DE69604524T2 - Scanning exposure apparatus and exposure method using the same - Google Patents
Scanning exposure apparatus and exposure method using the sameInfo
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Description
Diese Erfindung betrifft einen Abtastbelichtungsapparat und ein Belichtungsverfahren unter Verwendung desselben, wobei eine Struktur eines Retikels auf einen Wafer übertragen wird, während das Retikel und der Wafer in einer Zeitbeziehung und in bezug auf ein optisches Projektionssystem abtastend bewegt werden.This invention relates to a scanning exposure apparatus and an exposure method using the same, wherein a pattern of a reticle is transferred to a wafer while the reticle and the wafer are scanned in a time relationship and with respect to a projection optical system.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel einer Relativlagebeziehung zwischen einem Wafer und einem Retikel in einem Step-and-Repeat-Belichtungsapparat als auch die Art und Weise des Erfassens einer Bildebene eines dazugehörigen optischen Projektionssystems.Fig. 12 shows an example of a relative positional relationship between a wafer and a reticle in a step-and-repeat exposure apparatus as well as the manner of detecting an image plane of an associated projection optical system.
In Fig. 12 bezeichnet das Bezugszeichen 200 eine Hg-Lampe, welche eine Lichtquelle eines Beleuchtungssystems ist. Mit 210 ist ein elliptischer Spiegel zum Sammeln des Lichts von der Hg-Lampe 200 bezeichnet, und mit 202 ist eine Kondensorlinse zum Sammeln des Lichts von dem elliptischen Spiegel 210 auf einem Retikel 6 bezeichnet. Das Retikel 6 ist mit einer Durchlaßmarke für die Justieroperation ausgebildet.In Fig. 12, reference numeral 200 denotes a Hg lamp, which is a light source of an illumination system. 210 denotes an elliptical mirror for collecting the light from the Hg lamp 200, and 202 denotes a condenser lens for collecting the light from the elliptical mirror 210 on a reticle 6. The reticle 6 is formed with a transmission mark for the alignment operation.
Mit dem Bezugszeichen 13 ist ein optisches Projektionssystem bezeichnet, und mit 14 ist ein Wafer bezeichnet. Mit 15 ist eine Waferaufnahmeeinrichtung bezeichnet, und mit 203 ist eine Durchlaßmarke des Wafers bezeichnet, welche der Durchlaßmarke des Retikels 6 entspricht. Mit 204 ist ein Lichtmengensensor zum Erfassen der Lichtmenge bezeichnet, die durch die Durchlaßmarke 203 des Wafers hindurchtritt. Der Lichtmengensensor 204 ist einstückig mit der Durchlaßmarke 203 des Wafers erzeugt. Mit 205 ist ein X-Y-Z-Tisch zum Bewegen des Wafers in die X-, die Y- und die Z-Richtung bezeichnet, und mit 206 ist ein Positionserfassungssystem zum Erfassen der Position des X-Y-Z-Tischs 205 bezeichnet. Mit 207 ist ein Lichtmengen-Meßsystem für den Lichtmengensensor bezeichnet, und mit 208 ist ein Steuersystem bezeichnet.Reference numeral 13 denotes a projection optical system, and 14 denotes a wafer. 15 denotes a wafer receiving device, and 203 denotes a transmission mark of the wafer which corresponds to the transmission mark of the reticle 6. 204 denotes a light quantity sensor for detecting the amount of light passing through the transmission mark 203 of the wafer. The light quantity sensor 204 is formed integrally with the transmission mark 203 of the wafer. 205 denotes an XYZ table for moving the wafer in the X, Y and Z directions, and 206 denotes a position detection system for Detecting the position of the XYZ table 205. Denoted by 207 is a light quantity measuring system for the light quantity sensor, and 208 is a control system.
In dieser Type des Belichtungsapparats sind die Durchlaßmarke 203 und der Lichtmengensensor 204, die auf dem X-Y-Z- Tisch 205 angeordnet sind, miteinander einstückig ausgebildet, und durch Erfassen der Position der größten Lichtmenge während deren Bewegung in der X-, der Y- und der Z-Richtung werden die Position eines projizierten Bilds des Retikels als auch die Position dessen Bildebene bestimmt (Japanisches Patent, Veröffentlichungs-Nr. 58766/1990).In this type of exposure apparatus, the transmission mark 203 and the light quantity sensor 204 arranged on the X-Y-Z table 205 are formed integrally with each other, and by detecting the position of the largest light quantity while moving it in the X, Y and Z directions, the position of a projected image of the reticle as well as the position of its image plane are determined (Japanese Patent Publication No. 58766/1990).
Das vorstehend erwähnte Verfahren in dem Step-and-Repeat-Belichtungsapparat ist in einem Fall wirkungsvoll, wenn das Retikel in bezug auf das optische Projektionssystem stationär gehalten wird.The above-mentioned method in the step-and-repeat exposure apparatus is effective in a case where the reticle is kept stationary with respect to the projection optical system.
In den Abtastbelichtungsapparaten, welche in letzer Zeit viel Beachtung gefunden haben, treten jedoch nachstehend genannte Probleme auf.However, in the scanning exposure devices, which have received much attention recently, the following problems occur.
In den Abtastbelichtungsapparaten wird in vielen Fällen eine Tiefultraviolett-Lasereinrichtung (z. B. KrF-Excimer-Lasereinrichtung oder ArF-Excimer-Lasereinrichtung) als eine Lichtquelle hoher Energie und kurzer Wellenlänge zur Erhöhung der Auflösung und der Produktivität verwendet.In the scanning exposure apparatus, in many cases, a deep ultraviolet laser device (e.g. KrF excimer laser device or ArF excimer laser device) is used as a high energy and short wavelength light source to increase the resolution and productivity.
Eine solche Tiefultraviolett-Lasereinrichtung weist im allgemeinen eine hohe Kohärenz auf, und es tritt ein Interferenzmuster (Fleckenmuster) auf der Oberfläche eines Wafers auf.Such a deep ultraviolet laser device generally has high coherence, and an interference pattern (spot pattern) appears on the surface of a wafer.
In den Abtastbelichtungsapparaten werden während des laufenden Belichtungsprozesses ein Retikel und ein Wafer relativ zu einem Beleuchtungslicht (oder zu dem Projektionssystem) abtastend bewegt. Dadurch wird die Wirkung eines solchen Fleckenmusters wesentlich vermindert. Wenn das Verfahren oder der Aufbau zum Erfassen der Position eines projizierten Bilds des Retikels oder die Position der Bildebene während des stationären Haltens des Retikels auf einen solchen Abtastbelichtungsapparat angewendet wird, ist die Erfassung wesentlich durch das Fleckenmuster beeinflußt, da die Erfassung in einem im wesentlichen stationären Zustand auszuführen ist (d. h., ohne Nutzung der vorteilhaften Merkmale des Abtastbelichtungsapparats). Demzufolge ist die exakte Lichtmengenmessung nicht erreichbar.In the scanning exposure apparatus, a reticle and a wafer are moved in a scanning manner relative to an illumination light (or to the projection system) during the ongoing exposure process. This creates the effect of such a speckle pattern is substantially reduced. When the method or structure for detecting the position of a projected image of the reticle or the position of the image plane while holding the reticle stationary is applied to such a scanning exposure apparatus, the detection is substantially influenced by the speckle pattern because the detection is to be carried out in a substantially stationary state (ie, without utilizing the advantageous features of the scanning exposure apparatus). Consequently, the accurate light quantity measurement is not achievable.
In den Abtastbelichtungsapparaten sollte im Vergleich mit den Step-and-Repeat-Belichtungsapparaten die Lichtenergiedichte in dem Belichtungslicht-Bestrahlungsbereich höher eingestellt werden, um den Durchsatz zu erhalten. Abschließend sollte besondere Aufmerksamkeit der Auslegung im Hinblick auf die Haltbarkeit der optischen Bauteile gewidmet werden. Als eine Maßnahme dazu kann es im Hinblick auf die Abtastrichtung vorteilhaft sein, eine wirksame Lichtquelle während der Abtastbewegung vorzusehen (die Form der wirksamen Lichtquelle ist in dem Belichtungsbereich in der Abtastrichtung des optischen Projektionssystems verschieden). Dies ermöglicht die Trennung innerhalb der optischen Projektionssystems der Lichtenergie-Sammelposition zwischen der Abtastrichtung und einer Richtung rechtwinklig zu der Abtastrichtung, und es verhindert die Konzentration der Lichtenergie auf ein Element oder auf Elemente, welche das optische Projektionssystem ausbilden.In the scanning exposure apparatus, compared with the step-and-repeat exposure apparatus, the light energy density in the exposure light irradiation area should be set higher in order to maintain the throughput. Finally, special attention should be paid to the design in terms of durability of the optical components. As a measure for this, it may be advantageous to provide an effective light source during the scanning movement with respect to the scanning direction (the shape of the effective light source is different in the exposure area in the scanning direction of the projection optical system). This enables the separation within the projection optical system of the light energy collection position between the scanning direction and a direction perpendicular to the scanning direction, and prevents the concentration of the light energy on an element or elements constituting the projection optical system.
Wenn jedoch die vorstehend erwähnte Maßnahme angewendet wird, ist die wirksame Lichtquelle zwischen dem Abtastzustand und dem stationären Zustand verschieden.However, when the above-mentioned measure is applied, the effective light source is different between the scanning state and the stationary state.
In anderen Worten, in dem Verfahren oder bei dem Aufbau zum Erfassen der Position des projizierten Bilds des Retikels oder zum Erfassen der Bildebene in im wesentlichen stationärem Zustand ist es auf Grund des Unterschieds der wirksamen Lichtquelle in dem Belichtungsbereich schwierig, die Position des projizierten Bilds des Retikels oder der Bildebene, wie in dem Abtastzustand, exakt zu erfassen.In other words, in the method or structure for detecting the position of the projected image of the reticle or for detecting the image plane in a substantially stationary state, it is necessary to detect the position of the projected image of the reticle or the image plane in a substantially stationary state due to the difference in the effective Light source in the exposure area, it is difficult to accurately detect the position of the projected image of the reticle or the image plane as in the scanning state.
In Abtastbelichtungsapparaten werden die Stellung des Retikeltischs zum abtastenden Bewegen eines Retikels und die Stellung des Abtasttischs für das abtastende Bewegen eines Wafers so gesteuert, um während der Abtastbewegung eine ideale Position zu halten. Es ist jedoch keine spezielle Einrichtung zum Erfassen der Änderung der Stellung zwischen dem Abtastzustand und dem stationären Zustand vorgesehen. Bei dem Verfahren, welches die Messung in im wesentlichen stationären Zustand ausführt, ist die Wirkung der Stellung des Abtasttischs nicht einbezogen, und daher ist es schwierig, die Position des projizierten Bilds des Retikels und der Bildebene in dem Abtastzustand exakt zu erfassen.In scanning exposure apparatuses, the position of the reticle stage for scanning a reticle and the position of the scanning stage for scanning a wafer are controlled to maintain an ideal position during the scanning movement. However, no special means is provided for detecting the change in position between the scanning state and the stationary state. In the method which carries out the measurement in a substantially stationary state, the effect of the position of the scanning stage is not taken into account, and therefore it is difficult to accurately detect the position of the projected image of the reticle and the image plane in the scanning state.
Es ist eine Aufgabe eines Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und/oder einen Apparat für einen Abtastbelichtungsapparat zu schaffen, wodurch die Position eines projizierten Bilds des Retikels, die Bildebenenposition und/oder ein Vergrößerungsfehler in dem Abtastzustand exakt meßbar sind.It is an object of an aspect of the present invention to provide a method and/or an apparatus for a scanning exposure apparatus whereby the position of a projected image of the reticle, the image plane position and/or a magnification error in the scanning state can be accurately measured.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Abtastbelichtungsapparat aufgezeigt, der aufweist: einen ersten bewegbaren Tisch zum Tragen eines ersten Objekts, der in einer vorbestimmten eindimensionalen Richtung bewegbar ist, einen zweiten bewegbaren Tisch zum Tragen eines zweiten Objekts, der in einer vorbestimmten eindimensionalen Richtung bewegbar ist, ein Projektionssystem zum Projizieren einer Struktur des ersten Objekts durch ein optisches Projektionssystem auf das zweite Objekt während dem abtastenden Bewegen des ersten und des zweiten bewegbaren Tischs in einer Zeitbeziehung in bezug auf das optische Projektionssystem, eine erste Marke, die auf dem ersten Objekt ausgebildet ist und eine Vielzahl von Markierungen einschließt, die entlang einer Abtastrichtung regelmäßig angeordnet sind, eine Bezugsplatte, die an dem zweiten bewegbaren Tisch fest angeordnet ist und eine zweite Marke aufweist, die eine Vielzahl von Markierungen einschließt, die entlang der Abtastrichtung regelmäßig angeordnet sind, einen dritten bewegbaren Tisch zum Tragen des zweiten bewegbaren Tischs, der in einer Richtung bewegbar ist, die sich von der Bewegungsrichtung des zweiten Tischs unterscheidet, eine Photoerfassungseinrichtung, die an dem dritten bewegbaren Tisch fest angeordnet ist, und eine Steuereinrichtung mit einer ersten Funktion zum Bewegen des zweiten und des dritten bewegbaren Tischs auf eine Weise, um die Bezugsplatte und die Photoerfassungseinrichtung in einer Position eines Bilds der ersten Marke anzuordnen, wie es durch das optische Projektionssystem projiziert ist, und mit einer zweiten Funktion zum Erfassen des Bilds der ersten Marke durch die zweite Marke unter Verwendung der Photoerfassungseinrichtung während der Bewegung des ersten und des zweiten bewegbaren Tischs in einer Zeitbeziehung in bezug auf das optische Projektionssystem.According to one aspect of the present invention, there is provided a scanning exposure apparatus comprising: a first movable table for supporting a first object which is movable in a predetermined one-dimensional direction, a second movable table for supporting a second object which is movable in a predetermined one-dimensional direction, a projection system for projecting a pattern of the first object onto the second object through a projection optical system while scanningly moving the first and second movable tables in a time relationship with respect to the projection optical system, a first mark formed on the first object and including a plurality of marks which regularly arranged along a scanning direction, a reference plate fixedly arranged on the second movable table and having a second mark including a plurality of marks regularly arranged along the scanning direction, a third movable table for supporting the second movable table which is movable in a direction different from the moving direction of the second table, photodetecting means fixedly arranged on the third movable table, and control means having a first function of moving the second and third movable tables in a manner to arrange the reference plate and the photodetecting means at a position of an image of the first mark as projected by the projection optical system, and having a second function of detecting the image of the first mark by the second mark using the photodetecting means during movement of the first and second movable tables in a time relationship with respect to the projection optical system.
In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß diesem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist der zweite bewegbare Tisch eine verschiebbare Einrichtung auf, die in einer Richtung der optischen Achse des optischen Projektionssystems verschoben werden kann, um die Position der Bezugsplatte in bezug auf die Richtung der optischen Achse zu ändern, so daß die Photoerfassungseinrichtung das Bild der ersten Marke durch die zweite Marke erfaßt.In a preferred embodiment according to this aspect of the present invention, the second movable table comprises a displaceable device which can be displaced in a direction of the optical axis of the projection optical system to change the position of the reference plate with respect to the direction of the optical axis so that the photodetecting device detects the image of the first mark through the second mark.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform dieses Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung weisen jeweils die erste und die zweite Marke eine Marke mit einer Vielzahl von Markierungen auf, die periodisch regelmäßig angeordnet sind.In another preferred embodiment of this aspect of the present invention, each of the first and second marks comprises a mark having a plurality of marks arranged periodically in a regular manner.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieses Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung weist jeweils die erste und die zweite Marke eine Marke mit einer Vielzahl von Markierungen auf, welche unterschiedliche Neigungen aufweisen.In a further preferred embodiment of this aspect of the present invention, each of the first and second marks comprises a mark having a plurality of Markings that have different inclinations.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform dieses Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung bestimmt die Steuereinrichtung die Position, in welche die erste Marke durch das optische Projektionssystem auf die zweite Marke projiziert wird, auf der Grundlage eines Signals als Reaktion auf die Erfassung des Bilds der ersten Marke durch die zweite Marke durch die Photoerfassungseinrichtung und auf der Grundlage der Positionen des ersten und des zweiten bewegbaren Tischs zu dem Zeitpunkt, wenn das Signal erfaßt ist.In a still further preferred embodiment of this aspect of the present invention, the control means determines the position at which the first mark is projected onto the second mark by the projection optical system, based on a signal in response to the detection of the image of the first mark through the second mark by the photodetecting means and based on the positions of the first and second movable tables at the time the signal is detected.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform dieses Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung bestimmt die Steuereinrichtung die Position in der Richtung der optischen Achse des optischen Projektionssystems, wenn die erste Marke durch das optische Projektionssystem abgebildet wird, auf der Grundlage eines Signals als Reaktion auf die Erfassung durch die Photoerfassungseinrichtung des Bilds der ersten Marke durch die zweite Marke und auf der Grundlage der Position des zweiten bewegbaren Tischs, wenn das Signal erfaßt ist.In a still further preferred embodiment of this aspect of the present invention, the control means determines the position in the optical axis direction of the projection optical system when the first mark is imaged by the projection optical system, based on a signal in response to the detection by the photodetecting means of the image of the first mark by the second mark and based on the position of the second movable table when the signal is detected.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Belichtungsverfahren aufgezeigt, das mit einem Abtastbelichtungsapparat zum Projizieren einer Struktur eines ersten Objekts durch ein optisches Projektionssystem auf ein zweites Objekt verwendbar ist, während der abtastenden Bewegung des ersten und des zweiten Objekts in einer Zeitbeziehung in bezug auf das optische Projektionssystem, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Vorsehen einer ersten Marke mit einer Vielzahl von Markierungen, die entlang einer Abtastrichtung regelmäßig angeordnet sind, Vorsehen einer Bezugsplatte, die an einem bewegbaren Tisch zum Tragen des zweiten Objekts fest darauf angeordnet ist und eine zweite Marke mit einer Vielzahl von Markierungen aufweist, die entlang der Abtastrichtung regelmäßig angeordnet sind, Anordnen einer Photoerfassungseinrichtung in einer Position, in wel che ein Bild der ersten Marke durch das optische Projektionssystem projiziert wird oder zu projizieren ist, und Erfassen des Bilds der ersten Marke durch die zweite Marke unter Verwendung der Photoerfassungseinrichtung während der abtastenden Bewegung des ersten Objekts und der Bezugsplatte in einer Zeitbeziehung in bezug auf das optische Projektionssystem.According to another aspect of the present invention, there is provided an exposure method usable with a scanning exposure apparatus for projecting a pattern of a first object through a projection optical system onto a second object during scanning movement of the first and second objects in a time relationship with respect to the projection optical system, the method comprising the steps of: providing a first mark having a plurality of markings regularly arranged along a scanning direction, providing a reference plate fixedly mounted on a movable table for supporting the second object and having a second mark having a plurality of markings regularly arranged along the scanning direction, arranging a photodetector in a position in which an image of the first mark is or is to be projected by the projection optical system, and capturing the image of the first mark by the second mark using the photodetecting means during the scanning movement of the first object and the reference plate in a time relationship with respect to the projection optical system.
In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß diesem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird in dem Erfassungsschritt das Bild der ersten Marke durch die zweite Marke unter Verwendung der Photoerfassungseinrichtung erfaßt, während die Position der Bezugsplatte in bezug auf die Richtung der optischen Achse des optischen Projektionssystems geändert wird.In a preferred embodiment according to this aspect of the present invention, in the detecting step, the image of the first mark is detected by the second mark using the photodetecting means while changing the position of the reference plate with respect to the direction of the optical axis of the projection optical system.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform dieses Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner das Bestimmen der Position auf, in welche die erste Marke durch das optische Projektionssystem auf die zweite Marke projiziert wird oder zu projizieren ist, auf der Grundlage der Positionen der ersten und der zweiten Marke zu einem Zeitpunkt, wenn das Bild der ersten Marke durch die zweite Marke unter Verwendung der Photoerfassungseinrichtung erfaßt wird.In another preferred embodiment of this aspect of the present invention, the method further comprises determining the position into which the first mark is or is to be projected onto the second mark by the projection optical system based on the positions of the first and second marks at a time when the image of the first mark is captured by the second mark using the photodetecting device.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieses Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner auf: Bestimmen der Position in bezug auf die Richtung der optischen Achse, in welcher die erste Marke durch das optische Projektionssystem abgebildet wird, auf der Grundlage eines Signals als Reaktion auf die Erfassung des Bilds der ersten Marke durch die zweite Marke unter Verwendung der Photoerfassungseinrichtung und auf der Grundlage der Position der Bezugsplatte in bezug auf die Richtung der optischen Achse zu einem Zeitpunkt des Erfassens des Signals.In a further preferred embodiment of this aspect of the present invention, the method further comprises: determining the position with respect to the optical axis direction in which the first mark is imaged by the projection optical system based on a signal in response to the detection of the image of the first mark by the second mark using the photodetecting means and based on the position of the reference plate with respect to the optical axis direction at a time of detecting the signal.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung aufgezeigt, das mit einem Abtastbelichtungsapparat zum Projizieren einer Struktur eines Retikels durch ein optisches Projektionssystem auf einen Wafer verwendbar ist, während das Retikel und der Wafer in einer Zeitbeziehung in bezug auf das optische Projektionssystem abtastend bewegt werden, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Vorsehen einer Retikelmarke mit einer Vielzahl von Markierungen, die entlang einer Abtastrichtung regelmäßig angeordnet sind, auf dem Retikel, Vorsehen einer Bezugsplatte, die auf einem bewegbaren Tisch zum Tragen des Wafers fest angeordnet ist, und der eine Wafermarke mit einer Vielzahl von Markierungen aufweist, die entlang der Abtastrichtung regelmäßig angeordnet sind, Anordnen einer Photoerfassungseinrichtung in einer Position, in welche durch das optische Projektionssystem ein Bild der Retikelmarke projiziert wird oder zu projizieren ist, und Erfassen des Bilds der Retikelmarke durch die Wafermarke unter Verwendung der Photoerfassungseinrichtung während der abtastenden Bewegung des Retikels und der Bezugsplatte in einer Zeitbeziehung in bezug auf das optische Projektionssystem.According to a further aspect of the present invention, a method for producing a device which is usable with a scanning exposure apparatus for projecting a pattern of a reticle through a projection optical system onto a wafer while scanning the reticle and the wafer in a time relationship with respect to the projection optical system, the method comprising the steps of: providing a reticle mark having a plurality of marks regularly arranged along a scanning direction on the reticle, providing a reference plate fixedly arranged on a movable table for supporting the wafer and having a wafer mark having a plurality of marks regularly arranged along the scanning direction, arranging a photodetector at a position into which an image of the reticle mark is or is to be projected by the projection optical system, and capturing the image of the reticle mark through the wafer mark using the photodetector during the scanning movement of the reticle and the reference plate in a time relationship with respect to the projection optical system.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.The embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 zeigt eine schematische und diagrammatische Ansicht des allgemeinen Aufbaus eines Abtastbelichtungsapparats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,Fig. 1 is a schematic and diagrammatic view of the general structure of a scanning exposure apparatus according to an embodiment of the present invention,
Fig. 2 zeigt eine schematische und perspektivische Ansicht eines Hauptabschnitts eines Abtastbelichtungsapparats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,Fig. 2 is a schematic and perspective view of a main portion of a scanning exposure apparatus according to an embodiment of the present invention,
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Durchlaßmarke eines Retikels,Fig. 3 shows an enlarged view of a transmission mark of a reticle,
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Durchlaßmarke eines Wafers,Fig. 4 shows an enlarged view of a pass mark of a wafer,
Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Lichtmengensensors,Fig. 5 shows an enlarged view of a light quantity sensor,
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Art und Weise des Erfassens der Position eines Retikels,Fig. 6 is a schematic view for explaining the manner of detecting the position of a reticle,
Fig. 7 zeigt eine schematische Ansicht, ähnlich Fig. 6, zur Erläuterung der Art und Weise des Erfassens der Position eines Retikels,Fig. 7 shows a schematic view, similar to Fig. 6, for explaining the manner of detecting the position of a reticle,
Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Erfassungsprozesses, wobei Teil 8-1 der Fig. 8 die Relativlagebeziehung zwischen einer Durchlaßmarke eines Retikels und einer Durchlaßmarke eines Wafers schematisch darstellt, wobei Teil 8-2 der Fig. 8 Ausgangssignale des Lichtmengensensors während der Retikelpositionsmessung schematisch darstellt, wobei Teil 8-3 der Fig. 8 Ausgangssignale des Lichtmengensensors während der Retikelbildebenenmessung schematisch darstellt und wobei Teil 8-4 der Fig. 8 Ausgangssignale des Lichtmengensensors während der Retikelvergrößerungsfehlermessung schematisch darstellt,Fig. 8 is a schematic view for explaining the detection process, wherein part 8-1 of Fig. 8 schematically shows the relative positional relationship between a transmission mark of a reticle and a transmission mark of a wafer, wherein part 8-2 of Fig. 8 schematically shows output signals of the light quantity sensor during reticle position measurement, wherein part 8-3 of Fig. 8 schematically shows output signals of the light quantity sensor during reticle image plane measurement, and wherein part 8-4 of Fig. 8 schematically shows output signals of the light quantity sensor during reticle magnification error measurement,
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht eines Abtastbelichtungsapparats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Erläuterung der Lagebeziehung,Fig. 9 is a plan view of a scanning exposure apparatus according to an embodiment of the present invention for explaining the positional relationship,
Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht eines Justiermikroskops,Fig. 10 shows a schematic view of an alignment microscope,
Fig. 11 zeigt eine schematische Ansicht einer Bezugsstruktur innerhalb des Justiermikroskops,Fig. 11 shows a schematic view of a reference structure within the alignment microscope,
Fig. 12 zeigt eine schematische Ansicht eines Abtastbelichtungsapparats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Erläuterung der Lagebeziehung,Fig. 12 is a schematic view of a scanning exposure apparatus according to an embodiment of the present invention for explaining the positional relationship,
Fig. 13 zeigt einen Ablaufplan der Herstellungsprozesse der Einrichtung, undFig. 13 shows a flow chart of the manufacturing processes of the device, and
Fig. 14 zeigt einen Ablaufplan eines Waferprozesses.Fig. 14 shows a flow chart of a wafer process.
Fig. 1 zeigt einen Abtastbelichtungsapparat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit dem Bezugszeichen 1 ist eine Excimer-Lasereinrichtung zum Erzeugen von Impulslicht bezeichnet, und mit 2 ist eine Lichtstrahl-Formeinrichtung zum Formen des Lichts von der Excimer-Lasereinrichtung in eine gewünschte Größe bezeichnet. Mit 3 ist ein Spiegel bezeichnet, und mit 4 ist ein Photosensor zum Erfassen der Beleuchtungsstärke auf der Oberfläche eines Retikels bezeichnet. Mit 5 ist eine Kondensorlinse bezeichnet, und mit 6 ist ein Retikel bezeichnet. Mit 7 ist ein Retikeltisch zum Halten des Retikels 6 und zum Ausführen der Abtastbewegung während des Belichtungsprozesses bezeichnet. Mit 8 ist ein Linearmotor zum abtastenden Bewegen des Retikeltischs 7 in einer gezeigten Richtung bezeichnet, und mit 9 ist ein Gitterstrichspiegel bezeichnet, der an dem Retikeltisch 7 fest angeordnet ist. Mit 10 ist ein Laserinterferometer zum Erfassen der Geschwindigkeit oder der Position des Retikeltischs 7 bezeichnet, und mit 11 ist ein Vergrößerungsjustiermechanismus zum sehr geringen Ändern der Vergrößerung eines Projektionssystems bezeichnet. Mit 12 ist ein Motor zum Betätigen des Vergrößerungsjustiermechanismus 11 bezeichnet, und mit 13 ist ein optisches Projektionssystem zum Projizieren einer Struktur des Retikels auf einen Wafer 14 bezeichnet.Fig. 1 shows a scanning exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. Numeral 1 denotes an excimer laser device for generating pulsed light, and 2 denotes a light beam shaping device for shaping the light from the excimer laser device into a desired size. Numeral 3 denotes a mirror, and 4 denotes a photosensor for detecting the illuminance on the surface of a reticle. Numeral 5 denotes a condenser lens, and 6 denotes a reticle. Numeral 7 denotes a reticle table for holding the reticle 6 and for performing the scanning movement during the exposure process. Numeral 8 denotes a linear motor for scanning the reticle table 7 in a direction shown, and 9 denotes a grating mirror fixed to the reticle table 7. Denoted at 10 is a laser interferometer for detecting the speed or position of the reticle stage 7, and at 11 is a magnification adjustment mechanism for very slightly changing the magnification of a projection system. Denoted at 12 is a motor for operating the magnification adjustment mechanism 11, and at 13 is an optical projection system for projecting a pattern of the reticle onto a wafer 14.
Mit 15 ist eine Waferaufnahmeeinrichtung zum Halten eines Wafers 14 bezeichnet, und mit 16 ist ein 8Z-Kipptisch zum drehenden, senkrechten und kippenden Bewegen der Waferaufnahmeeinrichtung 15 bezeichnet. Mit 17 ist ein Abtasttisch, zum Halten des θZ-Tischs 16 und zum Ausführen der Abtastbewegung während der Belichtungsoperation bezeichnet. Mit 18 ist ein Y-Tisch zum Bewegen des Abtasttischs 17 in einer Richtung rechtwinklig zu der Abtastrichtung bezeichnet, und mit 19 ist ein Tischgrundkörper bezeichnet, auf welchem der Y-Tisch 18 angeordnet ist. Mit 20 ist ein L-förmiger Gitterstrichspiegel bezeichnet, der an der Waferaufnahmeeinrichtung 15 fest angeordnet ist, und mit 21 ist ein Laserinter ferometer zum Erfassen der Geschwindigkeit oder der Position der Waferaufnahmeeinrichtung 15 in der Abtastrichtung bezeichnet. Mit 22 ist ein Laserinterferometer zum Erfassen der Geschwindigkeit oder der Position der Waferaufnahmeeinrichtung 15 in einer Richtung rechtwinklig zu der Abtastrichtung bezeichnet. Mit 23 ist ein Linearmotor zum Antrieb des Abtasttischs 17 in der Abtastrichtung bezeichnet, und mit 24 ist ein Linearmotor zum Antrieb des Y-Tischs 18 in einer Richtung rechtwinklig zu der Abtastrichtung bezeichnet.15 denotes a wafer support device for holding a wafer 14, and 16 denotes an 8Z tilting table for rotating, vertically and tiltingly moving the wafer support device 15. 17 denotes a scanning table for holding the θZ table 16 and for carrying out the scanning movement during the exposure operation. 18 denotes a Y table for moving the scanning table 17 in a direction perpendicular to the scanning direction, and 19 denotes a table base on which the Y table 18 is arranged. 20 denotes an L-shaped grating mirror which is fixedly arranged on the wafer support device 15, and 21 denotes a laser inter ferometer for detecting the speed or position of the wafer holder 15 in the scanning direction. 22 denotes a laser interferometer for detecting the speed or position of the wafer holder 15 in a direction perpendicular to the scanning direction. 23 denotes a linear motor for driving the scanning table 17 in the scanning direction, and 24 denotes a linear motor for driving the Y-table 18 in a direction perpendicular to the scanning direction.
Mit 25 ist ein Lichtabstrahlabschnitt eines Kipp- und Fokuserfassungssystems zum Projizieren eines Lichtstrahls auf die Oberfläche des Wafers bezeichnet. Mit 26 ist ein Lichtaufnahmeabschnitt des Kipp- und Fokuserfassungssystems zum Messen der Position des Lichts von dem Lichtabstrahlabschnitt 25 bezeichnet, das durch die Oberfläche des Wafers 14 reflektiert ist, um dadurch die Neigung und die Position der Waferoberfläche zu messen. Die mit 25 und 26 bezeichneten Bauelemente wirken zusammen, um das Kipp- und Fokuserfassungssystem auszubilden.Denoted at 25 is a light emitting section of a tilt and focus detecting system for projecting a light beam onto the surface of the wafer. Denoted at 26 is a light receiving section of the tilt and focus detecting system for measuring the position of the light from the light emitting section 25 reflected by the surface of the wafer 14 to thereby measure the inclination and position of the wafer surface. The components designated at 25 and 26 cooperate to form the tilt and focus detecting system.
Mit 30 ist ein Justiermikroskop zum Messen der Position einer Justiermarke auf dem Wafer 14 bezeichnet, und mit 31 ist eine TV-Kamera bezeichnet, die an dem Justiermikroskop 30 angeordnet ist. Mit 32 ist eine abtasttischseitige Durchlaßmarkenplatte bezeichnet, die an der Waferaufnahmeeinrichtung 15 fest angeordnet ist, auf welcher eine retikelseitige Durchlaßmarke abzubilden ist. Mit 33 ist eine Abbildungslinse zum Projizieren von Licht von einem Bild der retikelseitigen Durchlaßmarke auf einen Lichtmengensensor 34 bezeichnet. Mit 34 ist der Lichtmengensensor bezeichnet, welcher vier Lichterfassungsabschnitte aufweist. Mit 35 ist eine Lichtmengensensoreinheit bezeichnet, welche auf dem Y-Tisch fest angeordnet ist und welche die Abbildungslinse 33 und den Lichtmengensensor 34 als eine Einheit ausgebildet aufweist.30 denotes an alignment microscope for measuring the position of an alignment mark on the wafer 14, and 31 denotes a TV camera arranged on the alignment microscope 30. 32 denotes a scanning table-side transmission mark plate which is fixedly arranged on the wafer holder 15, on which a reticle-side transmission mark is to be imaged. 33 denotes an imaging lens for projecting light from an image of the reticle-side transmission mark onto a light quantity sensor 34. 34 denotes the light quantity sensor which has four light detection sections. 35 denotes a light quantity sensor unit which is fixedly arranged on the Y-table and which has the imaging lens 33 and the light quantity sensor 34 formed as a unit.
Mit 40 ist eine Lichtabstrahlsteuereinrichtung bezeichnet, welche als Reaktion auf eine Eingabe von Positionsdaten des Abtasttischs 17 betreibbar ist, um ein Lichtabstrahl-Befehlssignal zu erzeugen und an die Excimer-Lasereinrichtung 1 anzulegen, wenn der Abtasttisch 17 in eine vorbestimmte Lagebeziehung versetzt ist. Mit 41 ist eine Strom/Spannung- Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln eines photoelektrischen Stromsignals von dem Photosensor 4, der die Beleuchtungsstärke auf der Retikeloberfläche erfaßt, in ein Spannungssignal, bezeichnet. Mit 42 ist eine Integrationseinrichtung zum Integrieren der Spannungsausgangssignale der Strom/- Spannung-Umwandlungseinrichtung 41 bezeichnet, und mit 43 ist eine Analog/Digital-(A/D)-Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln von Analogdaten der Integrationseinrichtung 42 in Digitaldaten bezeichnet. Mit 44 ist ein Speicher zum Einstellen der Position einer Übertragungslinse als Reaktion auf eine Zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 70 bezeichnet. Mit 45 ist eine Digital/Analog-(D/A)-Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln von Digitaldaten vom Speicher 44 in Analogdaten bezeichnet. Mit 46 ist eine Ansteuereinrichtung zum Betätigen eines Übertragungslinsen-Antriebsmotors 12 gemäß den Positionsdaten von der D/A-Umwandlungseinrichtung 45 bezeichnet.Denoted at 40 is a light emission control means operable in response to an input of position data of the scanning table 17 to generate and apply a light emission command signal to the excimer laser device 1 when the scanning table 17 is displaced in a predetermined positional relationship. Denoted at 41 is a current/voltage converting means for converting a photoelectric current signal from the photosensor 4 which detects the illuminance on the reticle surface into a voltage signal. Denoted at 42 is an integrating means for integrating the voltage output signals of the current/voltage converting means 41, and denoted at 43 is an analog/digital (A/D) converting means for converting analog data of the integrating means 42 into digital data. Denoted at 44 is a memory for setting the position of a relay lens in response to a central processing unit (CPU) 70. Denoted at 45 is a digital-to-analog (D/A) converter for converting digital data from the memory 44 into analog data. Denoted at 46 is a driver for operating a relay lens drive motor 12 according to the position data from the D/A converter 45.
Mit 50, 53 und 56 sind jeweils Speicher zum Speichern von Abtastgeschwindigkeit-Befehlssignalen für den Retikeltisch 7, den Abtasttisch 17 und den Y-Tisch 18 bezeichnet. Mit 51, 54 und 57 sind A/D-Umwandlungseinrichtungen zum Umwandeln von Digitaldaten von den Speichern 50, 53 und 56 in Analogdaten bezeichnet, und mit 52, 55 und 58 sind Ansteuereinrichtungen zum Verstärken von Analogsignalen von den A/D- Umwandlungseinrichtungen 51, 54 und 57 bezeichnet, um die Linearmotoren 8, 23 und 24 anzutreiben. Mit 60, 61 und 62 sind jeweils Positionszähleinrichtungen für den Retikeltisch 7, den Abtasttisch 17 und den Y-Tisch 18 bezeichnet. Mit 63, 64, 65 und 66 sind A/D-Umwandlungseinrichtungen zum Umwandeln von Analogsignalen, die von dem Lichtmengensensor daran angelegt werden, welcher vier Lichterfassungsabschnitte aufweist, in Digitaldaten bezeichnet. Mit 70 ist die Zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) bezeichnet, welche betriebswirksam ist, um den Belichtungsapparat als ein Ganzes zu steuern. Mit 71 ist ein Nur-Lese-Speicher (ROM) bezeichnet, welcher verschiedene Programme und Steuerdaten für die CPU 70 speichert. Mit 72 ist ein Direktzugriffsspeicher (RAM) bezeichnet, welcher durch die CPU zum zeitweisen Speichern verwendet wird.Denoted at 50, 53 and 56 are memories for storing scanning speed command signals for the reticle stage 7, the scanning stage 17 and the Y stage 18, respectively. Denoted at 51, 54 and 57 are A/D conversion means for converting digital data from the memories 50, 53 and 56 into analog data, and 52, 55 and 58 are drive means for amplifying analog signals from the A/D conversion means 51, 54 and 57 to drive the linear motors 8, 23 and 24. Denoted at 60, 61 and 62 are position counting means for the reticle stage 7, the scanning stage 17 and the Y stage 18, respectively. 63, 64, 65 and 66 denote A/D conversion devices for converting analog signals applied thereto from the light quantity sensor, which has four light detection sections, into digital data. 70 denotes the central 71 denotes a read-only memory (ROM) which stores various programs and control data for the CPU 70. 72 denotes a random access memory (RAM) which is used by the CPU for temporary storage.
Die Operation dieser Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf die nachfolgend aufgelisteten Posten erläutert:The operation of this embodiment is explained below with reference to the items listed below:
(1) Anordnung des Retikels(1) Arrangement of the reticle
(2) Erfassung der Retikelposition(2) Detection of the reticle position
(3) Erfassung der Bildebene des Retikels(3) Detection of the image plane of the reticle
(4) Erfassung des Gesamtretikeloberflächen- Vergrößerungsfehlers(4) Detection of the total reticle surface magnification error
(5) Justierung des Grobfokus des Justiermikroskops(5) Adjustment of the coarse focus of the alignment microscope
(6) Justierung der Mikroskopbezugsstruktur- Positionserfassung(6) Adjustment of the microscope reference structure position detection
(7) Laden des Wafers(7) Loading the wafer
(8) Erfassung der Waferposition(8) Detection of wafer position
(9) Abtastbelichtung(9) Scanning exposure
(10) Entladen des Wafers(10) Unloading the wafer
Nachdem das Retikel 6 auf den Retikeltisch 7 geladen ist, werden ein Mikroskop (nicht gezeigt) für das Retikel und ein Retikelantriebsmechanismus (nicht gezeigt) verwendet, um das Retikel 6 in einer vorbestimmten Position auf dem Retikeltisch 7 anzuordnen.After the reticle 6 is loaded onto the reticle stage 7, a microscope (not shown) for the reticle and a reticle driving mechanism (not shown) are used to place the reticle 6 in a predetermined position on the reticle stage 7.
Nachdem das Positionieren des Retikels 6 abgeschlossen ist, wird die Lichtmengensensoreinheit 35, die auf dem Y-Tisch 18 angeordnet ist, mit der Bewegung des Y-Tischs 18 in den Belichtungsbereich des optischen Projektionssystems 13 bewegt.After the positioning of the reticle 6 is completed, the light quantity sensor unit 35 arranged on the Y-table 18 is moved into the exposure area of the projection optical system 13 with the movement of the Y-table 18.
Mit der Bewegung des Abtasttischs 17 wird auch die abtasttischseitige Durchlaßmarkenplatte 32 in den Belichtungsbereich bewegt. Mit dieser Bewegung des Abtasttischs 17 bewegt sich die abtasttischseitige Durchlaßmarkenplatte 32 in eine Position über der Lichtmengensensoreinheit 35. Dies ist in Fig. 2 gezeigt. In Fig. 2 ist mit dem Bezugszeichen 100 die Zone des Retikels gezeigt, welche dem Belichtungsprozeß zu unterziehen ist. Mit 101 ist ein Beleuchtungsbereich bezeichnet, der durch das Beleuchtungssystem definiert ist. Mit 102 sind retikelseitige Durchlaßmarken bezeichnet, welche auf dem Retikel 6 erzeugt sind, und mit 103 sind Durchlaßmarken bezeichnet, welche auf der abtasttischseitigen Durchlaßmarkenplatte erzeugt sind. Mit 111-114 sind vier Lichtmengenerfassungsabschnitte des Lichtmengensensors 34 bezeichnet.With the movement of the scanning table 17, the scanning table-side transmission mark plate 32 is also moved into the exposure area. With this movement of the scanning table 17, the scanning table-side transmission mark plate 32 moves to a position above the light quantity sensor unit 35. This is shown in Fig. 2. In Fig. 2, reference numeral 100 shows the zone of the reticle that is to be subjected to the exposure process. 101 designates an illumination area defined by the illumination system. 102 designates reticle-side transmission marks that are produced on the reticle 6, and 103 designates transmission marks that are produced on the scanning table-side transmission mark plate. 111-114 designate four light quantity detection sections of the light quantity sensor 34.
Nach der vorstehend beschriebenen Operation werden der Retikeltisch 7 und der Abtasttisch 17 so positioniert, um zu gewährleisten, daß ein Bild einer besonderen Marke in einem mittleren Abschnitt in der Abtastrichtung der retikelseitigen Durchlaßmarken 121-124 (Fig. 3), wie durch das optische Projektionssystem 13 erzeugt, mit einer besonderen Marke in einem mittleren Abschnitt in der Abtastrichtung der abtasttischseitigen Durchlaßmarken 125-128 (Fig. 4) zur Deckung gelangt. Anschließend wird die Abtastbewegung mit einer Abtastgeschwindigkeit ähnlich der während des Waferbelichtungsprozesses eingeleitet.After the above-described operation, the reticle stage 7 and the scanning stage 17 are positioned to ensure that an image of a particular mark in a central portion in the scanning direction of the reticle-side transmission marks 121-124 (Fig. 3) as formed by the projection optical system 13 is registered with a particular mark in a central portion in the scanning direction of the scanning stage-side transmission marks 125-128 (Fig. 4). Then, the scanning motion is initiated at a scanning speed similar to that during the wafer exposure process.
Es ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, daß in dem Fall, wenn der Retikeltisch 7 und der Abtasttisch 17 angetrieben werden, daß deren Relativpositionen vollständig miteinander justiert sind, keine Relativpositionsabweichung zwischen der retikelseitigen Durchlaßmarke 102 und der abtasttischseitigen Durchlaßmarke 103 während der Abtastbewegung eintritt, so daß sich die Lichtmenge, die in die Lichtmengenerfassungsabschnitte 111-114 (Fig. 5) eintritt, nicht verändert. Im Hinblick darauf wird in dieser Ausführungsform, mit Ausnahme der besonderen Markierungen in den mittleren Abschnitten, die Relativposition der retikelseitigen Durchlaß marken 102 und der abtasttischseitigen Durchlaßmarken 103 speziell eingestellt, daß sie von der idealen Relativposition abweicht. Dies ist im Teil 8-1 der Fig. 8 gezeigt.It should be noted here that in the case where the reticle stage 7 and the scanning stage 17 are driven so that their relative positions are completely aligned with each other, no relative position deviation occurs between the reticle-side transmission mark 102 and the scanning stage-side transmission mark 103 during the scanning movement, so that the amount of light entering the light amount detecting sections 111-114 (Fig. 5) does not change. In view of this, in this embodiment, except for the special marks in the middle sections, the relative position of the reticle-side transmission mark 102 and the scanning stage-side transmission mark 103 is marks 102 and the scanning table-side transmission marks 103 are specially adjusted so that they deviate from the ideal relative position. This is shown in part 8-1 of Fig. 8.
Im Teil 8-1 der Fig. 8 kennzeichnet die Vollinie die ideale Relativposition, und die gestrichelte Linie kennzeichnet die tatsächliche Relativposition bei der Messung.In part 8-1 of Fig. 8, the solid line indicates the ideal relative position, and the dashed line indicates the actual relative position during measurement.
Im Teil 8-1 der Fig. 8 ist der Ursprungspunkt O die Position des Retikeltischs 7 und des Abtasttischs 17, in welcher die besonderen Markierungen in den mittleren Abschnitten der retikelseitigen Durchlaßmarken 102 und der abtasttischseitigen Durchlaßmarken einander überdecken müssen. Besondere Punkte A und B sind diejenigen Positionen, in welchen die Periodizität der retikelseitigen Durchlaßmarken 102 und jene der abtasttischseitigen Durchlaßmarken 103 gerade um eine Periode (Lp) verschoben sind.In part 8-1 of Fig. 8, the origin point O is the position of the reticle stage 7 and the scanning stage 17 at which the special marks in the middle portions of the reticle-side transmission marks 102 and the scanning stage-side transmission marks must overlap each other. Special points A and B are those positions at which the periodicity of the reticle-side transmission marks 102 and that of the scanning stage-side transmission marks 103 are shifted by just one period (Lp).
Wenn daher in dem Ursprungspunkt 0 der besonderen Markierungen in den mittleren Abschnitten der retikelseitigen Durchlaßmarken 102 und der abtasttischseitigen Durchlaßmarken 103 einander vollständig überdecken, und wenn in den besonderen Punkten A und B die Periodizität der retikelseitigen Durchlaßmarken 102 und jener der abtasttischseitigen Durchlaßmarken 103 vollständig um eine Periode (Lp) verschoben sind, dann werden, wie durch eine Vollinie im Teil 8-2 der Fig. 8 gezeigt, die Ausgaben der Lichtmengenerfassungsabschnitte 111-114 in dem Ursprungspunkt O und in den besonderen Punkten A und B alle maximal.Therefore, when, in the origin point 0, the particular marks in the central portions of the reticle-side transmission marks 102 and the scanning table-side transmission marks 103 completely overlap each other, and when, in the particular points A and B, the periodicity of the reticle-side transmission marks 102 and that of the scanning table-side transmission marks 103 are completely shifted by one period (Lp), then, as shown by a solid line in part 8-2 of Fig. 8, the outputs of the light quantity detecting sections 111-114 in the origin point 0 and in the particular points A and B all become maximum.
Wenn hier in dem Ursprungspunkt O die besonderen Markierungen in den mittleren Abschnitten der retikelseitigen Durchlaßmarken 102 und der abtasttischseitigen Durchlaßmarken 103 einander nicht vollständig überdecken, dann weicht der Scheitelpunkt einer der Ausgaben der Lichtmengenerfassungsabschnitte 111-114 oder weichen die Scheitelpunkte aller Ausgaben dieser von dem Ursprungspunkt 0 ab, wie durch eine gestrichelte Linie im Teil 8-2 der Fig. 8 gezeigt ist.Here, in the origin point O, if the special marks in the middle portions of the reticle-side transmission marks 102 and the scanning table-side transmission marks 103 do not completely overlap each other, the vertex of one of the outputs of the light quantity detecting sections 111-114 or the vertices of all of the outputs thereof deviate from the origin point O, as shown by a dashed line in part 8-2 of Fig. 8.
In Fig. 6 entsprechen gestrichelte Linien den Mittellinien der retikelseitigen Durchlaßmarken 121 und 122, und Vollinien entsprechen den Mittellinien der abtasttischseitigen Durchlaßmarken 125 und 126.In Fig. 6, dashed lines correspond to the center lines of the reticle-side transmission marks 121 and 122, and solid lines correspond to the center lines of the scanning stage-side transmission marks 125 and 126.
Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Fig. 6, und sie zeigt einen Fall, wenn die retikelseitige Durchlaßmarke von der idealen Relativposition zu der abtasttischseitigen Durchlaßmarke um einen Betrag "Xeou, Yeou" abweicht. In diesem Fall weicht die Relativposition, mit welcher die Ausgaben der oberen Lichtmengensensoren 111 und 112 am größten werden, jeweils von der idealen Relativposition um L&sub1; und L&sub2; ab.Fig. 7 is an enlarged view of a portion of Fig. 6, and shows a case where the reticle-side transmission mark deviates from the ideal relative position to the scanning table-side transmission mark by an amount "Xeou, Yeou". In this case, the relative position at which the outputs of the upper light quantity sensors 111 and 112 become largest deviates from the ideal relative position by L₁ and L₂, respectively.
In dieser Ausführungsform weist jede Durchlaßmarke eine Neigung von 45 Grad in bezug auf die Abtastrichtung auf. Daraus folgt:In this embodiment, each pass mark has an inclination of 45 degrees with respect to the scanning direction. This results in:
Xeou + Yeou = L&sub1;... (1)Xeou + Yeou = L1... (1)
Xeou - Yeou = L&sub2;... (2)Xeou - Yeou = L2... (2)
Daraus folgt:It follows:
Xeou = 1/2 · (L&sub1; + L&sub2;)... (3)Xeou = 1/2 * (L 1 + L 2 )... (3)
Yeou = 1/2 · (L&sub1; - L&sub2;)... (4)Yeou = 1/2 · (L1 - L2 )... (4)
Gleichzeitig mit dem vorstehend beschriebenen wird die Messung in bezug auf ein anderes Paar von retikelseitigen Durchlaßmarken 123 und 124 und auf ein anderes Paar von abtasttischseitigen Durchlaßmarken 127 und 128 ausgeführt. Wenn die retikelseitigen Durchlaßmarken von der idealen Relativposition zu den abtasttischseitigen Durchlaßmarken jeweils um L&sub3; und L&sub4; abweichen, liegen die folgenden Beziehungen vor:Simultaneously with the above, the measurement is carried out with respect to another pair of reticle-side transmission marks 123 and 124 and another pair of scanning-stage-side transmission marks 127 and 128. When the reticle-side transmission marks deviate from the ideal relative position to the scanning-stage-side transmission marks by L₃ and L₄, respectively, the following relationships exist:
Xeou = 1/2 · (L&sub3; + L&sub4;)... (5)Xeou = 1/2 (L3 + L4)... (5)
Yeou = 1/2 · (L&sub3; - L&sub4;)... (6)Yeou = 1/2 · (L3 - L4 )... (6)
Wenn hier der Abstand in der Y-Richtung zwischen der oberen Durchlaßmarke 125 (126) und der unteren Durchlaßmarke 127 (128) mit D bezeichnet wird, die Abweichung von der idealen Position des Retikelbilds mit (Xeo, Yeo) bezeichnet wird, die Winkelabweichung mit θeo bezeichnet wird und der Mittenver größerungsfehler mit Meo bezeichnet wird, dann ergeben sich aus den Gleichungen von Xeou', Yeou, Xeod und YeodHere, if the distance in the Y direction between the upper transmission mark 125 (126) and the lower transmission mark 127 (128) is denoted by D, the deviation from the ideal position of the reticle image is denoted by (Xeo, Yeo), the angular deviation is denoted by θeo and the center displacement magnification error is denoted by Meo, then the equations of Xeou', Yeou, Xeod and Yeod result in
Xeo = 1 /2 · (Xeou + Xeod)... (7)Xeo = 1 /2 (Xeou + Xeod)... (7)
Yeo = 1/2 · (Yeou + Yeod)... (8)Yeo = 1/2 · (Yeou + Yeod)... (8)
θeo = arctan{(Xeou - Xeod)/D}... (9)θeo = arctan{(Xeou - Xeod)/D}... (9)
Meo = (Yeou - Yeod)/D... (10)Meo = (Yeou - Yeod)/D... (10)
Durch die vorstehend beschriebenen Messungen und Berechnungen werden die Abweichung (Xeo, Yeo) von der idealen Position des Retikelbilds als auch die Winkelabweichung θeo und der Mittenvergrößerungsfehler Meo spezifiziert.The measurements and calculations described above specify the deviation (Xeo, Yeo) from the ideal position of the reticle image as well as the angular deviation θeo and the center magnification error Meo.
Es ist darauf hinzuweisen, daß L&sub1;-L&sub4; aus der Relativposition leicht bestimmt wird, mit welcher die Lichtmengenerfassungsabschnitte 111-114 maximale Pegel ergeben.It should be noted that L₁-L₄ is easily determined from the relative position with which the light quantity detecting sections 111-114 give maximum levels.
Nachstehend wird die Art und Weise der Bestimmung von L&sub1; unter Bezugnahme auf Teil 8-1 und Teil 8-2 der Fig. 8 erläutert.The manner of determining L₁ will be explained below with reference to part 8-1 and part 8-2 of Fig. 8.
Im Teil 8-2 der Fig. 8 zeigt L&sub0; den Abstand zu dem Punkt, in welchem der Lichtmengenerfassungsabschnitt 111 ein Maximum aufweist. Wenn der Abstand auf der Retikelseite, mit welcher die eine Periode der Struktur verschoben ist, mit La bezeichnet wird, und der Abstand der einen Periode der Struktur mit Lp bezeichnet wird, dann gilt:In part 8-2 of Fig. 8, L�0 shows the distance to the point at which the light quantity detecting section 111 has a maximum. If the distance on the reticle side by which the one period of the structure is shifted is denoted by La and the distance of the one period of the structure is denoted by Lp, then:
L&sub1; = Lp · (Loo'/La)... (11)L&sub1; = Lp · (Loo'/La)... (11)
In ähnlicher Weise wie jene vorstehend beschriebene, können L&sub2; - L&sub4; durch Messungen und Berechnungen auf leichte Weise bestimmt werden.In a similar manner to that described above, L₂ - L₄ can be easily determined by measurements and calculations.
In dieser Ausführungsform wird, mit Ausnahme der besonderen Marken in den mittleren Abschnitten, die Relativposition der retikelseitigen Durchlaßmarken 102 und der abtasttischseitigen Durchlaßmarken 103 speziell eingestellt, daß sie von der idealen Relativposition abweicht, wie vorstehend beschrieben ist. Hier sind die Abstände von dem Ursprungspunkt O zu den besonderen Punkten A und B jeweils La und Lb, jeweils in einer Größenordnung von 10 mm. Im Vergleich dazu ist eine Pe riode der abtasttischseitigen Durchlaßmarke in einer Größenordnung von wenigen Mikrometer. Daher können zwischen der Retikelposition-Erfassungsoperation und der laufenden Belichtungsoperation die Fleckigkeit, die wirksame Lichtquelle und die Stellung alle als im wesentlichen unverändert angesehen werden.In this embodiment, except for the special marks in the central portions, the relative position of the reticle-side transmission marks 102 and the scanning table-side transmission marks 103 is specifically set to deviate from the ideal relative position as described above. Here, the distances from the origin point O to the special points A and B are La and Lb, respectively, each on the order of 10 mm. In comparison, a Pe interval of the scanning stage-side transmission mark is on the order of a few micrometers. Therefore, between the reticle position detecting operation and the ongoing exposure operation, the spotting, the effective light source and the posture can all be considered to be substantially unchanged.
Nach den Messungen der Abweichungen Xeo, Yeo von der idealen Position des Retikelbilds als auch der Winkelabweichung θeo und des Vergrößerungsfehlers Meo, wie vorstehend beschrieben, werden Korrekturen ausgeführt. Im Hinblick auf die Abweichung Xeo, Yeo von der idealen Relativposition erfolgt deren Korrektur durch Änderung der Relativposition auf seiten des Abtasttischs 17. Die Winkelabweichung θeo wird durch Ausführen der θ-Rotation des Retikels auf seiten des Retikeltischs 7 ausgeführt. Der Mittenvergrößerungsfehler Meo wird unter Verwendung des Vergrößerungsjustiermechanismus 11 korrigiert.After measuring the deviations Xeo, Yeo from the ideal position of the reticle image as well as the angular deviation θeo and the magnification error Meo as described above, corrections are made. With respect to the deviation Xeo, Yeo from the ideal relative position, their correction is made by changing the relative position on the scanning stage 17 side. The angular deviation θeo is made by performing θ rotation of the reticle on the reticle stage 7 side. The center magnification error Meo is corrected using the magnification adjustment mechanism 11.
Danach wird die Abtastbewegung wiederholt ausgeführt, während die Übereinstimmung zwischen den retikelseitigen Durchlaßmarken 102 und den abtasttischseitigen Durchlaßmarken 103 und die Ausgaben der Lichtmengenerfassungsabschnitte 111- 114 erfaßt werden. Hier wird für jede Abtastbewegung die Position der abtasttischseitigen Durchlaßmarken 103 mittels des θZ-Tischs 16 in der Fokusrichtung des optischen Projektionssystems 13 verändert.Thereafter, the scanning movement is repeatedly carried out while detecting the correspondence between the reticle-side transmission marks 102 and the scanning table-side transmission marks 103 and the outputs of the light quantity detecting sections 111-114. Here, for each scanning movement, the position of the scanning table-side transmission marks 103 is changed by means of the θZ table 16 in the focus direction of the projection optical system 13.
Da sich die Position der abtasttischseitigen Durchlaßmarken 103 in der Fokusrichtung des Projektionssystems 13 verändert, ändern sich die Ausgaben der Lichtmengenerfassungsabschnitte 111-114, wie im Teil 8-3 der Fig. 8 gezeigt ist.Since the position of the scanning table side transmission marks 103 changes in the focus direction of the projection system 13, the outputs of the light quantity detecting sections 111-114 change as shown in part 8-3 of Fig. 8.
Hier entspricht die Position der abtasttischseitigen Durchlaßmarke in der Z-Richtung, in welcher die Ausgaben der Lichtmengenerfassungsabschnitte 111-114 maximal werden, der Bildebenenposition des Retikels.Here, the position of the scanning table-side transmission mark in the Z direction, in which the outputs of the light quantity detecting sections 111-114 become maximum, corresponds to the image plane position of the reticle.
Aus der Position in der Z-Richtung, in welcher die Ausgaben der Lichtmengenerfassungsabschnitte 111 und 112 maximal werden, und aus der Position in der Z-Richtung, in welcher die Ausgaben der Lichterfassungsabschnitte 113 und 114 maximal werden, können die Position und die Neigung der Bildebene des Retikels 6 in bezug auf die Abtastposition, insbesondere die ideale Bildebene, bestimmt werden.From the position in the Z direction at which the outputs of the light quantity detecting sections 111 and 112 become maximum and from the position in the Z direction at which the outputs of the light detecting sections 113 and 114 become maximum, the position and inclination of the image plane of the reticle 6 with respect to the scanning position, in particular, the ideal image plane can be determined.
Diese ideale Bildebene soll während des anschließenden Waferbelichtungsprozesses in einer Zeitbeziehung mit der Abtastbewegung und relativ zu der Waferoberfläche reproduziert werden. Abschließend wird nach den Messungen die abtasttischseitige Durchlaßmarkenplatte 32 unter das Projektionssystem 13 bewegt, und in einer Zeitbeziehung mit der Abtastbewegung wird die ideale Bildebene unter Verwendung der abtasttischseitigen Durchlaßmarkenplatte 32 reproduziert. Die ideale Bildebenenposition, wie in dieser Operation auf der Grundlage des Kipp- und Fokuserfassungssystems 25 bestimmt, wird in einem Speicher gespeichert.This ideal image plane is to be reproduced during the subsequent wafer exposure process in a time relationship with the scanning motion and relative to the wafer surface. Finally, after the measurements, the scanning table side transmission mark plate 32 is moved under the projection system 13 and in a time relationship with the scanning motion, the ideal image plane is reproduced using the scanning table side transmission mark plate 32. The ideal image plane position as determined in this operation based on the tilt and focus detection system 25 is stored in a memory.
Nach den Messungen und Korrekturen der Abweichungen Xeo, Yeo aus der idealen Position des Retikels 6 als auch der Winkelabweichung θeo und des Vergrößerungsfehlers Meo und nach der Messung der idealen Bildebene des Retikels in bezug auf die Abtastposition wird die Abtastbewegung ausgeführt, während wieder die Übereinstimmung zwischen den retikeltischseitigen Durchlaßmarken 102 und den abtasttischseitigen Durchlaßmarken 103 hergestellt wird, um alle Fehler zu korrigieren, und die Ausgaben der Lichtmengenerfassungsabschnitte 111-114 werden gemessen.After measuring and correcting the deviations Xeo, Yeo from the ideal position of the reticle 6 as well as the angular deviation θeo and the magnification error Meo and after measuring the ideal image plane of the reticle with respect to the scanning position, the scanning movement is carried out while again making the correspondence between the reticle stage side transmission marks 102 and the scanning stage side transmission marks 103 to correct all the errors, and the outputs of the light quantity detecting sections 111-114 are measured.
Es wird an dieser Stelle geprüft, ob die Korrektur in bezug auf die Position der besonderen Markierung in dem mittleren Abschnitt der Durchlaßmarken abgeschlossen ist. Gleichzeitig wird geprüft, ob in den besonderen Punkten A und B die Aus gaben der Lichtmengenerfassungsabschnitte 111-114 maximal werden.At this point, it is checked whether the correction of the position of the special mark in the middle section of the pass marks is completed. At the same time, it is checked whether the output at the special points A and B The light quantity detection sections 111-114 are maximized.
Wenn im Hinblick auf die besonderen Punkte A und B eine der Ausgaben der Lichtmengenerfassungsabschnitte 111-114 in einem Punkt, anders als die besonderen Punkte A und B, maximal wird, erfolgt in einer ähnlichen Weise wie in dem Fall der Erfassung der Retikelposition (Punkt (2)) der folgende Prozeß: D. h., es werden die Abweichung (Xea, Yea) Von der idealen Position des Retikelbilds in der Position A als auch die Winkelabweichung θea und der Vergrößerungsfehler Mea und auch die Abweichung (Xeb, Yeb) von der idealen Position des Retikels in der Position B als auch die Winkelabweichung θeb und der Vergrößerungsfehler erfaßt. Aus den Ergebnissen und auf der Grundlage von Xeo, Yeo und Meo an dem Ursprungspunkt 0 werden während der Verwendung der Positionsabweichungen die Winkelabweichungen und die Vergrößerungsfehler in dem Abstand von dem Ursprungspunkt 0 zu der Position A und in dem Abstand von dem Ursprungspunkt O zu der Position B als eine Näherungsfunktion der Position "r" der retikelseitigen Durchlaßmarken in der Abtastrichtung die Werte Xe(r), Ye(r), θe(r) und Me(r) bestimmt. Hinsichtlich 4(r) erfolgt die Korrektur durch Ändern der Relativposition der Durchlaßmarken in einer Zeitbeziehung mit der Abtastbewegung. Hinsichtlich Ye(r) erfolgt die Korrektur durch Ändern der Position des Y-Tischs in einer Zeitbeziehung mit der Abtastbewegung. Hinsichtlich θe(r) erfolgt die Korrektur durch Ausführen der Drehung auf der Waferseite in einer Zeitbeziehung mit der Abtastbewegung. Hinsichtlich Me(r) erfolgt die Korrektur unter Verwendung des Vergrößerungsjustiermechanismus 11 in einer Zeitbeziehung mit der Abtastbewegung. Alle Abweichungen sind auf diese Weise korrigierbar.With respect to the particular points A and B, when one of the outputs of the light quantity detecting sections 111-114 becomes maximum at a point other than the particular points A and B, the following process is carried out in a similar manner to the case of detecting the reticle position (point (2)): That is, the deviation (Xea, Yea) from the ideal position of the reticle image at the position A as well as the angular deviation θea and the magnification error Mea and also the deviation (Xeb, Yeb) from the ideal position of the reticle at the position B as well as the angular deviation θeb and the magnification error are detected. From the results and based on Xeo, Yeo and Meo at the origin point 0, while using the positional deviations, the angular deviations and the magnification errors in the distance from the origin point 0 to the position A and in the distance from the origin point O to the position B as an approximate function of the position "r" of the reticle-side transmission marks in the scanning direction, the values Xe(r), Ye(r), θe(r) and Me(r) are determined. Regarding 4(r), the correction is made by changing the relative position of the transmission marks in a time relationship with the scanning movement. Regarding Ye(r), the correction is made by changing the position of the Y table in a time relationship with the scanning movement. Regarding θe(r), the correction is made by performing the rotation on the wafer side in a time relationship with the scanning movement. Regarding Me(r), the correction is made using the magnification adjustment mechanism 11 in a time relationship with the scanning movement. All deviations are correctable in this way.
Auf der Grundlage der Korrekturwerte Xe(r), Ye(r), θe(r) und Me(r) wird bestimmt, wie jeweils die Relativposition des Abtasttischs, die Position des Y-Tischs, die Drehung auf der Waferseite, der Vergrößerungseinstellmechanismus und die Bildebenenposition zu korrigieren oder zu betätigen sind.Based on the correction values Xe(r), Ye(r), θe(r) and Me(r), it is determined how to correct or operate the relative position of the scanning stage, the position of the Y stage, the rotation on the wafer side, the magnification adjustment mechanism and the image plane position, respectively.
Die bei einer solchen Korrektur und Betätigung zu verwendenden Daten sind Korrekturdaten für das Retikel, von den abtasttischseitigen Durchlaßmarken aus betrachtet. Nachstehend werden sie auch als "Korrekturdaten für das Retikel" bezeichnet. Selbstverständlich sind diese Korrekturdaten des Retikels die Funktion der Abtastrichtungsposition des Retikels.The data to be used in such correction and operation is correction data for the reticle as viewed from the scanning stage side pass marks. Hereinafter, it is also referred to as "correction data for the reticle". Of course, this correction data of the reticle is the function of the scanning direction position of the reticle.
Während die abtasttischseitige Durchlaßmarke 103 als die ursprüngliche Fokusposition, wie vorstehend beschrieben bestimmt, verwendet wird, erfolgt deren Anordnung unter dem Justiermikroskop.While the scanning stage-side transmission mark 103 is used as the original focus position determined as described above, its arrangement is carried out under the alignment microscope.
Hier wird eine Objektivlinse des Justiermikroskops entlang der Richtung der optischen Achse verschoben, so daß die Durchlaßmarke in der TV-Kamera 31 abgebildet wird. Dies dient dazu, so viel als möglich die Bewegung in der Fokusrichtung zu verringern, nachdem der Wafer, der justiert worden ist, bewegt und unter dem optischen Projektionssystem angeordnet wird.Here, an objective lens of the alignment microscope is moved along the optical axis direction so that the transmission mark is imaged in the TV camera 31. This is to reduce as much as possible the movement in the focus direction after the wafer that has been aligned is moved and placed under the projection optical system.
In dem Belichtungsapparat dieser Ausführungsform sind das Projektionssystem 13, das Justiermikroskop 30 und die Lichtmengensensoreinheit 35 entlang derselben Y-Achse angeordnet, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Dadurch kann mit der Bewegung des Y-Tischs 18 die Lichtmengensensoreinheit 35 unter dem Justiermikroskop 30 positioniert werden, und mit der Bewegung des Abtasttischs 17 kann die abtasttischseitige Durchlaßmarkenplatte 32 über der Lichtmengensensoreinheit 35 positioniert werden.In the exposure apparatus of this embodiment, the projection system 13, the alignment microscope 30 and the light quantity sensor unit 35 are arranged along the same Y axis, as shown in Fig. 9. Thereby, with the movement of the Y table 18, the light quantity sensor unit 35 can be positioned under the alignment microscope 30, and with the movement of the scanning table 17, the scanning table side transmission mark plate 32 can be positioned above the light quantity sensor unit 35.
Das Justiermikroskop 30 weist einen solchen Aufbau auf, wie in Fig. 10 gezeigt ist, wobei mit dem Bezugszeichen 150 eine innerhalb des Justiermikroskops 30 abgegrenzte Bezugsstruk tur bezeichnet ist. Mit 151 ist eine Objektivlinse bezeichnet, und mit 152-155 sind optische Linsen bezeichnet. Mit 156 und 157 sind Halbspiegel bezeichnet, und mit 158 und 159 sind optische Fasern zum Leiten des Beleuchtungslichts von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) bezeichnet. Wie Fig. 11 zeigt, sind außerdem retikelzugeordnete Markierungen 161 und 162 innerhalb der Bezugsmarke 150 angeordnet, welche einen Lagebezug des Justiermikroskops bereitstellen.The alignment microscope 30 has a structure as shown in Fig. 10, wherein the reference numeral 150 designates a reference structure delimited within the alignment microscope 30. ture. 151 denotes an objective lens, and 152-155 denote optical lenses. 156 and 157 denote half mirrors, and 158 and 159 denote optical fibers for guiding the illumination light from a light source (not shown). As shown in Fig. 11, reticle-associated markings 161 and 162 are also arranged within the reference mark 150, which provide a positional reference of the alignment microscope.
Das Positionieren der abtasttischseitigen Durchlaßmarkenplatte 32 in der Abtastrichtung wird so ausgeführt, um zu gewährleisten, daß die projizierten Bilder der retikelzugeordneten Markierungen 161 und 162 mit den besonderen Markierungen der Durchlaßmarken 125 und 126 auf der abtasttischseitigen Durchlaßmarkenplatte 32 einander überdecken. Während der winzigen Änderung der Position in der Abtastrichtung über die so bestimmte Position und außerdem während der Änderung der Position in der Fokusrichtung werden dann die Ausgaben der Lichtmengenerfassungsabschnitte 111 und 112 erfaßt.The positioning of the scanning table side transmission mark plate 32 in the scanning direction is carried out so as to ensure that the projected images of the reticle-associated marks 161 and 162 overlap with the particular marks of the transmission marks 125 and 126 on the scanning table side transmission mark plate 32. Then, during the minute change of the position in the scanning direction over the thus determined position and also during the change of the position in the focus direction, the outputs of the light quantity detecting sections 111 and 112 are detected.
Mit dieser Operation werden in einer ähnlichen Weise wie in dem Fall der Erfassung der Position des projizierten Bilds der retikelseitigen Durchlaßmarken 102 und der Erfassung der Bildebene die Position des projizierten Bilds der retikelzugeordneten Markierungen 161 und 162 und die Bildebene erfaßt. Sie unterscheidet sich von dem Fall der Erfassung der Position des projizierten Bilds der retikelseitigen Durchlaßmarken 102 und der Erfassung der Bildebene in den folgenden zwei Punkten:With this operation, the position of the projected image of the reticle-associated marks 161 and 162 and the image plane are detected in a similar manner to the case of detecting the position of the projected image of the reticle-side transmission marks 102 and detecting the image plane. It differs from the case of detecting the position of the projected image of the reticle-side transmission marks 102 and detecting the image plane in the following two points:
(i) Die Messung wird in dem stationären Zustand ausgeführt, und(i) The measurement is carried out in the steady state, and
(ii) Nur zwei Lichtmengenerfassungsabschnitte werden verwendet.(ii) Only two light quantity detection sections are used.
Mit den vorstehend beschriebenen Operationen werden die Position des projizierten Bilds der retikelseitigen Durchlaßmarken, die Position des projizierten Bilds der retikelzuge ordneten Markierungen 161 und 162 in bezug auf die Bildebene und die Relativposition der Bildebene spezifiziert.With the operations described above, the position of the projected image of the reticle-side transmission marks, the position of the projected image of the reticle-side ordered marks 161 and 162 with respect to the image plane and the relative position of the image plane.
Diese Relativposition wird als "Basislinie" zwischen dem optischen Projektionssystem 13 und dem Justiermikroskop 30 bezeichnet.This relative position is referred to as the "base line" between the optical projection system 13 and the alignment microscope 30 .
Der unter den Punkten (1)-(6) beschriebene Prozeß kann als Reaktion auf eine Eingabe eines Systemkalibrierbefehls von einem Bediener vor dem Beginn oder während des Waferprozesses automatisch ausgeführt werden.The process described in points (1)-(6) can be executed automatically in response to an operator entering a system calibration command before starting or during the wafer process.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 führt der Belichtungsapparat dieser Ausführungsform das Laden des Wafers wie folgt aus. Als Reaktion auf die Eingabe eines Waferprozeß-Startbefehls wird ein Wafer automatisch aus einem Waferträger innerhalb eines Wafertransportsystems (nicht gezeigt) entnommen. In einem mechanischen Vorjustierabschnitt innerhalb des Wafertransportsystems wird der Wafer auf einem X-Y-Tisch angeordnet. Unter Verwendung der Waferkanten-Erfassungsfunktion werden die Außenrandform des Wafers als auch dessen Orientierungsebene erfaßt. Dann wird unter Verwendung eines X-Y- 9-Tischs die Orientierungsebene des Wafers in einer vorbestimmten Richtung justiert, und die Mittenposition des Wafers wird bestimmt. Danach wird unter Verwendung einer Fokuserfassungsfunktion das Niveau (Höhe) der Oberfläche des Wafers erfaßt.Referring to Fig. 1, the exposure apparatus of this embodiment carries out wafer loading as follows. In response to the input of a wafer process start command, a wafer is automatically taken out from a wafer carrier within a wafer transport system (not shown). In a mechanical pre-adjustment section within the wafer transport system, the wafer is placed on an X-Y table. Using the wafer edge detection function, the outer edge shape of the wafer as well as its orientation plane are detected. Then, using an X-Y table, the orientation plane of the wafer is adjusted in a predetermined direction and the center position of the wafer is determined. Thereafter, using a focus detection function, the level (height) of the surface of the wafer is detected.
Danach wird eine Vorjustiermarkierung des Wafers unter einem Mikroskop angeordnet, welches an dem Oberteil des Vorjustiersystems angeordnet ist, so daß die Position der Vorjustiermarkierung gemessen wird. Dann wird der X-Y-6-Tisch angetrieben, so daß die Position der Struktur des Wafers in eine vorbestimmte Lagebeziehung mit einer besonderen Bezugsposition des Transportsystems versetzt wird.Thereafter, a pre-alignment mark of the wafer is placed under a microscope arranged on the top of the pre-alignment system so that the position of the pre-alignment mark is measured. Then, the X-Y-6 table is driven so that the position of the pattern of the wafer is placed in a predetermined positional relationship with a particular reference position of the transport system.
Schließlich werden die Waferdickendaten, die auf der Grundlage der Waferniveauerfassung erzeugt sind, der Zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 70 des Belichtungsapparats zugeführt.Finally, the wafer thickness data generated based on the wafer level detection is supplied to the central processing unit (CPU) 70 of the exposure apparatus.
Als Reaktion auf die Aufnahme dieser Daten aktiviert die CPU 70 des Belichtungsapparats den Z-Antriebsmechanismus des θZ- Kipptischs, um das Niveau (Höhe) der Waferaufnahmeeinrichtung zu ändern, so daß in dem Fall, wenn der Wafer darauf angeordnet ist, die Waferoberfläche im wesentlichen in der Fokusposition des Projektionssystems und des Justiermikroskops positioniert ist.In response to the receipt of this data, the CPU 70 of the exposure apparatus activates the Z drive mechanism of the θZ tilting table to change the level (height) of the wafer support so that when the wafer is placed thereon, the wafer surface is positioned substantially at the focus position of the projection system and the alignment microscope.
Nach der vorstehend beschriebenen Operation bewegt das Transportsystem den Wafer unter Verwendung einer Ladehand von dem X-Y-θ-Tisch des Transportsystems auf die Waferaufnahmeeinrichtung des Belichtungsapparats.After the above-described operation, the transport system moves the wafer from the X-Y θ table of the transport system to the wafer holder of the exposure apparatus using a loading hand.
Wenn der Wafer 14 auf die Waferaufnahmeeinrichtung 15 geladen ist, werden der Y-Tisch 18 und der Abtasttisch 17 betätigt, um den Wafer 14 unter das Projektionssystem 13 zu bewegen, wenn die Niveaumessung der gesamten Waferoberfläche unter Verwendung des Fokuserfassungssystems 25 und 26 ausgeführt wird.When the wafer 14 is loaded on the wafer support device 15, the Y-table 18 and the scanning table 17 are operated to move the wafer 14 under the projection system 13 when the level measurement of the entire wafer surface is carried out using the focus detection system 25 and 26.
Anschließend werden die vorbestimmten Chipbereiche des Wafers nacheinander unter das Justiermikroskop bewegt, und die Positionsmessung wird an Justiermarkierungen ausgeführt, die in jedem Chipbereich ausgebildet sind.Then, the predetermined chip regions of the wafer are moved one after another under the alignment microscope, and the position measurement is carried out on alignment marks formed in each chip region.
Die Positionsmessungen an den Justiermarkierungen wird durch Projizieren des Durchlaßmarkierungsabschnitts 160 und der retikelzugeordneten Markierungen 161 und 162 der Bezugsmarkierung 150 innerhalb des Justiermikroskops 30 ausgeführt. Hier wird das Licht verwendet, das durch den Durchlaßmarkierungsabschnitt 160 tritt, um die Justiermarkierungen des Wafers 14 zu beleuchten. Somit werden die retikelzugeordneten Markierungen 161 und 162 und die Justiermarkierungen des Wafers 14 zu der CCD-Kamera 31 projiziert.The position measurements on the alignment marks are carried out by projecting the transmission mark portion 160 and the reticle-associated marks 161 and 162 of the reference mark 150 within the alignment microscope 30. Here, the light passing through the transmission mark portion 160 is used to illuminate the alignment marks of the wafer 14. Thus, the reticle-associated Marks 161 and 162 and the alignment marks of the wafer 14 are projected to the CCD camera 31.
Mit dieser Messung werden die Relativposition jedes Chips des Wafers in bezug auf die retikelzugeordneten Markierungen 161 und 162 innerhalb des Justiermikroskops als auch die Vergrößerung in der Abtastrichtung jedes Chips und in der Richtung rechtwinklig zu der Abtastrichtung bestimmt.This measurement determines the relative position of each chip of the wafer with respect to the reticle-associated markings 161 and 162 within the alignment microscope as well as the magnification in the scanning direction of each chip and in the direction perpendicular to the scanning direction.
In der vorstehend beschriebenen Operation wird bestimmt, wie während des Belichtungsprozesses jedes Chips des Wafers die Relativposition des Abtasttischs, die Y-Tischposition und der Vergrößerungsjustiermechanismus in einer Zeitbeziehung mit der Abtastbewegung zu korrigieren und zu betätigen ist.In the above-described operation, it is determined how to correct and operate the relative position of the scanning table, the Y-table position, and the magnification adjustment mechanism in a timing relationship with the scanning movement during the exposure process of each chip of the wafer.
Die in einer solchen Korrektur und Betätigung zu verwendenden Daten sind Korrekturdaten für den Wafer, wenn von den retikelzugeordneten Markierungen 161 und 162 in dem Justiermikroskop 30 aus betrachtet. Diese werden nachstehend auch als "Korrekturdaten für den Wafer" bezeichnet.The data to be used in such correction and operation is correction data for the wafer as viewed from the reticle-associated marks 161 and 162 in the alignment microscope 30. These are also referred to hereinafter as "correction data for the wafer".
Auf der Grundlage der Korrekturdaten für das Retikel können die Basislinie und die Korrekturdaten für den Wafer, wie vorstehend beschrieben, während des Abtastbelichtungsprozesses das Retikel und die gesamte Oberfläche jedes Chips des Wafers genau in Überdeckung und fokusjustiert angeordnet werden.Based on the correction data for the reticle, the baseline and the correction data for the wafer as described above, the reticle and the entire surface of each chip of the wafer can be precisely aligned in registration and focus during the scanning exposure process.
Nach dem Abschluß der Messung der Korrekturdaten für den Wafer wird ein erster Chip des Wafers 14 auf der Grundlage der Korrekturdaten für das Retikel, der Basislinie und der Korrekturdaten für den Wafer unter das Projektionssystem 13 bewegt. Während des Erhalts der idealen Relativposition des besonderen Chips zu dem Retikel und des Erhalts der idealen Bildebenenposition unter Verwendung der Korrekturdaten für das Retikel und der Korrekturdaten für den Wafer und zusätzlich während des Ausführens der gegenseitigen Vergrößerungs korrektur leiten der Retikeltisch 7 und der Abtasttisch 17 die eigentliche Abtastbelichtungsoperation ein.After completion of the measurement of the correction data for the wafer, a first chip of the wafer 14 is moved under the projection system 13 based on the correction data for the reticle, the base line and the correction data for the wafer. While obtaining the ideal relative position of the particular chip to the reticle and obtaining the ideal image plane position using the correction data for the reticle and the correction data for the wafer and additionally while performing the mutual magnification correction, the reticle table 7 and the scanning table 17 initiate the actual scanning exposure operation.
In dem Belichtungsapparat dieser Ausführungsform ist die Belichtungsmenge des Wafers 14 voreingestellt. Um diese Belichtungsmenge zu realisieren, ist es notwendig, die Lichtenergie durch einen Impuls der Excimer-Lasereinrichtung 1, welche die Lichtquelle ist, zu erfassen.In the exposure apparatus of this embodiment, the exposure amount of the wafer 14 is preset. In order to realize this exposure amount, it is necessary to detect the light energy by a pulse of the excimer laser device 1, which is the light source.
In dieser Ausführungsform wird vor dem Beginn des Waferprozesses die Excimer-Lasereinrichtung angeregt, und die Beleuchtungsstärke auf der Retikeloberfläche, welche der Beleuchtungsstärke auf der Waferoberfläche entspricht, wird unter Verwendung des Photosensors 4 gemessen. Auf der Grundlage der Messung wird die Anzahl der notwendigen Belichtungslichtimpulse, die für den gesamten Bereich auf dem Wafer erforderlich ist, berechnet.In this embodiment, before the start of the wafer process, the excimer laser device is excited, and the illuminance on the reticle surface, which corresponds to the illuminance on the wafer surface, is measured using the photosensor 4. Based on the measurement, the number of necessary exposure light pulses required for the entire area on the wafer is calculated.
Aus der auf diese Weise berechneten notwendigen Anzahl der Belichtungslichtimpulse stellt die CPU 70 vor dem Beginn der Abtastbelichtung die Erregungssteuereinrichtung 40 auf die Abtasttischpositionen ein, in welchen die Excimer-Lasereinrichtung anzuregen ist. Während der Abtastbelichtungsoperation überwacht die Belichtungssteuereinrichtung 40 ständig die Position des Abtasttischs 17, und jedesmal, wenn der Abtasttisch 17 eine voreingestellte Abtasttischposition erreicht, in welcher die Lasereinrichtung anzuregen ist, legt sie ein Erregungsbefehlssignal an die Excimer-Lasereinrichtung 1 an, wodurch die Excimer-Lasereinrichtung angeregt wird, Impulslicht zu erzeugen.From the necessary number of exposure light pulses calculated in this way, the CPU 70 sets the excitation controller 40 to the scanning table positions at which the excimer laser device is to be excited before starting the scanning exposure. During the scanning exposure operation, the exposure controller 40 constantly monitors the position of the scanning table 17, and each time the scanning table 17 reaches a preset scanning table position at which the laser device is to be excited, it applies an excitation command signal to the excimer laser device 1, thereby exciting the excimer laser device to generate pulse light.
Mit der vorstehend beschriebenen Operation wird die Belichtung eines Chips abgeschlossen. Ähnliche Operationen werden für alle restlichen Chips auf demselben Wafer ausgeführt.The above operation completes the exposure of one chip. Similar operations are performed for all remaining chips on the same wafer.
Nachdem die Belichtungsoperationen aller Chips abgeschlossen sind, wird der Wafer 14 mittels des Y-Tischs 18 und des Ab tasttischs 17 in die Waferentladeposition bewegt. Dann wird der Wafer 14 unter Verwendung einer Entladehand (nicht gezeigt) des Transportsystems von der Waferaufnahmeeinrichtung 15 entladen.After the exposure operations of all chips are completed, the wafer 14 is removed by means of the Y-table 18 and the touch table 17 into the wafer unloading position. Then, the wafer 14 is unloaded from the wafer receiving device 15 using an unloading hand (not shown) of the transport system.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist wie folgt abwandelbar.The embodiment of the present invention described above can be modified as follows.
Eine Vielzahl von waferseitigen Durchlaßmarken und eine Vielzahl von Lichtmengensensoren kann um die Waferaufnahmeeinrichtung angeordnet werden. Dies ermöglicht die exakte Korrektur eines Stellungsunterschieds.A plurality of wafer-side transmission marks and a plurality of light quantity sensors can be arranged around the wafer holding device. This enables the precise correction of a positional difference.
Es gibt Fälle, in denen es praktisch unmöglich ist, eine Anzahl von retikelseitigen Durchlaßmarken auf einem eigentlichen Retikel auszubilden, das zur Herstellung der eigentlichen Halbleitereinrichtungen verwendet wird, und dies kann der Beziehung zu Justierstrukturen oder anderen Strukturen zugeschrieben werden. Um dem zu entsprechen, kann ein Versuchsretikel erzeugt werden, in welchem eine Anzahl von retikelseitigen Durchlaßmarken vorliegt, um die präzise Korrektur periodisch auszuführen. Ein eigentliches Retikel kann auf diese Weise mit einer kleinen Anzahl von retikelseitigen Durchlaßmarken ausgebildet werden.There are cases where it is practically impossible to form a number of reticle-side transmission marks on an actual reticle used for manufacturing the actual semiconductor devices, and this may be attributed to the relationship with alignment structures or other structures. To cope with this, a trial reticle may be produced in which a number of reticle-side transmission marks are present in order to periodically carry out the precise correction. An actual reticle can be formed with a small number of reticle-side transmission marks in this way.
Eine große Anzahl von Kippdurchlaßmarken kann auf dem Retikel und dem Abtasttisch angeordnet werden, wie in der vorhergehenden Ausführungsform, und ein Lichtmengensensor kann unter den abtasttischseitigen Durchlaßmarken fest angeordnet werden. Dies ermöglicht es, daß die abtasttischseitigen Durchlaßmarken auf der lichtaufnehmenden Oberfläche des Lichtmengensensors gleichbleibend in demselben Fokuszustand abgebildet werden. Es gestattet auch die hochgenaue Erfassung der Retikelbildebenenposition. Bei diesem Verfahren ist es jedoch notwendig, einen langen Lichtmengensensor mit gleichmäßiger Erfassungsempfindlichkeit unter den abtasttischseitigen Durchlaßmarken anzuordnen. Wenn somit eine Hochfrequenz-Impulslichtquelle, wie z. B. eine Excimer- Lasereinrichtung, als eine Lichtquelle verwendet wird, ist es im allgemeinen schwierig, die Forderung nach Gleichmäßigkeit der Empfindlichkeit durch den Sensor allein zu erfüllen. Als ein praktisches Beispiel dafür wird die Lichtmenge, welche in die abtasttischseitigen Durchlaßmarken eintritt, gleichmäßig erhalten, während in dem Belichtungsapparat das Retikel in einem stationären Zustand gehalten wird. Während dieser Zustand anhaltend besteht, wird eine Erfassungseinheit bewegt, welche einen einstückigen Aufbau der abtasttischseitigen Durchlaßmarken und des Lichtmengensensors aufweist. Änderungen der Ausgabe des Lichtmengensensors während dieser Bewegung werden als Kalibrierdaten gespeichert, welche für die Kalibrierung der Ausgangsdaten des Lichtmengensensors während der Erfassung der Position eines eigentlichen Retikels oder der Erfassung der Bildebene verwendet werden können. Wenn jedoch die Lichtenergie von der Lichtquelle keine hohe Stabilität aufweist, ist es notwendig, die Lichtenergie der Lichtquelle unter Verwendung eines Retikeloberflächen-Beleuchtungserfassungssystems zu messen, wie es unter Bezugnahme auf die vorhergehende Ausführungsform beschrieben ist, um dadurch die Kalibrierdaten zu korrigieren.A large number of tilting transmission marks may be arranged on the reticle and the scanning table as in the previous embodiment, and a light quantity sensor may be fixedly arranged under the scanning table side transmission marks This enables the scanning table side transmission marks to be uniformly imaged on the light receiving surface of the light quantity sensor in the same focus state. It also allows the reticle image plane position to be detected with high accuracy. In this method, however, it is necessary to arrange a long light quantity sensor having uniform detection sensitivity under the scanning table side transmission marks. Thus, when a high frequency pulse light source such as an excimer laser device is used as a light source, it is generally difficult to satisfy the requirement of uniformity of sensitivity by the sensor alone. As a practical example of this, the amount of light entering the scanning table side transmission marks is made uniform while the reticle is kept in a stationary state in the exposure apparatus. While this state is maintained, a detection unit having an integral structure of the scanning table side transmission marks and the light quantity sensor is moved. Changes in the output of the light quantity sensor during this movement are stored as calibration data, which can be used for calibrating the output data of the light quantity sensor during detection of the position of an actual reticle or detection of the image plane. However, when the light energy from the light source does not have high stability, it is necessary to measure the light energy of the light source using a reticle surface illumination detection system as described with reference to the previous embodiment, thereby correcting the calibration data.
Anschließend wird eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Einrichtung erläutert, welches einen vorstehend beschriebenen Belichtungsapparat verwendet.Next, an embodiment of the method for manufacturing a device using an exposure apparatus described above will be explained.
Fig. 13 zeigt einen Ablaufplan der Abfolge der Herstellung einer Mikroeinrichtung, wie z. B. ein Halbleiterchip (z. B. LSI-IC), eine Flüssigkristalltafel, eine CCD, ein Dünn schicht-Magnetkopf oder eine Mikromaschine. Schritt 1 ist ein Entwurfsprozeß zum Entwurf der Schaltung einer Halbleitereinrichtung. Schritt 2 ist ein Prozeß zur Herstellung einer Maske auf der Grundlage des Schaltungsstrukturentwurfs. Schritt 3 ist ein Prozeß zur Herstellung eines Wafers unter Verwendung eines Materials, wie z. B. Silizium.Fig. 13 shows a flow chart of the sequence of manufacturing a micro device such as a semiconductor chip (e.g. LSI-IC), a liquid crystal panel, a CCD, a thin layer magnetic head or a micromachine. Step 1 is a design process for designing the circuit of a semiconductor device. Step 2 is a process for making a mask based on the circuit pattern design. Step 3 is a process for making a wafer using a material such as silicon.
Schritt 4 ist ein Waferprozeß, welcher als ein Vorprozeß bezeichnet wird, unter Verwendung der auf diese Weise erzeugten Maske und des Wafers, wobei die Schaltungen praktisch durch ein lithographisches Verfahren auf dem Wafer erzeugt werden. Der diesem folgende Schritt S ist ein Montageschritt, welcher als ein Nachprozeß bezeichnet wird, wobei der im Schritt 4 erzeugte Wafer zu Halbleiterchips ausgebildet wird. Dieser Schritt schließt die Montage (Vereinzeln und Bonden) und das Verkappen (Chipverschluß) ein. Schritt 6 ist ein Prüfschritt, wobei die Funktionsprüfung, die Haltbarkeitsprüfung usw. der im Schritt S erzeugten Halbleitereinrichtungen ausgeführt werden. Mit diesen Prozessen werden die Halbleitereinrichtungen abgeschlossen, und sie werden in den Versand gebracht (Schritt 7).Step 4 is a wafer process, which is called a pre-process, using the mask and wafer thus produced, and the circuits are practically produced on the wafer by a lithographic process. The step S following this is an assembly step, which is called a post-process, in which the wafer produced in step 4 is formed into semiconductor chips. This step includes assembly (singling and bonding) and encapsulation (chip sealing). Step 6 is a test step in which the functional test, durability test, etc. of the semiconductor devices produced in step S are carried out. With these processes, the semiconductor devices are completed and they are sent for shipment (step 7).
Fig. 14 zeigt einen Ablaufplan der Einzelheiten des Waferprozesses. Schritt 11 ist ein Oxidationsprozeß zum Oxidieren der Oberfläche eines Wafers. Schritt 12 ist ein CVD-Prozeß zum Erzeugen einer Isolierschicht auf der Waferoberfläche. Schritt 13 ist ein Elektrodenerzeugungsprozeß zur Erzeugung von Elektroden auf dem Wafer durch Dampfabscheidung. Schritt 14 ist ein Ionenimplantationsprozeß zum Implantieren von Ionen in dem Wafer. Schritt 15 ist ein Resistprozeß zum Auftragen eines Resists (lichtempfindliches Material) auf dem Wafer. Schritt 16 ist ein Belichtungsprozeß zum Kopieren durch Belichten der Schaltungsstruktur der Maske auf den Wafer durch den vorstehend beschriebenen Belichtungsapparat. Schritt 17 ist ein Entwicklungsprozeß zum Entwickeln des belichteten Wafers. Schritt 18 ist ein Ätzprozeß zum Entfernen der Abschnitte anders als das entwickelte Resistbild. Schritt 19 ist ein Resistabtrennprozeß zum Abtrennen des Resistmaterials, das auf dem Wafer rückständig ist, nachdem, dieser dem Ätzprozeß unterzogen wurde. Durch Wiederholen dieser Prozesse werden einander überdeckende Schaltungsstrukturen auf dem Wafer erzeugt.Fig. 14 is a flow chart showing the details of the wafer process. Step 11 is an oxidation process for oxidizing the surface of a wafer. Step 12 is a CVD process for forming an insulating film on the wafer surface. Step 13 is an electrode forming process for forming electrodes on the wafer by vapor deposition. Step 14 is an ion implantation process for implanting ions into the wafer. Step 15 is a resist process for applying a resist (photosensitive material) to the wafer. Step 16 is an exposure process for copying by exposing the circuit pattern of the mask to the wafer by the above-described exposure apparatus. Step 17 is a development process for developing the exposed wafer. Step 18 is an etching process for removing the portions other than the developed resist image. Step 19 is a resist separation process for separating the resist material remaining on the wafer after which has been subjected to the etching process. By repeating these processes, overlapping circuit structures are created on the wafer.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen beschrieben wurde, so ist sie nicht auf die dargelegten Einzelheiten begrenzt, vielmehr sind Abwandlungen oder Abänderungen möglich, die als in den Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind, der in den folgenden Ansprüchen definiert ist.Although the invention has been described with reference to the embodiments, it is not limited to the details set out, but modifications or variations are possible which are to be considered as falling within the scope of the invention, which is defined in the following claims.
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