is accurately aligned with the target position measured or calculated in advance. XY stage 1
The XY stage 13 is moved according to the corrected coordinate position (target value) and the output of the interferometer 21. Thus, even if the wafer W is deformed due to the thermal expansion of the wafer holder 14, the wafer W can be accurately aligned (aligned) with the target position.

【0022】本実施例では、XYステージ13上のウエ
ハホルダ14とその近傍の所定部分との間隔を、計測シ
ステム24としてのギャップセンサでモニターし、この
ギャップセンサ24の出力を主制御系25に送り、この
主制御系25が位置合わせ情報(XYステージ13の位
置決め目標値)を補正する。
In this embodiment, the gap between the wafer holder 14 on the XY stage 13 and a predetermined portion in the vicinity thereof is monitored by a gap sensor as a measuring system 24, and the output of the gap sensor 24 is sent to the main control system 25. The main control system 25 corrects the positioning information (the positioning target value of the XY stage 13).

【0023】その結果、これまではXYステージ13の
位置合わせ情報のみによって、ウエハWの位置合わせを
行っていたのに対して、XYステージ13上に取り付け
られているウエハホルダ14の変形によるウエハWの位
置ずれまでを考慮に入れた構成にすることで、ウエハW
の重ね合わせ精度の向上を図ることが可能になる。
As a result, while the position of the wafer W has been adjusted only by the position information of the XY stage 13 in the past, the position of the wafer W due to the deformation of the wafer holder 14 mounted on the XY stage 13 has been changed. By adopting a configuration that takes into account even the positional deviation, the wafer W
Can be improved.

【0024】ここで、レチクル11とウエハWとを静止
させたまま、照明光学系15から射出される露光光(例
えば波長248nmのKrFエキシマレーザ、又は波長
193nmのArFエキシマレーザなど)でレチクル1
1を照射し、投影光学系12を介してレチクル11のパ
ターン像でウエハWを露光するステップアンドリピート
方式の縮小投影型露光装置、所謂ステッパーでは、前述
の目標位置はレチクル11のパターン像の投影位置であ
る。
Here, while the reticle 11 and the wafer W are kept still, the reticle 1 is exposed to exposure light (for example, a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm or an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm) emitted from the illumination optical system 15.
In a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus that irradiates the wafer W with a pattern image of the reticle 11 via the projection optical system 12, that is, a stepper, the above-described target position is the projection of the pattern image of the reticle 11. Position.

【0025】一方、レチクル11とウエハWとを同期移
動し、投影光学系12を介してレチクル11のパターン
像でウエハWを露光するステップアンドスキャン方式の
縮小投影型走査露光装置、所謂スキャニング・ステッパ
ーでは、前述の目標位置は走査露光のためのウエハWの
走査開始位置(加速開始位置)、あるいは露光開始位置
である。
On the other hand, a reticle 11 and a wafer W are synchronously moved, and a step-and-scan type reduction projection type scanning exposure apparatus for exposing the wafer W with a pattern image of the reticle 11 via a projection optical system 12, a so-called scanning stepper. The target position is a scanning start position (acceleration start position) of the wafer W for scanning exposure or an exposure start position.

【0026】なお、走査開始位置(加速開始位置)は、
投影光学系12の投影視野(イメージフィールド)の一
部、例えば円形投影視野内で光軸を中心とし、かつその
直径に沿って延びた矩形領域からウエハWの走査方向に
所定距離だけ離れて設定される。この所定距離は、XY
ステージ13の加速度、及び走査露光(同期移動)中の
ウエハWの速度などに応じて定められる。
The scanning start position (acceleration start position)
It is set at a predetermined distance in the scanning direction of the wafer W from a part of the projection field (image field) of the projection optical system 12, for example, a rectangular area extending along the diameter and centered on the optical axis in a circular projection field. Is done. This predetermined distance is XY
It is determined according to the acceleration of the stage 13, the speed of the wafer W during scanning exposure (synchronous movement), and the like.

【0027】また、投影視野内の矩形領域は、投影光学
系12に関して、照明光学系15内の視野絞り(レチク
ルブラインド)によって規定されるレチクル11上の照
明領域(露光光の照射領域)と共役であって、その照明
領域内の、レチクル11上のパターンの一部が投影され
る領域である。
The rectangular area in the projection visual field is conjugated with respect to the projection optical system 12 to an illumination area (exposure light irradiation area) on the reticle 11 defined by a field stop (reticle blind) in the illumination optical system 15. And is an area in the illumination area where a part of the pattern on the reticle 11 is projected.

【0028】以上のようにステッパー及びスキャニング
・ステッパーのいずれであっても、第1層目のレチクル
11のパターン像をウエハW上に順次転写するときは、
そのパターン像に対してウエハWを正確にアライメント
でき、それによりウエハW上に形成される複数のパター
ン像の配列精度(例えば直交度)の低下を防止できる。
また、ウエハW上に形成された複数のパターンの各々
に、第2層目以降のレチクルのパターン像を転写すると
きは、ウエハW上の各パターンに対してそのパターン像
を正確に重ね合わせることができる。
As described above, regardless of the stepper or the scanning stepper, when the pattern image of the reticle 11 of the first layer is sequentially transferred onto the wafer W,
The wafer W can be accurately aligned with the pattern image, thereby preventing a decrease in arrangement accuracy (for example, orthogonality) of a plurality of pattern images formed on the wafer W.
When transferring the pattern images of the second and subsequent layers of the reticle onto each of a plurality of patterns formed on the wafer W, the pattern images must be accurately superimposed on each pattern on the wafer W. Can be.

【0029】図1を参照して、本実施の形態の構成をさ
らに具体的に説明する。図1において、先ず3次元のX
YZ座標を設定する。垂直方向にZ軸、Z軸に直交する
平面内に、直交するX軸とY軸とをとる。図中紙面内の
上下方向にZ軸、紙面内の左右方向にX軸、紙面に垂直
な方向にY軸が取られている。
Referring to FIG. 1, the configuration of the present embodiment will be described more specifically. In FIG. 1, first, a three-dimensional X
Set the YZ coordinates. The X-axis and the Y-axis orthogonal to each other are set in a plane perpendicular to the Z axis and the Z axis in the vertical direction. In the figure, the Z axis is taken in the vertical direction in the paper plane, the X axis is taken in the horizontal direction in the paper plane, and the Y axis is taken in the direction perpendicular to the paper plane.

【0030】図1で、Z軸に平行な方向の光軸を有する
投影光学系12、その光軸方向上方に照明光学系15が
その光軸を投影光学系12の光軸とほぼ一致させて配置
されている。
In FIG. 1, a projection optical system 12 having an optical axis in a direction parallel to the Z axis, and an illumination optical system 15 above the direction of the optical axis substantially aligns the optical axis with the optical axis of the projection optical system 12. Are located.

【0031】照明光学系15は、オプティカルインテグ
レータ(フライアイレンズなど)、2次光源の大きさや
形状を規定する開口絞り、レチクル11上の照明領域を
規定する視野絞り(レチクルブラインド)、コンデンサ
ーレンズなどを有し、ウエハW上のフォトレジストを感
光させる紫外波長域の照明光、例えば波長248nmの
KrFエキシマレーザでレチクル11を照明する。両側
テレセントリックな投影光学系12は、光軸に沿って配
列される複数の光学素子(例えばレンズエレメント)を
有し、照明光で照射されるレチクル11のパターンの像
をウエハW上に縮小投影する。
The illumination optical system 15 includes an optical integrator (such as a fly-eye lens), an aperture stop that defines the size and shape of the secondary light source, a field stop (reticle blind) that defines an illumination area on the reticle 11, a condenser lens, and the like. The reticle 11 is illuminated with illumination light in an ultraviolet wavelength range for exposing the photoresist on the wafer W, for example, a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm. The double-sided telecentric projection optical system 12 has a plurality of optical elements (for example, lens elements) arranged along the optical axis, and reduces and projects the image of the pattern of the reticle 11 irradiated with the illumination light onto the wafer W. .

【0032】照明光学系15と投影光学系12との間に
は、マスク(レチクルであってもよく、以下適宜「レチ
クル」と呼ぶ)11を載置するレチクルステージ(不図
示)が置かれている。さらに投影光学系12に関して、
レチクルステージと反対の位置に基板(ウエハ)Wを吸
着して保持するウエハホルダ14が配置されており、ウ
エハホルダ14はその下(ウエハWに関して投影光学系
と反対側)にあるウエハステージ13に取り付けられて
いる。ここで、レチクル11のパターン面とウエハWの
露光面(例えばフォトレジストの表面)とは投影光学系
12に関して共役関係になるように構成されている。
Between the illumination optical system 15 and the projection optical system 12, a reticle stage (not shown) on which a mask (which may be a reticle, and is hereinafter appropriately referred to as a "reticle") 11 is placed. I have. Further, regarding the projection optical system 12,
A wafer holder 14 for adsorbing and holding a substrate (wafer) W is arranged at a position opposite to the reticle stage, and the wafer holder 14 is attached to a wafer stage 13 therebelow (the side opposite to the projection optical system with respect to the wafer W). ing. Here, the pattern surface of the reticle 11 and the exposure surface (for example, the surface of the photoresist) of the wafer W are configured to have a conjugate relationship with respect to the projection optical system 12.

【0033】XYステージ13のX軸とY軸方向には、
ステージ13のそれぞれの方向の位置座標を測定するス
テージ干渉計21が設置されている。一方露光装置本体
内、例えば投影光学系12に取り付けられた固定鏡22
と、XYステージ13の端部に取り付けられる移動鏡2
3とが用意されている。移動鏡23は、干渉計21から
のレーザービームを反射するためのY方向とX方向にそ
れぞれ延びた反射面を有し、X軸及びY軸用の2組の干
渉計21によって規定される直交座標系XYに対してX
Yステージ13と共に移動するので移動鏡と呼ぶ。
In the X-axis and Y-axis directions of the XY stage 13,
A stage interferometer 21 that measures the position coordinates of the stage 13 in each direction is provided. On the other hand, a fixed mirror 22 attached to the inside of the exposure apparatus main body, for example, the projection optical system 12
And the movable mirror 2 attached to the end of the XY stage 13
3 are prepared. The movable mirror 23 has reflecting surfaces extending in the Y direction and the X direction for reflecting the laser beam from the interferometer 21, and is orthogonally defined by two sets of interferometers 21 for the X axis and the Y axis. X to coordinate system XY
Since it moves together with the Y stage 13, it is called a movable mirror.

【0034】また、投影光学系12の少なくとも2つの
レンズエレメントはそれぞれ3つのピエゾ素子(不図
示)で支持され、投影光学系12の光軸に沿って移動可
能、及び傾斜可能に構成されている。駆動部26は、そ
の少なくとも2つのレンズエレメントを支持する複数の
ピエゾ素子に接続され、主制御系25の指令に従ってそ
の少なくとも2つのレンズエレメントを駆動する。これ
により、投影光学系12の投影倍率、及びディストーシ
ョン(歪曲収差)をそれぞれ独立に調整することが可能
となっている。
At least two lens elements of the projection optical system 12 are each supported by three piezo elements (not shown), and are configured to be movable and tiltable along the optical axis of the projection optical system 12. . The drive unit 26 is connected to a plurality of piezo elements that support the at least two lens elements, and drives the at least two lens elements according to a command from the main control system 25. Thus, the projection magnification and distortion (distortion) of the projection optical system 12 can be independently adjusted.

【0035】したがって、本実施例の投影露光装置(ス
テッパー)では、ウエハW上に形成されたパターンの大
きさや形状(歪み)に基づいて、投影光学系12の少な
くとも1つのレンズエレメントを移動してその投影倍率
とディストーションの少なくとも一方を調整すること
で、ウエハW上のパターンに対して第2層目以降のレチ
クル11のパターン像をその全面に渡って正確に重ね合
わせることができる。
Therefore, in the projection exposure apparatus (stepper) of this embodiment, at least one lens element of the projection optical system 12 is moved based on the size and shape (distortion) of the pattern formed on the wafer W. By adjusting at least one of the projection magnification and the distortion, the pattern image of the reticle 11 of the second layer or later on the pattern on the wafer W can be accurately superimposed over the entire surface.

【0036】また、第1層目用のレチクル11のパター
ン像をウエハW上に転写するときには、その転写によっ
て生じるウエハホルダ14の熱膨張、即ちウエハWの変
形量(又は変形率)を予め計測、又はシミュレーション
にて求めておき、そのデータに基づいて投影光学系12
の投影倍率とディストーションの少なくとも一方を調整
することで、露光中にウエハWが変形しても、ウエハW
上に形成される第1層目のパターンの倍率誤差や像歪み
を最小限に抑えることができる。
When the pattern image of the reticle 11 for the first layer is transferred onto the wafer W, the thermal expansion of the wafer holder 14 caused by the transfer, that is, the deformation amount (or deformation rate) of the wafer W is measured in advance. Alternatively, the projection optical system 12 may be obtained by simulation and based on the data.
By adjusting at least one of the projection magnification and distortion of the wafer W, even if the wafer W is deformed during the exposure, the wafer W
It is possible to minimize the magnification error and the image distortion of the pattern of the first layer formed thereon.

【0037】なお、投影光学系12の倍率調整のみを行
うだけでも、ウエハW上に形成される第1層目のパター
ンの歪み、及びウエハW上に形成されたパターンとレチ
クル11のパターン像との重ね合わせ誤差をそれぞれ低
減することができる。
It is to be noted that the distortion of the first layer pattern formed on the wafer W and the pattern formed on the wafer W and the pattern image of the reticle 11 can be obtained only by adjusting the magnification of the projection optical system 12 alone. Can be reduced respectively.

【0038】ここで、レチクル11のパターン像の倍率
や歪みの調整方法は、投影光学系12のレンズエレメン
トの移動に限られるものではなく、例えば投影光学系1
2内の2つのレンズエレメントに挟まれる空間を密封し
てその空間内の圧力を調整することで、ウエハW上に投
影されるパターン像の倍率を変化させてもよい。
Here, the method of adjusting the magnification or distortion of the pattern image of the reticle 11 is not limited to the movement of the lens element of the projection optical system 12, but may be, for example, the projection optical system 1.
The magnification of the pattern image projected on the wafer W may be changed by sealing the space between the two lens elements in 2 and adjusting the pressure in the space.

【0039】さらに、レチクル11と投影光学系12と
の光学的な距離(間隔)を変更する、例えばレチクル1
1を投影光学系12の光軸方向に微動する、又はレチク
ル11と投影光学系12との間に配置される平行平面板
の厚さを変化させることで、ウエハW上に投影されるパ
ターン像の歪みを調整してもよい。
Further, the optical distance (interval) between the reticle 11 and the projection optical system 12 is changed.
1 is slightly moved in the direction of the optical axis of the projection optical system 12, or the thickness of a parallel flat plate disposed between the reticle 11 and the projection optical system 12 is changed, so that a pattern image projected on the wafer W is formed. May be adjusted.

【0040】なお、スキャニング・ステッパーでは走査
露光中、レチクル11とウエハWとは投影光学系の投影
倍率に応じた速度比で移動される。そこで、スキャニン
グ・ステッパーではその速度比を調整することで、ウエ
ハWの走査方向に関する、ウエハW上のパターンとレチ
クル11のパターン像との倍率誤差を補正し、投影光学
系12のレンズエレメントを移動することで、その走査
方向と直交する方向の倍率誤差を補正することができ
る。
In the scanning stepper, during the scanning exposure, the reticle 11 and the wafer W are moved at a speed ratio corresponding to the projection magnification of the projection optical system. Therefore, the scanning stepper adjusts the speed ratio to correct a magnification error between the pattern on the wafer W and the pattern image of the reticle 11 in the scanning direction of the wafer W, and moves the lens element of the projection optical system 12. By doing so, a magnification error in a direction orthogonal to the scanning direction can be corrected.

【0041】また、例えば走査露光中に、ウエハWの走
査方向と直交する方向に関するレチクル11のパターン
像の倍率を連続的、又は段階的に変化させる、あるいは
レチクル11の走査方向とウエハWの走査方向とをずら
すことで、ウエハW上に形成されるレチクルパターンの
歪みを調整し、これにより第1層目のパターンを歪ませ
ることなくウエハW上に形成でき、さらに第2層目以降
のパターンをその全面に渡ってウエハW上のパターンに
正確に重ね合わせ形成することができる。
Further, for example, during the scanning exposure, the magnification of the pattern image of the reticle 11 in the direction orthogonal to the scanning direction of the wafer W is changed continuously or stepwise, or the scanning direction of the reticle 11 and the scanning of the wafer W are changed. By shifting the direction, the distortion of the reticle pattern formed on the wafer W is adjusted, whereby the first layer pattern can be formed on the wafer W without being distorted. Can be accurately overlapped with the pattern on the wafer W over the entire surface.

【0042】また、図1の投影露光装置(ステッパー)
はオフアクシス・アライメントセンサ27を有する。こ
のアライメントセンサ27は、広帯域光(非露光光)を
ウエハW上のアライメントマークに照射し、そのマーク
像を指標板上に結像する。さらに、アライメントマーク
の像と指標板上のマークの像とを撮像素子(CCD)の
受光面上に結像し、この2つのマーク像の位置ずれ量を
検出するものである。この検出された位置ずれ量は主制
御系25に出力され、主制御系25は干渉計21の出力
も利用して、干渉計21によって規定される直交座標系
XY上でのアライメントマークの位置を検出する。
The projection exposure apparatus (stepper) shown in FIG.
Has an off-axis alignment sensor 27. The alignment sensor 27 irradiates an alignment mark on the wafer W with broadband light (non-exposure light), and forms an image of the mark on an index plate. Further, an image of the alignment mark and an image of the mark on the index plate are formed on a light receiving surface of an image pickup device (CCD), and the amount of displacement between the two mark images is detected. The detected positional deviation amount is output to the main control system 25, and the main control system 25 also uses the output of the interferometer 21 to determine the position of the alignment mark on the rectangular coordinate system XY defined by the interferometer 21. To detect.

【0043】本実施例では、ウエハW上の複数の矩形領
域内にそれぞれ形成されたパターンに対してレチクル1
1のパターンを重ね合わせて転写するのに先立ち、アラ
イメントセンサ27を用いてウエハW上の複数のアライ
メントマークをそれぞれ検出し、主制御系25が複数の
マーク位置を統計演算することで、ウエハW上の複数の
矩形領域の、直交座標系XY上での位置をそれぞれ決定
する。
In this embodiment, the reticle 1 is used for a pattern formed in each of a plurality of rectangular areas on the wafer W.
Prior to superimposing and transferring the one pattern, a plurality of alignment marks on the wafer W are respectively detected using the alignment sensor 27, and the main control system 25 statistically calculates a plurality of mark positions. The positions of the upper plurality of rectangular areas on the orthogonal coordinate system XY are determined.

【0044】主制御系25は、ステージ干渉計21及び
XYステージ13を駆動する駆動装置(不図示)と信号
伝達可能に接続されており、ステージ干渉計21の計測
結果に基づいてXYステージ13の移動を制御できるよ
うに構成されている。
The main control system 25 is connected to a driving device (not shown) for driving the stage interferometer 21 and the XY stage 13 so that signals can be transmitted. It is configured so that movement can be controlled.

【0045】さらに、XYステージ13上でウエハホル
ダ14の近傍には、本発明の相対位置計測装置であるギ
ャップセンサ24が設置されている。ギャップセンサ2
4は例えば静電容量センサ、光学的なフォトセンサ、プ
ロキシミタと呼ばれる鉄心にコイルを巻いた非接触型の
センサ、XYステージとウエハホルダの一方に設けた主
尺と他方に設けた副尺とを用いてCCDによる画像処理
をする装置(バーニヤ法)、歪みゲージ、あるいは特別
な場合にはステージ干渉計21と同様な干渉計であって
もよい。
Further, on the XY stage 13, near the wafer holder 14, a gap sensor 24 as a relative position measuring device of the present invention is installed. Gap sensor 2
4 is a non-contact type sensor in which a coil is wound around an iron core called a capacitance sensor, an optical photo sensor, a proxy core, a main scale provided on one of the XY stage and the wafer holder, and a sub-scale provided on the other. An image processing device using a CCD (Vernier method), a strain gauge, or an interferometer similar to the stage interferometer 21 in a special case may be used.

【0046】ギャップセンサ24は、不図示の導線によ
り主制御系25と接続されており、計測されたXYステ
ージ13とウエハホルダ14との相対的なずれの計測値
を、主制御系25に送信できるように構成されている。
主制御系25内では、受信した相対的なずれでステージ
干渉計21の計測値を補正処理できるようになってい
る。
The gap sensor 24 is connected to the main control system 25 by a lead wire (not shown), and can transmit a measured value of the measured relative displacement between the XY stage 13 and the wafer holder 14 to the main control system 25. It is configured as follows.
In the main control system 25, the measurement value of the stage interferometer 21 can be corrected based on the received relative displacement.

【0047】図1及び図2を参照して、以上の構成を有
する露光装置10の作用を説明する。XYステージ13
のX軸とY軸方向にそれぞれ設置された位置制御用の干
渉計21により、投影光学系12に取り付けられた固定
鏡22と、XYステージ13上の移動鏡23とによっ
て、ステージ13のX、Y方向の位置が常時制御されて
いる。
The operation of the exposure apparatus 10 having the above configuration will be described with reference to FIGS. XY stage 13
X and Y of the stage 13 are fixed by a fixed mirror 22 attached to the projection optical system 12 and a movable mirror 23 on the XY stage 13 by a position control interferometer 21 installed in the X-axis and Y-axis directions, respectively. The position in the Y direction is constantly controlled.

【0048】XYステージ13を所望の目標位置に移動
させたいときには、この干渉計21の出力に基づいて主
制御系25がXYステージ13の駆動装置を作動させ
て、XYステージ13をその目標位置に位置決めする。
When it is desired to move the XY stage 13 to a desired target position, the main control system 25 operates the driving device of the XY stage 13 based on the output of the interferometer 21 to move the XY stage 13 to the target position. Position.

【0049】ウエハWを露光する際には、露光光の照射
エネルギーによってウエハホルダ14及びウエハWは膨
張してしまう。そこで、XYステージ13上に設けられ
たギャップセンサ24により、ウエハホルダ14がどれ
くらい膨張してXYステージ13に対して相対的にどの
くらい位置ずれを起こしたかを測定する。即ち、XYス
テージ13とウエハホルダ14との相対的な位置関係を
計る。その情報を主制御系25に送り、XYステージ1
3を位置決めすべき位置(目標値)を補正することで、
ウエハホルダ14が膨張することによる、ウエハWの本
来あるべき位置からのずれを防止することが可能とな
る。
When exposing the wafer W, the irradiation energy of the exposure light causes the wafer holder 14 and the wafer W to expand. Therefore, the gap sensor 24 provided on the XY stage 13 measures how much the wafer holder 14 has expanded and displaced relative to the XY stage 13. That is, the relative positional relationship between the XY stage 13 and the wafer holder 14 is measured. The information is sent to the main control system 25, and the XY stage 1
By correcting the position (target value) where 3 should be positioned,
It is possible to prevent the wafer W from being shifted from the original position due to the expansion of the wafer holder 14.

【0050】ウエハWの位置合わせの具体的な方法を説
明する。図2に示されるように、XYステージ13と、
その上に設けられたウエハホルダ14との位置関係をは
かるための静電容量センサなどのギャップセンサ24に
よってウエハホルダ14の膨張をモニターする。
A specific method of positioning the wafer W will be described. As shown in FIG. 2, an XY stage 13;
The expansion of the wafer holder 14 is monitored by a gap sensor 24 such as a capacitance sensor for measuring the positional relationship with the wafer holder 14 provided thereon.

【0051】測定に用いるギャップセンサ24の数は、
ウエハホルダ14の周囲を囲むように複数とすること
が、ウエハホルダ14の位置ずれを細かく把握できるの
で望ましい(図2ではウエハホルダ14の中心に対して
90°間隔で配置される4個のギャップセンサを示して
ある)。少なくとも3個とするのが望ましい。3個あれ
ば、XYステージ13に対するウエハホルダ14の2次
元変位情報、例えばウエハWの中心位置のX及びY方向
のオフセット、ウエハWのX及びY方向の伸縮、ウエハ
W上の複数のショット領域の配列の直交度等を知ること
ができる。
The number of gap sensors 24 used for measurement is
It is desirable that a plurality of sensors be provided so as to surround the periphery of the wafer holder 14 because the positional shift of the wafer holder 14 can be grasped in detail (FIG. 2 shows four gap sensors arranged at 90 ° intervals with respect to the center of the wafer holder 14). Is). It is desirable to have at least three. If there are three, the two-dimensional displacement information of the wafer holder 14 with respect to the XY stage 13, for example, the offset of the center position of the wafer W in the X and Y directions, the expansion and contraction of the wafer W in the X and Y directions, the plurality of shot areas on the wafer W The degree of orthogonality of the array and the like can be known.

【0052】またさらに多数のギャップセンサを設けれ
ば、ウエハWの各所の伸縮等を知るのに都合がよい。こ
れは、レチクル11を用いてステップアンドリピート方
式でウエハWを露光する、換言すればウエハW上でレチ
クル11のパターンの転写位置(即ちレチクル11及び
投影光学系12を通過した露光光の照射位置)が順次移
動されていくので、膨張や収縮がウエハホルダ14内で
均一に起こるのではなく、局所的に非等方的に起こるか
らである。
Further, if a larger number of gap sensors are provided, it is convenient to know the expansion and contraction of each part of the wafer W. This means that the wafer W is exposed in a step-and-repeat manner using the reticle 11, in other words, the transfer position of the pattern of the reticle 11 on the wafer W (that is, the irradiation position of the exposure light that has passed through the reticle 11 and the projection optical system 12). ) Are sequentially moved, so that expansion and contraction do not occur uniformly in the wafer holder 14 but occur locally and anisotropically.

【0053】ギャップセンサ24は、XYステージ13
とウエハホルダ14との位置関係を把握するには、ウエ
ハホルダ14の周囲に、ある一定間隔毎に設置すること
が望ましい。簡略的には、X軸とY軸上にウエハホルダ
14を挟む形で、図2に示されるように合計4個設置す
るだけでもよい。
The gap sensor 24 is connected to the XY stage 13
In order to ascertain the positional relationship between the wafer holder 14 and the wafer holder 14, it is desirable to set them around the wafer holder 14 at regular intervals. For simplicity, a total of four wafer holders 14 may be provided so as to sandwich the wafer holder 14 on the X axis and the Y axis, as shown in FIG.

【0054】次に、本発明の第2の実施の形態である露
光方法を説明する。図3において、先ず露光対象の基板
であるウエハWをウエハホルダ14(要素番号について
は図1または図2参照、以下同様)上に載置し(この載
置の工程は不図示)、真空吸着により保持する。
Next, an exposure method according to a second embodiment of the present invention will be described. In FIG. 3, first, a wafer W as a substrate to be exposed is placed on a wafer holder 14 (refer to FIG. 1 or 2 for the element number, the same applies hereinafter) (this placing step is not shown), and is carried out by vacuum suction. Hold.

【0055】また、第1層目のパターンを有するレチク
ル11がレチクルステージ上に載置されており、そのレ
チクル11を用いてステップアンドリピート方式でウエ
ハWが露光されるのもとする。そこで、主制御系25は
オペレータによって入力される、又はメモリに格納され
ているショットサイズやステップピッチなどに基づいて
ショットマップデータ、即ちレチクルパターンを転写す
べき、ウエハW上の複数の領域の各位置を決定する。
Further, it is assumed that reticle 11 having the pattern of the first layer is mounted on a reticle stage, and wafer W is exposed by using the reticle 11 in a step-and-repeat manner. Therefore, the main control system 25 sets shot map data, that is, each of a plurality of areas on the wafer W to which the reticle pattern is to be transferred, based on the shot size and the step pitch stored in the memory by the operator. Determine the position.

【0056】次に、主制御系25は干渉計21を用い、
この決定された位置にしたがってXYステージ13を移
動し、レチクル11に対してウエハW上の第1領域を位
置合わせする。しかる後、照明光学系15からの露光光
でレチクル11を照射し、そのパターン像でウエハW上
の第1領域を露光する。
Next, the main control system 25 uses the interferometer 21.
The XY stage 13 is moved according to the determined position, and the first area on the wafer W is aligned with the reticle 11. Thereafter, the reticle 11 is irradiated with the exposure light from the illumination optical system 15, and the first area on the wafer W is exposed with the pattern image.

【0057】このとき、第1領域の露光に先立ってウエ
ハWへのレチクルパターンの転写が行われていないの
で、ウエハホルダ14の熱膨張、即ちXYステージ13
とウエハホルダ14との相対的な位置ずれは発生してい
ない。したがって、ウエハW上で最初にレチクルパター
ンが転写される第1領域では、先に決定された位置のみ
に従ってXYステージ13を位置決めするだけでよい。
At this time, since the reticle pattern has not been transferred to the wafer W prior to the exposure of the first area, the thermal expansion of the wafer holder 14, ie, the XY stage 13
No relative displacement between the wafer and the wafer holder 14 has occurred. Therefore, in the first area where the reticle pattern is first transferred onto wafer W, it is only necessary to position XY stage 13 in accordance with only the previously determined position.

【0058】しかしながら、例えばウエハWの温度とウ
エハホルダ14の温度とが異なる場合、レチクルパター
ンの転写前であっても、その温度差によってウエハホル
ダ14が変形(伸縮)することがある。そこで、ウエハ
W上の第1領域であっても、ギャップセンサ24の出力
をモニターしておき、XYステージ13とウエハホルダ
14との相対的な位置ずれ量が所定の許容値を超えてい
る場合は、その位置ずれ量に基づいて先に決定された位
置を補正し、この補正された位置に従ってXYステージ
13を移動する。これにより、レチクル11に対してウ
エハW上の第1領域が正確にアライメントされることに
なる。
However, for example, when the temperature of the wafer W is different from the temperature of the wafer holder 14, the wafer holder 14 may be deformed (expanded or contracted) due to the temperature difference even before the reticle pattern is transferred. Therefore, even in the first area on the wafer W, the output of the gap sensor 24 is monitored, and when the relative displacement between the XY stage 13 and the wafer holder 14 exceeds a predetermined allowable value. The XY stage 13 is moved in accordance with the position determined previously based on the positional deviation amount, and the corrected position. Thereby, the first region on the wafer W is accurately aligned with the reticle 11.

【0059】第1領域の露光終了後、主制御系25はギ
ャップセンサ24を用いてXYステージ13とウエハホ
ルダ14との相対的な位置ずれ量を計測し、この計測値
に基づいて先に決定したウエハW上の第2領域の位置を
補正する。
After the exposure of the first area is completed, the main control system 25 measures the relative displacement between the XY stage 13 and the wafer holder 14 using the gap sensor 24, and determines the relative displacement based on the measured value. The position of the second area on the wafer W is corrected.

【0060】さらに干渉計21を用いて、この補正され
た位置に従ってXYステージ13を移動し、レチクル1
1に対してウエハW上の第2領域を位置合わせするとと
もに、レチクル11のパターン像でその第2領域を露光
する。以下、上記動作を繰り返し実行して、レチクル1
1のパターン像でウエハW上の全ての領域を露光する。
Further, using the interferometer 21, the XY stage 13 is moved in accordance with the corrected position, and the reticle 1
The second region on the wafer W is aligned with respect to 1 and the second region is exposed with the pattern image of the reticle 11. Hereinafter, the above operation is repeatedly performed, and the reticle 1
All the regions on the wafer W are exposed with the one pattern image.

【0061】以上のように本例では、ステップアンドリ
ピート方式でウエハWを露光している間、ギャップセン
サ24の出力を用いてウエハW上の領域毎にその決定さ
れた位置を補正する。このため、ウエハWへのレチクル
パターンの転写(露光光の照射)によってウエハホルダ
14が変形(熱膨張)しても、この変形に応じてウエハ
W上でのレチクルパターンの転写位置が順次シフトされ
ることになり、ウエハ上に形成される複数の第1層目の
パターンの配列精度の低下を防止することができる。
As described above, in this example, while the wafer W is exposed by the step-and-repeat method, the determined position is corrected for each area on the wafer W using the output of the gap sensor 24. For this reason, even if the wafer holder 14 is deformed (thermal expansion) due to the transfer of the reticle pattern onto the wafer W (irradiation of exposure light), the transfer position of the reticle pattern on the wafer W is sequentially shifted according to this deformation. That is, it is possible to prevent a decrease in the arrangement accuracy of the plurality of first layer patterns formed on the wafer.

【0062】また、ウエハW上に形成された複数の第1
層目のパターンの各々に、第2層目以降のレチクル11
のパターンを重ね合わせて転写するために、後述のEG
A方式を用いてレチクル11とウエハWとのアライメン
トを行う場合、本例ではウエハW上での複数の第1層目
のパターンの配列誤差、特に非線形成分を小さくするこ
とができるので、EGA方式を用いたレチクル11のパ
ターンとウエハW上の複数の第1層目のパターンの各々
とのアライメント精度を向上させることが可能となる。
Further, a plurality of first semiconductor elements formed on the wafer W
The reticle 11 of the second and subsequent layers is provided on each of the patterns of the layer.
In order to transfer the patterns in an overlapping manner, the EG
In the case of performing alignment between the reticle 11 and the wafer W using the A method, in this example, an arrangement error of a plurality of first layer patterns on the wafer W, particularly, a non-linear component can be reduced. It is possible to improve the alignment accuracy between the pattern of the reticle 11 using the pattern and each of the patterns of the plurality of first layers on the wafer W.

【0063】次に、本発明の第3の実施の形態である露
光方法を説明する。先の実施の形態と同様に、先ず露光
対象の基板であるウエハWをウエハホルダ14上に載置
し、真空吸着により保持する。
Next, an exposure method according to a third embodiment of the present invention will be described. As in the previous embodiment, first, a wafer W, which is a substrate to be exposed, is placed on a wafer holder 14 and held by vacuum suction.

【0064】本例では、第2層目のパターンを有するレ
チクル11がレチクルステージ上に載置されるととも
に、ウエハW上の複数の領域の各々に形成された第1層
目のパターンに第2層目のパターンを重ね合わせて転写
するために、特開昭61−44429号公報、又は特開
平6−196384号公報に開示されたアライメント方
式、所謂エンハンスド・グローバル・アライメント(E
GA)方式を採用して、第2層目用のレチクル11を用
いてステップアンドリピート方式でウエハWを露光して
いくものとする。
In this example, the reticle 11 having the pattern of the second layer is placed on the reticle stage, and the pattern of the first layer formed in each of the plurality of regions on the wafer W is subjected to the second pattern. In order to transfer the patterns of the layers in an overlapping manner, an alignment method disclosed in JP-A-61-44429 or JP-A-6-196384, so-called enhanced global alignment (E
It is assumed that the wafer W is exposed by the step-and-repeat method using the reticle 11 for the second layer using the GA) method.

【0065】そこで、主制御系25は干渉計21とアラ
イメントセンサ27とを用いて、ウエハW上の少なくと
も3つの領域をアライメントショットとして選択し、こ
の選択したアライメントショットにそれぞれ隣接して形
成された2つのアライメントマークのX、Y方向の位置
を検出する。さらに、最小二乗法を用いてその計測され
た少なくとも6つのマーク位置を統計演算し、ウエハW
上の複数の領域の配列を表すモデル式(関数)の6つの
パラメータを求める。そして、この求めた6つのパラメ
ータを持つそのモデル関数と、ウエハW上の複数の領域
の設計上の位置(前述した第2の実施形態で決定された
ショットマップデータ(位置))とに基づいて、その複
数の領域の各々の直交座標系XY上での位置を算出す
る。この算出された位置は主制御系25内のメモリに格
納される。
Therefore, the main control system 25 uses the interferometer 21 and the alignment sensor 27 to select at least three regions on the wafer W as alignment shots, and is formed adjacent to each of the selected alignment shots. The positions of the two alignment marks in the X and Y directions are detected. Further, at least six measured mark positions are statistically calculated using the least squares method, and the wafer W
Six parameters of a model formula (function) representing the arrangement of the plurality of regions above are obtained. Then, based on the obtained model function having the six parameters and the design positions of the plurality of regions on the wafer W (the shot map data (positions) determined in the above-described second embodiment). , The position of each of the plurality of regions on the orthogonal coordinate system XY is calculated. The calculated position is stored in a memory in the main control system 25.

【0066】さらに主制御系25は、特開平6−196
384号公報に開示されているように、前述のEGA方
式で求めた6つのパラメータのうち、ウエハWのX、Y
方向の伸縮を表す2つのパラメータの少なくとも一方に
基づいて、駆動部26を介して投影光学系12の少なく
とも1つのレンズエレメントを移動する。
Further, the main control system 25 is disclosed in
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 384, the X and Y of the wafer W among the six parameters obtained by the EGA method described above are used.
At least one lens element of the projection optical system 12 is moved via the drive unit 26 based on at least one of two parameters representing expansion and contraction in the direction.

【0067】これにより、投影光学系12の投影倍率が
調整されて、ウエハW上の複数の領域の各々と第2層目
のパターン像との倍率誤差が補正される。なお、投影光
学系12の倍率調整にあたっては、上記伸縮を表す2つ
のパラメータのいずれか一方、あるいはその2つのパラ
メータの平均値を用いればよい。
Thus, the projection magnification of the projection optical system 12 is adjusted, and the magnification error between each of the plurality of regions on the wafer W and the pattern image of the second layer is corrected. In adjusting the magnification of the projection optical system 12, one of the two parameters representing the expansion and contraction or the average value of the two parameters may be used.

【0068】次に、主制御系25は干渉計21を用い
て、先に算出された位置に従ってXYステージ13を移
動し、第2層目用のレチクル11に対してウエハW上の
第1領域を位置合わせする。しかる後、照明光学系15
からの露光光でレチクル11を照射し、その第2層目の
パターン像でウエハW上の第1領域を露光する。これに
より、第1領域に形成された第1層目のパターンに対し
て第2層目のパターン像が重ね合わされて転写される。
Next, the main control system 25 uses the interferometer 21 to move the XY stage 13 in accordance with the position calculated previously, and moves the reticle 11 for the second layer to the first area on the wafer W with respect to the reticle 11 for the second layer. Align. After that, the illumination optical system 15
The reticle 11 is irradiated with the exposure light from the substrate W, and the first area on the wafer W is exposed with the pattern image of the second layer. Thereby, the pattern image of the second layer is transferred while being superimposed on the pattern of the first layer formed in the first region.

【0069】このとき、第1領域の露光に先立ってウエ
ハWへのレチクルパターンの転写が行われていないの
で、前述の第2の実施形態と同様に、先に算出された位
置のみに従ってXYステージ13を位置決めするだけで
よい。
At this time, since the transfer of the reticle pattern onto the wafer W has not been performed prior to the exposure of the first area, the XY stage is only used according to the previously calculated position, as in the second embodiment. 13 only needs to be positioned.

【0070】しかしながら、例えばウエハWの温度とウ
エハホルダ14の温度とが異なる場合には、第1領域の
露光前にギャップセンサ24によって検出されるXYス
テージ13とウエハホルダ14との相対的な位置ずれ量
が所定の許容値を超えているときに、その位置ずれ量に
基づいて先に算出された位置を補正し、この補正された
位置に従ってXYステージ13を移動する。これによ
り、レチクル11に対してウエハW上の第1領域が正確
にアライメントされることになる。
However, if the temperature of the wafer W is different from the temperature of the wafer holder 14, for example, the relative displacement between the XY stage 13 and the wafer holder 14 detected by the gap sensor 24 before the exposure of the first area. Is larger than a predetermined allowable value, the previously calculated position is corrected based on the positional deviation amount, and the XY stage 13 is moved according to the corrected position. Thereby, the first region on the wafer W is accurately aligned with the reticle 11.

【0071】さらに、ウエハWとウエハホルダ14との
温度差によってウエハホルダ14が変形(伸縮)する、
即ちウエハW上の各領域の大きさや形状が変化する。こ
のため、前述の如く投影光学系12の倍率調整を行って
も、第1領域(第1層目のパターン)と第2層目のパタ
ーン像との間に倍率誤差や形状誤差が生じることがあ
る。そこで、第1領域の露光前にギャップセンサ24に
よって検出される位置ずれ量が所定の許容値を超えてい
るときには、その位置ずれ量に基づいて第1領域の大き
さと形状とを計算し、この計算値に従って投影光学系1
2の少なくとも2つのレンズエレメントを移動する。こ
れにより、投影光学系12の投影倍率とディストーショ
ンとが調整されて、第1領域に形成された第1層目のパ
ターンと第2層目のパターン像とがその全面に渡って正
確に重ね合わされることになる。
Further, the wafer holder 14 is deformed (expanded or contracted) due to a temperature difference between the wafer W and the wafer holder 14.
That is, the size and shape of each region on the wafer W change. For this reason, even if the magnification of the projection optical system 12 is adjusted as described above, a magnification error or a shape error may occur between the first region (the pattern of the first layer) and the pattern image of the second layer. is there. Therefore, when the displacement amount detected by the gap sensor 24 before the exposure of the first region exceeds a predetermined allowable value, the size and shape of the first region are calculated based on the displacement amount, and Projection optical system 1 according to calculated values
2 move at least two lens elements. As a result, the projection magnification and distortion of the projection optical system 12 are adjusted, and the first layer pattern and the second layer pattern image formed in the first region are accurately superimposed over the entire surface. Will be.

【0072】なお、第1領域の大きさや形状は、ギャッ
プセンサ24の出力に基づいて、その第1領域内の複数
点(例えば4隅と中心)の各々の位置(前述のEGA方
式で求められる計算上の位置)を補正し、この補正され
た複数の位置から求めることができる。
The size and shape of the first area are obtained based on the output of the gap sensor 24 at each of a plurality of points (for example, four corners and the center) in the first area (by the EGA method described above). (Computed position), and can be obtained from the plurality of corrected positions.

【0073】第1領域の露光終了後、主制御系25はギ
ャップセンサ24を用いてXYステージ13とウエハホ
ルダ14との相対的な位置ずれ量を計測し、この計測値
に基づいて先に算出したウエハW上の第2領域の位置を
補正するとともに、第2領域の大きさと形状とを算出す
る。そして、この算出された大きさと形状とに応じて投
影光学系12の少なくとも2つのレンズエレメントを移
動し、第2層目のパターン像の倍率と歪みとを調整す
る。
After the exposure of the first area is completed, the main control system 25 measures the relative displacement between the XY stage 13 and the wafer holder 14 using the gap sensor 24, and calculates the relative displacement based on the measured value. The position of the second area on the wafer W is corrected, and the size and shape of the second area are calculated. Then, at least two lens elements of the projection optical system 12 are moved in accordance with the calculated size and shape, and the magnification and distortion of the second layer pattern image are adjusted.

【0074】さらに干渉計21を用いて、この補正され
た位置に従ってXYステージ13を移動し、レチクル1
1に対してウエハW上の第2領域を位置合わせするとと
もに、レチクル11のパターン像でその第2領域を露光
する。以下、上記動作を繰り返し実行して、レチクル1
1のパターン像でウエハW上の全ての領域を露光する。
Further, the XY stage 13 is moved using the interferometer 21 in accordance with the corrected position, and the reticle 1 is moved.
The second region on the wafer W is aligned with respect to 1 and the second region is exposed with the pattern image of the reticle 11. Hereinafter, the above operation is repeatedly performed, and the reticle 1
All the regions on the wafer W are exposed with the one pattern image.

【0075】以上のように本例では、ステップアンドリ
ピート方式でウエハWを露光している間、ギャップセン
サ24の出力を用いてウエハW上の領域毎にその決定さ
れた位置を補正するとともに、投影光学系12の投影倍
率やディストーションを調整する。このため、ウエハW
へのレチクルパターンの転写(露光光の照射)によって
ウエハホルダ14が変形(熱膨張)しても、この変形に
応じてウエハW上でのレチクルパターンの転写位置が逐
次シフトされるとともに、ウエハW上の各領域とレチク
ル11のパターン像との倍率誤差や形状誤差が補正され
ることになり、ウエハW上に形成されたパターンとレチ
クルのパターン像とをその全面に渡って正確に重ね合わ
せることができる。
As described above, in this example, while the wafer W is exposed by the step-and-repeat method, the determined position is corrected for each region on the wafer W using the output of the gap sensor 24, and The projection magnification and distortion of the projection optical system 12 are adjusted. Therefore, the wafer W
Even if the wafer holder 14 is deformed (thermal expansion) due to the transfer of the reticle pattern onto the wafer W (irradiation of exposure light), the transfer position of the reticle pattern on the wafer W is sequentially shifted in accordance with this deformation, and The magnification error and the shape error between each area of the reticle 11 and the pattern image of the reticle 11 are corrected, so that the pattern formed on the wafer W and the pattern image of the reticle can be accurately superimposed over the entire surface. it can.

【0076】本例では、ウエハW上の領域毎に投影光学
系12の投影倍率とディストーションとを調整するもの
としたが、ギャップセンサ24によって検出される位置
ずれ量が所定の許容値以下である場合には投影倍率やデ
ィストーションの調整を行う必要はない。また、その位
置ずれ量がその許容値を超えている場合でも、投影光学
系12の投影倍率のみを調整し、ウエハW上の領域(パ
ターン)とレチクル11のパターン像との倍率誤差及び
形状誤差をそれぞれ所定値以下に抑えるようにしてもよ
い。
In this example, the projection magnification and distortion of the projection optical system 12 are adjusted for each region on the wafer W. However, the amount of displacement detected by the gap sensor 24 is equal to or less than a predetermined allowable value. In this case, there is no need to adjust the projection magnification or distortion. Even when the positional deviation exceeds the allowable value, only the projection magnification of the projection optical system 12 is adjusted, and the magnification error and the shape error between the area (pattern) on the wafer W and the pattern image of the reticle 11 are adjusted. May be suppressed to a predetermined value or less.

【0077】さらに、ウエハW上の領域の大きさと形状
との一方のみが大きく変化している場合には、投影光学
系12の投影倍率とディストーションとの一方のみを調
整して、ウエハW上のパターンとレチクル11のパター
ン像との倍率誤差と形状誤差とをとをそれぞれ所定値以
下に抑えるようにしてもよい。
Further, when only one of the size and the shape of the area on the wafer W is largely changed, only one of the projection magnification and the distortion of the projection optical system 12 is adjusted, and The magnification error and the shape error between the pattern and the pattern image of the reticle 11 may be respectively suppressed to a predetermined value or less.

【0078】前述の第2の実施形態では、ウエハWの露
光中に予め決定されたXYステージ13(ひいてはウエ
ハW)の位置のみを補正するものとしたが、第3の実施
形態と同様に、ギャップセンサ24の出力に応じて投影
光学系12の投影倍率とディストーションとの少なくと
も一方を調整し、露光光の照射(ウエハホルダ14の変
形)によって生じる、ウエハW上に形成される第1層目
のパターンの大きさや形状の変化を最小限に抑えるよう
にしてもよい。
In the above-described second embodiment, only the predetermined position of the XY stage 13 (and thus the wafer W) is corrected during the exposure of the wafer W. However, as in the third embodiment, At least one of the projection magnification and distortion of the projection optical system 12 is adjusted according to the output of the gap sensor 24, and the first layer formed on the wafer W, which is generated by the irradiation of the exposure light (the deformation of the wafer holder 14). Changes in the size and shape of the pattern may be minimized.

【0079】また、前述の第2及び第3の実施形態で
は、ギャップセンサ24の出力に基づいて、露光に先立
って決定されるウエハW上の各領域の位置を補正し、こ
の補正された位置に従ってXYステージ13を移動する
ものとした。しかしながら、XYステージ13はその決
定された位置のみに従って移動し、ウエハホルダ14の
変形(伸縮)によって生じるレチクル11のパターンと
ウエハWとのアライメント誤差は、ギャップセンサ24
の出力、即ちウエハホルダ14の変形量に応じてレチク
ルステージを移動して、投影光学系12の光軸と直交す
る平面内でのレチクル11の位置を調整することで補正
するようにしてもよい。
In the above-described second and third embodiments, the position of each region on the wafer W determined prior to exposure is corrected based on the output of the gap sensor 24, and the corrected position is determined. The XY stage 13 is moved according to the following. However, the XY stage 13 moves only in accordance with the determined position, and the alignment error between the pattern of the reticle 11 and the wafer W caused by the deformation (expansion or contraction) of the wafer holder 14 is caused by the gap sensor 24.
May be corrected by moving the reticle stage in accordance with the output of the reticle 11, that is, the amount of deformation of the wafer holder 14, and adjusting the position of the reticle 11 in a plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system 12.

【0080】さらに前述の第2及び第3の実施形態で
は、ウエハW上の領域毎にその決定された位置の補正、
及び投影光学系12の投影倍率やディストーションの調
整を行うものとした。しかしながら、ウエハホルダ14
の変形速度(ウエハW又はウエハホルダ14での露光光
の入熱量と放熱量との差、及びウエハホルダ14の熱容
量など)によっては、少なくとも2つの領域毎に位置補
正や投影光学系12の調整を行うようにしてもよい。例
えば2つの領域毎にその位置補正を行う場合は、最初の
領域の露光に先立ってギャップセンサ24の出力から最
初の領域の位置を補正し、次の領域ではその最初の領域
で求めた補正量(即ち、最初の領域の予め決定された位
置と補正された位置との差)をそのまま使って予め決定
され位置を補正をすればよい。なお、投影倍率やディス
トーションの調整はその最初の領域の露光に先立って行
い、次の領域ではその調整を行う必要はない。
Further, in the above-described second and third embodiments, correction of the determined position is performed for each region on the wafer W,
The projection magnification and distortion of the projection optical system 12 are adjusted. However, the wafer holder 14
The position correction and the adjustment of the projection optical system 12 are performed for at least two regions depending on the deformation speed (difference between the heat input amount and the heat release amount of the exposure light in the wafer W or the wafer holder 14 and the heat capacity of the wafer holder 14). You may do so. For example, when the position correction is performed for each of two regions, the position of the first region is corrected from the output of the gap sensor 24 before the exposure of the first region, and the correction amount obtained in the first region is corrected in the next region. (Ie, the difference between the predetermined position of the first area and the corrected position) may be used as it is to correct the predetermined position. The adjustment of the projection magnification and the distortion is performed prior to the exposure of the first area, and it is not necessary to adjust the second area.

【0081】また、ウエハW上の複数の領域はマトリッ
クス状に配列されているので、その配列に応じて、同一
の補正量で位置補正や投影光学系12の調整が行われる
ウエハW上の領域の数を部分的に変更してもよい。即
ち、ウエハW上で同一列(例えば第一列目)に配列され
る複数の領域については、少なくとも2つの領域毎にそ
の位置補正や投影光学系12の調整を行っていき、たと
えその第一列目の最後の領域で位置補正や投影光学系1
2の調整を行ったとしても、次列(第二列目)の最初か
らいくつかの領域(あるいは2番目からいくつかの領
域)でもそれぞれ位置補正や投影光学系12の調整を行
う、即ち領域毎にその位置補正や投影光学系12の調整
を行うようにする。これは、ウエハW上でレチクルパタ
ーンを転写すべき領域が第一列から第二列に移るステッ
ピングの折り返し点を含む領域では、ウエハホルダ14
(又はウエハW)に吸収される露光エネルギー量がそれ
以外の領域に比べて多くなると考えられるためである。
Further, since the plurality of regions on the wafer W are arranged in a matrix, the regions on the wafer W for which position correction and adjustment of the projection optical system 12 are performed with the same correction amount according to the arrangement. May be partially changed. That is, for a plurality of regions arranged in the same column (for example, the first column) on the wafer W, position correction and adjustment of the projection optical system 12 are performed for at least two regions. Position correction and projection optical system 1 in the last area of the row
2, the position correction and the adjustment of the projection optical system 12 are also performed in some areas from the beginning (or some areas from the second row) of the next row (second row). Each time, the position correction and the adjustment of the projection optical system 12 are performed. This is because the region on the wafer W where the reticle pattern is to be transferred includes the turning point of the stepping where the first row shifts from the second row to the second row.
This is because the exposure energy amount absorbed by the wafer (or the wafer W) is considered to be larger than that in other regions.

【0082】また、前述の第2及び第3の実施形態で
は、本発明をステップアンドリピート方式の縮小投影型
露光装置、所謂ステッパーに適用していた。しかしなが
ら、本発明は、例えば特開平4−196513号公報、
特開平4−277612号公報などに開示されたステッ
プアンドスキャン方式の縮小投影型走査露光装置、所謂
スキャニング・ステッパーにも適用でき、同様の効果を
得ることができる。なお、スキャニング・ステッパーで
は、XYステージ13(ウエハW)を位置決めすべき目
標位置は、走査露光のためのウエハWの走査開始位置
(加速開始位置)であり、ギャップセンサ24の出力に
基づいてその位置を補正することで、ウエハWの露光開
始位置を調整する。これにより、ウエハホルダ14(ウ
エハW)の変形に応じて、走査露光によってウエハW上
に形成されるパターンの転写位置が移動されることにな
る。
In the above-described second and third embodiments, the present invention is applied to a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus, that is, a so-called stepper. However, the present invention relates to, for example, JP-A-4-196513,
The present invention can be applied to a step-and-scan type reduced projection scanning exposure apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-277612 and the like, that is, a so-called scanning stepper, and similar effects can be obtained. In the scanning stepper, the target position at which the XY stage 13 (wafer W) should be positioned is the scan start position (acceleration start position) of the wafer W for scanning exposure, and the target position is determined based on the output of the gap sensor 24. By correcting the position, the exposure start position of the wafer W is adjusted. Thereby, the transfer position of the pattern formed on the wafer W by the scanning exposure is moved according to the deformation of the wafer holder 14 (wafer W).

【0083】さらに、前述の第2及び第3の実施形態と
同様に、スキャニング・ステッパーでもウエハW上の領
域の大きさや形状の変化によって生じるその領域とレチ
クル11のパターン像との重ね合わせ誤差(倍率誤差や
形状誤差)を補正することができる。即ち、スキャニン
グ・ステッパーでは走査露光中、レチクル11とウエハ
Wとは投影光学系12の投影倍率に応じた速度比で移動
される。そこで、スキャニング・ステッパーではギャッ
プセンサ24の出力に応じて、その速度比を調整するこ
とで、ウエハWの走査方向に関する、ウエハW上のパタ
ーンとレチクル11のパターン像との倍率誤差を補正
し、投影光学系12の少なくとも1つのレンズエレメン
トを移動することで、その走査方向と直交する方向の倍
率誤差を補正する。
Further, similarly to the above-described second and third embodiments, even in the case of the scanning stepper, an error caused by a change in the size or shape of the area on the wafer W and the pattern image of the reticle 11 ( Magnification error and shape error) can be corrected. That is, the reticle 11 and the wafer W are moved at a speed ratio according to the projection magnification of the projection optical system 12 during scanning exposure in the scanning stepper. Therefore, the scanning stepper adjusts the speed ratio according to the output of the gap sensor 24 to correct the magnification error between the pattern on the wafer W and the pattern image of the reticle 11 in the scanning direction of the wafer W, By moving at least one lens element of the projection optical system 12, a magnification error in a direction orthogonal to the scanning direction is corrected.

【0084】また、ステッパーと同様にレチクル11、
又は投影光学系12のレンズエレメントを移動してパタ
ーン像の歪みを調整してもよい。しかしながら、スキャ
ニング・ステッパーでは、走査露光中に、ウエハW上の
領域の形状に応じてウエハWの走査方向と直交する方向
に関するレチクル11のパターン像の倍率を連続的又は
段階的に変化させる、あるいはレチクル11の走査方向
とウエハWの走査方向とをずらすことで、ウエハW上に
投影されるレチクル11のパターン像の歪みを調整す
る。
Also, like the stepper, the reticle 11,
Alternatively, the distortion of the pattern image may be adjusted by moving the lens element of the projection optical system 12. However, in the scanning stepper, during scanning exposure, the magnification of the pattern image of the reticle 11 in the direction orthogonal to the scanning direction of the wafer W is changed continuously or stepwise according to the shape of the region on the wafer W, or By shifting the scanning direction of the reticle 11 and the scanning direction of the wafer W, the distortion of the pattern image of the reticle 11 projected on the wafer W is adjusted.

【0085】なお、スキャニング・ステッパーでの走査
開始位置(加速開始位置)は、投影光学系12の投影視
野(イメージフィールド)の一部、例えば円形投影視野
内で光軸を中心とし、かつその直径に沿って延びた矩形
領域からウエハWの走査方向に所定距離だけ離れて設定
される。この所定距離は、XYステージ13の加速度
(装置本体の振動、XYステージの構造などに応じて決
定される実用上の最高加速度)、及びフォトレジストの
感度に応じて決定される、走査露光(同期移動)中のウ
エハWの速度などに基づき、計算などにて求められるも
のである。
Note that the scanning start position (acceleration start position) of the scanning stepper is centered on the optical axis within a part of the projection visual field (image field) of the projection optical system 12, for example, a circular projection visual field, and has a diameter thereof. Is set at a predetermined distance in the scanning direction of the wafer W from the rectangular area extending along the line. The predetermined distance is determined by the acceleration of the XY stage 13 (the maximum practical acceleration determined according to the vibration of the main body of the apparatus, the structure of the XY stage, and the like) and the scanning exposure (synchronization) determined according to the sensitivity of the photoresist. It is obtained by calculation or the like based on the speed of the wafer W during (moving).

【0086】また、投影視野内の矩形領域は、投影光学
系12に関して、照明光学系15内の視野絞り(レチク
ルブラインド)によって規定されるレチクル11上の照
明領域(露光光の照明領域)と共役であって、その照明
領域内の、レチクル11上のパターンの一部が投影され
る領域である。
The rectangular area in the projection field of view is conjugated with respect to the projection optical system 12 to the illumination area (illumination area of exposure light) on the reticle 11 defined by the field stop (reticle blind) in the illumination optical system 15. And is an area in the illumination area where a part of the pattern on the reticle 11 is projected.

【0087】ここで、本発明で露光領域の位置検出に用
いることのできる、ウエハWの露光位置を検出する方法
の一例であるEGA(エンハンスト・グローバル・アラ
イメント)法を説明する。
Here, an EGA (Enhanced Global Alignment) method, which is an example of a method of detecting the exposure position of the wafer W, which can be used for detecting the position of the exposure region in the present invention, will be described.

【0088】EGA法では、1枚のウエハWを露光する
のに、まず始めにウエハW上の複数のショット領域に付
随したアライメントマークの位置を計測(サンプル・ア
ライメント)した後、ウエハW中心位置のXとY方向の
オフセット、ウエハWのXとY方向の伸縮、ウエハWの
残存回転量及びウエハステージの直交度(ショット領域
の配列の直交度)の合計6のパラメータをマークの設計
位置とマークの計測位置との差に基づいて統計的な手法
で決定するものである。
In the EGA method, when exposing one wafer W, first, the positions of alignment marks associated with a plurality of shot areas on the wafer W are measured (sample alignment), and then the center position of the wafer W is measured. Of the X and Y directions, the expansion and contraction of the wafer W in the X and Y directions, the remaining rotation amount of the wafer W, and the orthogonality of the wafer stage (orthogonality of the arrangement of the shot areas), and the mark design position and This is determined by a statistical method based on the difference from the mark measurement position.

【0089】そして決定されたパラメータの値に基づい
て、露光すべきショット領域の位置を設計位置から補正
して順次ウエハステージをステッピングさせてゆく。
Then, based on the determined parameter values, the position of the shot area to be exposed is corrected from the design position, and the wafer stage is sequentially stepped.

【0090】このEGA法では、ウエハ露光に先だって
ウエハW上の全ショット数と比べて僅かな数(3〜16
程度)のマークの位置を計測した後は、それ以後マーク
の検出と位置計測を必要としないため、スループットの
向上が望める。さらに計測するマークのサンプル数が多
ければ、個々のマーク検出誤差が統計的に平均化され、
アライメント精度が上がる。
In this EGA method, a small number (3 to 16) is compared with the total number of shots on the wafer W prior to wafer exposure.
After the position of the mark is measured, the detection and position measurement of the mark are not required thereafter, so that an improvement in throughput can be expected. Furthermore, if the number of samples of the mark to be measured is large, each mark detection error is statistically averaged,
Alignment accuracy increases.

【0091】本発明では、このようにして検出された露
光領域の位置に対して、ウエハホルダの変形誤差の補正
をかけることが出来るので、高精度のアライメントがで
きるのである。
In the present invention, since the error of the deformation of the wafer holder can be corrected for the position of the exposure area detected in this way, high-precision alignment can be performed.

【0092】ここで、ウエハWにパターンを焼き付ける
際の補正方法について説明する。ウエハW上の露光によ
る照射エネルギーによってウエハホルダ14及びウエハ
Wが部分的に変形を起こすと、その変形量がXYステー
ジ13上に設置されたギャップセンサ24によって観察
されて、その結果が主制御系25に送られて、主制御系
25でXYステージ13の位置制御算出の際に補正量と
して前記変形量を演算に加えてXYステージ13の位置
決めを行う。
Here, a correction method for printing a pattern on the wafer W will be described. When the wafer holder 14 and the wafer W are partially deformed by the irradiation energy by the exposure on the wafer W, the amount of the deformation is observed by the gap sensor 24 installed on the XY stage 13, and the result is obtained by the main control system 25. When the main control system 25 calculates the position control of the XY stage 13, the XY stage 13 is positioned by adding the deformation amount to the calculation as a correction amount.

【0093】補正量の算出手段については、ウエハWに
露光が行われると照射による膨張はウエハWの中心部か
ら等方的に生じるのではなく、露光が1列中で行われる
と露光が進むにつれて変形量が大きくなるので、ショッ
ト毎に前のショットの位置と補正量とを保持しておい
て、次の焼き付け位置での変形量とショット位置から何
処の方向にどれだけ変形したかを主制御系25で算出し
て、XYステージ13の位置決めにフィードバックをか
ける。
Regarding the means for calculating the correction amount, when exposure is performed on the wafer W, the expansion due to irradiation does not occur isotropically from the center of the wafer W, but the exposure proceeds when the exposure is performed in one row. Therefore, the position of the previous shot and the correction amount are held for each shot, and the amount of deformation in the next printing position and the direction of the deformation from the shot position are mainly determined. The calculation is performed by the control system 25, and feedback is applied to the positioning of the XY stage 13.

【0094】通常の焼き付け時には、ステップ間隔を指
定して露光動作を行うので、このステップ間隔にウエハ
ホルダ14の変形したことによって生じる位置ずれ量を
加算して、XYステージ13の位置合わせを行うこと
で、ウエハホルダ14の変形によって生じる重ね合わせ
精度の悪化の要因を除去することが可能となる。
At the time of normal printing, the exposure operation is performed by designating the step interval. Therefore, the position shift amount caused by the deformation of the wafer holder 14 is added to the step interval, and the XY stage 13 is aligned. In addition, it is possible to remove a factor of deterioration in overlay accuracy caused by deformation of the wafer holder 14.

【0095】以上のように本発明に於いては、XYステ
ージとウエハホルダとの相対的な位置関係を計る計測シ
ステムを有することで、XYステージ上での干渉計では
測定することの出来なかったXYステージとウエハホル
ダとの相対的な位置ずれを測り、その位置情報を主制御
系に与えて、干渉計によるXYステージの位置制御系に
フィードバックさせる。そのようにして、干渉計だけで
は計測することができなかったウエハホルダの位置ずれ
分まで補正可能となりウエハホルダの膨張が原因による
重ねあわせ精度の悪化を防止することが可能となる。
As described above, according to the present invention, since the measurement system for measuring the relative positional relationship between the XY stage and the wafer holder is provided, XY which cannot be measured by the interferometer on the XY stage can be obtained. The relative positional deviation between the stage and the wafer holder is measured, and the positional information is given to the main control system and fed back to the position control system of the XY stage by the interferometer. In this way, it is possible to correct even the positional deviation of the wafer holder, which could not be measured only by the interferometer, and it is possible to prevent the overlay accuracy from being deteriorated due to the expansion of the wafer holder.

【0096】[0096]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、基板ステ
ージと基板ホルダとの相対的なずれ、例えば基板ホルダ
の変形によるずれまで考慮に入れた位置合わせを行うこ
とで、重ね合わせ精度の向上を図ることが可能となる。
As described above, according to the present invention, by performing the alignment taking into account the relative displacement between the substrate stage and the substrate holder, for example, the displacement due to the deformation of the substrate holder, the overlay accuracy can be reduced. Improvement can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態である露光装置の概
略側面図である。
FIG. 1 is a schematic side view of an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の露光装置のA−A矢視である基板上方か
ら見た平面図である。
FIG. 2 is a plan view of the exposure apparatus shown in FIG.

【図3】本発明の第2の実施の形態である露光方法の流
れを示すフロー図である。
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of an exposure method according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 露光装置 11 レチクル 12 投影光学系 13 XYステージ 14 ウエハホルダ 15 照明光学系 21 ステージ干渉計 22 固定鏡 23 移動鏡 24 ギャップセンサ 25 主制御系 26 駆動部 27 アライメントセンサ W ウエハ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Exposure apparatus 11 Reticle 12 Projection optical system 13 XY stage 14 Wafer holder 15 Illumination optical system 21 Stage interferometer 22 Fixed mirror 23 Moving mirror 24 Gap sensor 25 Main control system 26 Drive unit 27 Alignment sensor W Wafer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上の複数の領域の各々をパターンで
露光する露光装置であって;前記基板を載置する基板ホ
ルダと;前記基板ホルダを支持する基板ステージと;前
記基板ステージの位置を計測するステージ位置計測装置
と;前記基板ステージと前記基板ホルダとの相対的位置
ずれを計測する相対位置計測装置とを備える;露光装
置。
An exposure apparatus for exposing each of a plurality of regions on a substrate with a pattern; a substrate holder on which the substrate is mounted; a substrate stage supporting the substrate holder; An exposure apparatus, comprising: a stage position measuring device for measuring; and a relative position measuring device for measuring a relative displacement between the substrate stage and the substrate holder.
【請求項2】 前記相対位置計測装置が、少なくとも3
カ所の相対的位置ずれを計測するように構成されてい
る、請求項1に記載の、露光装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the relative position measuring device has at least three
The exposure apparatus according to claim 1, wherein the exposure apparatus is configured to measure a relative positional shift between two places.
【請求項3】 前記基板の露光中、前記ステージ位置計
測装置及び前記相対位置計測装置の計測値に基づいて、
前記基板ステージの移動を制御する制御装置をさらに備
える、請求項1または請求項2に記載の、露光装置。
3. During exposure of the substrate, based on measurement values of the stage position measurement device and the relative position measurement device,
The exposure apparatus according to claim 1, further comprising a control device that controls movement of the substrate stage.
【請求項4】 前記基板上の複数のマークをそれぞれ検
出し、該複数のマークの各位置を計測するアライメント
装置と;該計測された位置に基づいて前記複数の領域の
各位置を検出するとともに、前記基板の露光中、前記相
対位置計測装置の計測値に基づいて、前記検出された位
置を補正し、該補正された位置にしたがって前記基板ス
テージの移動を制御する制御装置とをさらに備える、請
求項1または請求項2に記載の、露光装置。
4. An alignment device for respectively detecting a plurality of marks on the substrate and measuring respective positions of the plurality of marks; and detecting each position of the plurality of regions based on the measured positions. A control device that corrects the detected position based on the measurement value of the relative position measurement device during the exposure of the substrate, and controls movement of the substrate stage according to the corrected position. The exposure apparatus according to claim 1.
【請求項5】 前記パターンの像を前記基板上に投影す
る投影光学系と;前記基板の露光中、前記相対位置計測
装置の計測値に基づいて、前記パターン像の倍率と歪み
との少なくとも一方を調整する調整装置とを更に備える
ことを特徴とする;請求項1乃至請求項4のいずれかに
記載の露光装置。
5. A projection optical system for projecting an image of the pattern onto the substrate; and at least one of magnification and distortion of the pattern image based on a value measured by the relative position measuring device during exposure of the substrate. The exposure apparatus according to claim 1, further comprising: an adjustment device that adjusts the distance.
【請求項6】 基板を保持する基板ホルダが取り付けら
れる基板ステージを移動して、前記基板上の複数の領域
の各々をマスクのパターンで露光する方法において;前
記基板上の複数の領域の各位置を検出する工程と;前記
露光中、前記基板ステージと前記基板ホルダとの相対的
位置ずれを計測し、該計測された相対的位置ずれに基づ
いて前記検出された位置を補正する工程とを含み;前記
補正された位置にしたがって前記基板ステージの移動を
制御することを特徴とする、露光方法。
6. A method of exposing each of a plurality of regions on the substrate with a pattern of a mask by moving a substrate stage on which a substrate holder holding the substrate is mounted; each position of the plurality of regions on the substrate Detecting the relative position shift between the substrate stage and the substrate holder during the exposure, and correcting the detected position based on the measured relative position shift. An exposure method, wherein the movement of the substrate stage is controlled according to the corrected position.
【請求項7】 基板ステージに取り付けられた基板ホル
ダ上に載置される基板上の複数の領域の各々をマスクの
パターンで露光する方法において;前記複数の領域の各
位置を検出する工程と;前記露光中、前記基板ホルダの
変形量に基づいて前記検出された位置を補正する工程
と;前記複数の領域の少なくとも1つを前記パターンで
露光するために、前記補正された位置に基づいて前記基
板ステージを移動する工程とを含むことを特徴とする、
露光方法。
7. A method of exposing each of a plurality of regions on a substrate mounted on a substrate holder attached to a substrate stage with a pattern of a mask; and detecting respective positions of the plurality of regions; Correcting the detected position based on the amount of deformation of the substrate holder during the exposure; and exposing at least one of the plurality of regions with the pattern based on the corrected position. Moving the substrate stage.
Exposure method.
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