JP2008147369A - Surface position measuring apparatus and exposure system using the same - Google Patents

Surface position measuring apparatus and exposure system using the same Download PDF

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博史 黒澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase a stage positioning accuracy and compactify a substrate stage, by enabling continuous measurement of a position on a substrate mount surface in the full operational range of the stage. <P>SOLUTION: A surface position measuring apparatus measures a position on the substrate mount surface of a substrate carrying stage with respect to a predetermined surface reference. The apparatus includes a first mirror located separately from the stage to be parallel to the reference surface, a first laser interferometric distance measurement system for measuring a distance between the substrate mount surface and the first mirror, and a second laser interferometric distance measurement system for measuring a distance between the first mirror and the reference surface. The apparatus further includes a means for calculating a position on the substrate mount surface with respect to the reference surface on the basis of a value measured by the first laser interferometric distance measurement system and a value measured by the second laser interferometric distance measurement system. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、原版を介して基板を露光する露光装置に関する。   The present invention relates to an exposure apparatus that exposes a substrate through an original.

近年の露光装置は、投影光学系のNAの増大に伴い、ウエハステージ(基板ステージともいう)によるフォーカス及びレベリング合わせは非常に厳しい精度(再現性)が要求される。例えば、ウエハの露光時に確保できる焦点深度はNA=0.93の走査露光装置で約200[nm]程度である。しかし、その中から、像面湾曲やレチクル要因のデフォーカス量、像面キャリブレーション誤差などの誤差要因を取り除いてフォーカスレベリング駆動誤差に割り振ることができる制御精度は一般的な経験則より、たかだかその10%(20[nm])位である。そのため、Z軸(フォーカス方向)及びレベリング軸の位置計測に直線性がよく分解能の高いレーザ干渉計を用いて制御を行う方法が採用されるようになっている。   In recent exposure apparatuses, as the NA of the projection optical system increases, focus and leveling alignment by a wafer stage (also referred to as a substrate stage) is required to have extremely strict accuracy (reproducibility). For example, the depth of focus that can be secured at the time of wafer exposure is about 200 [nm] with a scanning exposure apparatus with NA = 0.93. However, the control accuracy that can be assigned to the focus leveling drive error by removing the error factors such as field curvature, reticle defocus amount, and image plane calibration error from the general empirical rule. It is about 10% (20 [nm]). For this reason, a method of performing control using a laser interferometer with good linearity and high resolution for the position measurement of the Z axis (focus direction) and the leveling axis has been adopted.

例えば、ウエハステージの上面左右に平面ミラー(YZ1、YZ2)を配し、各々において投影レンズの両側に固定された参照ミラーからの計測光を反射させることでステージ面のフォーカス方向の位置を計測可能としている。
また、特許文献1(特表2001−510577)では、ウエハチャックの側面に鋭角ミラーを配し投影レンズや干渉計の固定された鏡筒定盤に対して水平に入射された計測光を投影レンズ側に反射させて、ウエハチャックの高さを計測する方法が提案されている。
特表2001−510577号公報
For example, it is possible to measure the position of the stage surface in the focus direction by arranging flat mirrors (YZ1, YZ2) on the left and right sides of the upper surface of the wafer stage and reflecting the measurement light from the reference mirrors fixed on both sides of the projection lens in each. It is said.
Further, in Patent Document 1 (Japanese Translation of PCT International Publication No. 2001-510577), measurement light incident horizontally on a lens barrel surface plate with an acute angle mirror disposed on the side surface of a wafer chuck and having a projection lens and an interferometer fixed thereto is used as a projection lens. A method of measuring the height of the wafer chuck by reflecting the laser beam to the side has been proposed.
JP-T-2001-510577

ところで、上記平面ミラー(YZ1、YZ2)を配した例では、ウエハステージのY方向移動に伴い、平面ミラーYZ1およびYZ2の計測光が切れて(平面ミラーYZ1およびYZ2で計測光を反射できなくなって)しまう。そのため、Z(フォーカス)現在位置計測系の切り替えを行うシステムの構築が必要である。また、Z干渉計の切り替えの際には空気揺らぎやステージ天板の変形要因による誤差が累積してしまうため、絶対的に安定した座標系を維持することが困難であるという問題があった。また、レベリング方向の計測は、X軸もしくはY軸に平行な2つの計測光を用いたピッチング干渉計によって行われる。しかし、ステージサイズを小さくする必要性からピッチング計測の光軸スパンを広く取ることができず、そのために空気揺らぎや分解能の粗さによるピッチング計測精度劣化要因が無視できなくなってきた。   By the way, in the example where the plane mirrors (YZ1, YZ2) are arranged, the measurement light of the plane mirrors YZ1 and YZ2 is cut off as the wafer stage moves in the Y direction (the measurement light cannot be reflected by the plane mirrors YZ1 and YZ2). ) Therefore, it is necessary to construct a system for switching the Z (focus) current position measurement system. Further, when the Z interferometer is switched, errors due to air fluctuations and deformation factors of the stage top plate accumulate, which makes it difficult to maintain an absolutely stable coordinate system. Further, the measurement in the leveling direction is performed by a pitching interferometer using two measurement lights parallel to the X axis or the Y axis. However, it is not possible to take a wide optical axis span for pitching measurement due to the necessity of reducing the stage size. For this reason, it is no longer possible to ignore factors that cause deterioration in pitching measurement accuracy due to air fluctuation and resolution roughness.

一方、特許文献1では、Z方向計測のためにZ測定ミラーとZ反射器の間に配置された2本の干渉計計測光は、露光処理中のステージのあらゆるポジションにおいても切れることがない構成となっている。しかしながら特許文献1の発明者の見解にもあるように、Z測定ミラーを上記計測光が切れないように構成するためには、Z測定ミラーを含んだ基板ホルダの寸法(h)を拡大する必要がある。これが、ステージ動特性向上や露光装置のフットプリント設計上の妨げになる可能性があった。特にNAの拡大に伴ってレンズ口径が大きくなると、特にこの問題に対する対処が重要となる。
本発明は、上記課題に鑑み、投影光学系の光軸の方向における基板ステージの位置を計測する新規な技術を提供することを例示的目的とする。
On the other hand, in Patent Document 1, the two interferometer measurement lights arranged between the Z measurement mirror and the Z reflector for measuring in the Z direction are not cut off at any position of the stage during the exposure process. It has become. However, as indicated by the inventor's view of Patent Document 1, in order to configure the Z measurement mirror so that the measurement light is not cut off, it is necessary to enlarge the dimension (h) of the substrate holder including the Z measurement mirror. There is. This may hinder the improvement of the stage dynamic characteristics and the footprint design of the exposure apparatus. In particular, when the lens diameter increases as NA increases, it is particularly important to deal with this problem.
An object of the present invention is to provide a novel technique for measuring the position of a substrate stage in the direction of the optical axis of a projection optical system in view of the above problems.

上記の課題を解決するための面位置計測装置は、基板を搭載するステージの基板搭載面の、予め定められた基準面に対する位置を計測する面位置計測装置である。そして、本発明の面位置計測装置は、前記ステージとは分離して前記基準面と平行に配設された第1ミラーと、前記基板搭載面と前記第1ミラーとの距離を計測する第1レーザ干渉測長系と、前記第1ミラーと前記基準面との距離を計測する第2レーザ干渉測長系とを備える。さらに、前記第1レーザ干渉測長系による計測値と前記第2レーザ干渉測長系による計測値に基づいて前記基準面に対する前記基板搭載面の位置を演算する演算手段を備える。基準面としては、例えば設計上または理想上の基板搭載面か、または露光装置であれば投影光学系の像面を設定すればよい。   A surface position measuring device for solving the above problem is a surface position measuring device that measures a position of a substrate mounting surface of a stage on which a substrate is mounted with respect to a predetermined reference surface. The surface position measuring apparatus of the present invention measures the distance between the first mirror separated from the stage and disposed in parallel with the reference surface, and the distance between the substrate mounting surface and the first mirror. A laser interference length measuring system; and a second laser interference length measuring system for measuring a distance between the first mirror and the reference plane. Furthermore, a calculation means is provided for calculating a position of the substrate mounting surface with respect to the reference surface based on a measurement value obtained by the first laser interference measurement system and a measurement value obtained by the second laser interference measurement system. As the reference plane, for example, a design or ideal substrate mounting surface, or an image plane of the projection optical system may be set in the case of an exposure apparatus.

また、本発明の露光装置は、原版を介して基板を露光する露光装置であり、以下を特徴とする。すなわち、該原版からの光を該基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系を支持する第1の定盤と、該基板を保持し、かつ移動する基板ステージと、前記基板ステージに配された第1のミラーと、前記基板ステージを支持する第2の定盤とを有する。また、該第2の定盤に関し、該基板ステージとは反対の側に配された第2のミラーと、前記第1の定盤に支持され、かつ前記投影光学系の光軸の方向における、前記第2のミラーに対する前記第1のミラーの位置を計測する第1のレーザ干渉計とを有する。さらに、前記第1の定盤に支持され、かつ該光軸の方向における、前記第1の定盤に対する前記第2のミラーの位置を計測する第2のレーザ干渉計とを有する。そして、前記第1のレーザ干渉計による計測値と前記第2のレーザ干渉計による計測値とに基づき、該光軸の方向における、前記第1の定盤に対する前記基板ステージの位置を算出する。   The exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus that exposes a substrate through an original, and is characterized by the following. That is, a projection optical system that projects light from the original onto the substrate, a first surface plate that supports the projection optical system, a substrate stage that holds and moves the substrate, and a substrate stage. And a second surface plate that supports the substrate stage. In addition, with respect to the second surface plate, a second mirror disposed on the side opposite to the substrate stage, supported by the first surface plate, and in the direction of the optical axis of the projection optical system, And a first laser interferometer that measures the position of the first mirror with respect to the second mirror. And a second laser interferometer that is supported by the first surface plate and measures the position of the second mirror with respect to the first surface plate in the direction of the optical axis. Then, based on the measurement value by the first laser interferometer and the measurement value by the second laser interferometer, the position of the substrate stage with respect to the first surface plate in the direction of the optical axis is calculated.

本発明によれば、例えば、投影光学系の光軸の方向における基板ステージの位置を計測する新規な技術を提供することができる。   According to the present invention, for example, a novel technique for measuring the position of the substrate stage in the direction of the optical axis of the projection optical system can be provided.

本発明の好ましい実施の形態に係る露光装置は、原版及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、ウエハチャック(基板搭載面)の高さ及び傾きを計測する面位置計測装置を備える。この面位置計測装置は、ウエハステージ構造物(ステージ)とは分離してウエハチャック面に対して平行に取り付けられた反射ミラー(第1ミラー、間接参照ミラー)と、上記間接参照ミラーとウエハチャックの距離を計測する第1レーザ干渉測長系とを備える。さらに、上記間接参照ミラーと装置基準となる構造体(PO定盤、基準面)の距離を計測する第2レーザ干渉測長系を備える。上記間接参照ミラーは、ウエハチャックの裏面相当部分に設けられた反射ミラーもしくは反射ミラーに類する反射部材との相対距離および姿勢を第1レーザ干渉測長系によって計測する。   An exposure apparatus according to a preferred embodiment of the present invention is an exposure apparatus that exposes a substrate through an original and a projection optical system, and a surface position measurement apparatus that measures the height and inclination of a wafer chuck (substrate mounting surface). Is provided. The surface position measuring apparatus includes a reflection mirror (first mirror, indirect reference mirror) that is separated from the wafer stage structure (stage) and is mounted in parallel to the wafer chuck surface, and the indirect reference mirror and wafer chuck. And a first laser interference length measuring system for measuring the distance. Further, a second laser interference length measuring system is provided for measuring the distance between the indirect reference mirror and the structure (PO surface plate, reference plane) serving as the apparatus reference. The indirect reference mirror measures the relative distance and posture of the reflecting mirror provided on the back surface of the wafer chuck or a reflecting member similar to the reflecting mirror by the first laser interference length measuring system.

本実施形態によれば、ウエハステージのZおよびチルト軸を計測するためのレーザ干渉計の計測光軸をウエハステージ定盤側に反射する反射ミラー、及び上記計測光軸をレーザ干渉計のピックアップ側に反射する間接参照ミラーをステージ定盤側に設けている。これにより、ワーク範囲におけるウエハステージの連続的なZおよびチルト軸計測システムを提供することができる。同時に、ウエハステージの連続的なZおよびチルト軸計測システムを実現するにあたって、従来例に比較してより小型なウエハステージシステムを構築可能とする。   According to the present embodiment, the reflection mirror that reflects the measurement optical axis of the laser interferometer for measuring the Z and tilt axes of the wafer stage to the wafer stage surface plate side, and the measurement optical axis as the pickup side of the laser interferometer An indirect reference mirror is provided on the stage surface plate side. Thereby, a continuous Z and tilt axis measurement system of the wafer stage in the work range can be provided. At the same time, in realizing a continuous Z and tilt axis measurement system of the wafer stage, a smaller wafer stage system can be constructed as compared with the conventional example.

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付図に示す実施例に基づき説明する。
以下の実施例は本発明の効果を説明する便宜上、2つのウエハステージを備えた露光装置を例に挙げるが、本発明をシングルステージ構成の露光装置に適用した場合においても以下に説明すると同様の効果が得られることは明らかである。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described based on examples shown in the accompanying drawings.
In the following embodiments, for convenience of explaining the effects of the present invention, an exposure apparatus provided with two wafer stages will be taken as an example. However, even when the present invention is applied to an exposure apparatus having a single stage configuration, the same will be described below. It is clear that an effect can be obtained.

[第1の実施例]
図1〜図3は、本発明の第1の実施例に係る露光装置の構成を示す。図示の露光装置において、ウエハステージ7の移動空間はウエハの露光を行う露光ステーション(図1)とウエハのアライメント計測とフォーカスチルト計測を一括して行う計測ステーション(図2)とから構成されている。図3は2つのウエハステージ7(7a、7b)が移動するステージ定盤2の上面図である。ウエハステージ7は、図1では7a、図2では7bと記されているが、2つとも、露光ステーション(図1)と計測ステーション(図2)とを移動するものである。
[First embodiment]
1 to 3 show the arrangement of an exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the illustrated exposure apparatus, the movement space of the wafer stage 7 is composed of an exposure station (FIG. 1) that performs wafer exposure and a measurement station (FIG. 2) that collectively performs wafer alignment measurement and focus tilt measurement. . FIG. 3 is a top view of the stage surface plate 2 on which the two wafer stages 7 (7a, 7b) move. Although the wafer stage 7 is indicated by 7a in FIG. 1 and 7b in FIG. 2, both of them move between the exposure station (FIG. 1) and the measurement station (FIG. 2).

図1において、1は床面に接触して配置されるベースフレームであり、露光装置本体上の構成物はすべてベースフレーム1上に搭載されている。2はステージ定盤であり、ベースフレーム1に対してアクティブダンパ14によって所定の着目周波数領域において振動的に絶縁されて保持されている。ステージ定盤2は、ウエハステージ7aの粗動部分における平面ガイドを兼ねている。また、ステージ定盤2はウエハステージ位置座標によってウエハステージ7aの荷重を受けて数μm程度の変形や姿勢変化を生じる。ウエハステージ7aのXY方向ステップによる反力は、不図示のカウンタマスに与えられることにより運動量が相殺される。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a base frame disposed in contact with the floor surface, and all components on the exposure apparatus main body are mounted on the base frame 1. Reference numeral 2 denotes a stage surface plate, which is vibrationally insulated and held in a predetermined frequency range of interest by the active damper 14 with respect to the base frame 1. The stage surface plate 2 also serves as a planar guide in the coarse movement portion of the wafer stage 7a. Further, the stage surface plate 2 receives a load of the wafer stage 7a according to the wafer stage position coordinates, and deforms or changes its posture by several μm. The reaction force caused by the step in the XY direction of the wafer stage 7a is applied to a counter mass (not shown) to cancel the momentum.

3は鏡筒定盤(PO定盤)であり、装置の座標系の基準を与える構造物となっている。すなわち、ウエハステージレーザ干渉計のピックアップ10a、10c、レチクルレーザ干渉計のピックアップ16、及びレチクルのフォーカスレベリングを計測するレチクルフォーカス計測器15は鏡筒定盤3上に形成されている。鏡筒定盤3は、床面からの振動を遮断する必要があるため、ステージ定盤同様アクティブダンパ28によってベースフレーム1上から支持されている。4は投影レンズであり、レチクル17上に描画されたパターン像をウエハ面上に縮小投影する。投影レンズ4は外筒9によって支持されている。   Reference numeral 3 denotes a lens barrel surface plate (PO surface plate), which is a structure that provides a reference for the coordinate system of the apparatus. That is, the wafer stage laser interferometer pickups 10 a and 10 c, the reticle laser interferometer pickup 16, and the reticle focus measuring instrument 15 that measures the focus leveling of the reticle are formed on the lens barrel surface plate 3. Since the lens barrel surface plate 3 needs to block vibration from the floor surface, it is supported from the base frame 1 by the active damper 28 like the stage surface plate. Reference numeral 4 denotes a projection lens, which reduces and projects a pattern image drawn on the reticle 17 onto the wafer surface. The projection lens 4 is supported by the outer cylinder 9.

近年の事例においてはレンズ収差を補正するために投影レンズ4に構成されたレンズを補正駆動する駆動軸が実装されるようになった。そのため、投影レンズ4の振動を鏡筒定盤に伝達させない目的で投影レンズ4を鏡筒定盤から振動的に隔離した保持方法がとられるようになってきた。   In recent cases, a drive shaft for correcting and driving the lens formed in the projection lens 4 has been mounted to correct lens aberration. Therefore, in order to prevent the vibration of the projection lens 4 from being transmitted to the lens barrel base plate, a holding method in which the projection lens 4 is vibrationally isolated from the lens barrel base plate has been adopted.

13は、ウエハステージ7aに保持されたウエハと投影レンズ4の空隙に純水などの液体を充填するための液浸ノズルである。17はレチクルを保持するレチクルステージである。走査露光装置ではレチクルステージ17のスキャン動作(本実施例では紙面に対して手前と奥の方向にスキャンする)に同期してウエハステージ7aをスキャンさせてレチクル上のパターンをウエハ上に転写露光する。18はアライメントビーム投光素子であり、レチクルまたはレチクルステージ17上に描画された格子マークを照射する。この格子マークをウエハステージ7a上に設けられた不図示のセンサ(以下LIPSセンサ)でXY方向もしくはZ方向に微少領域スキャンしながら計測することにより、該3軸方向の基準ポジションからのずれ量を計測することができる。同様な計測をウエハステージ7a上の異なった複数の位置に設けられたセンサを使って行うことで、ウエハステージ7aに関する6軸の座標を正確にアライメントすることができる。   Reference numeral 13 denotes an immersion nozzle for filling a gap between the wafer held on the wafer stage 7a and the projection lens 4 with a liquid such as pure water. Reference numeral 17 denotes a reticle stage that holds the reticle. In the scanning exposure apparatus, the wafer stage 7a is scanned in synchronism with the scanning operation of the reticle stage 17 (in this embodiment, scanning in the front and back directions with respect to the paper surface), and the pattern on the reticle is transferred and exposed onto the wafer. . Reference numeral 18 denotes an alignment beam projecting element that irradiates a reticle or a lattice mark drawn on the reticle stage 17. By measuring this lattice mark while scanning a small area in the XY direction or the Z direction with a sensor (not shown) (hereinafter referred to as LIPS sensor) provided on the wafer stage 7a, the amount of deviation from the reference position in the three-axis direction is measured. It can be measured. By performing the same measurement using sensors provided at a plurality of different positions on the wafer stage 7a, the coordinates of the six axes related to the wafer stage 7a can be accurately aligned.

図2において説明する計測ステーションでアライメント及び形状計測されたウエハはウエハステージ7上に固定された不図示の基準マークとの相対位置をウエハ面内のポジション毎の関数もしくはテーブルとして記憶されている。ウエハステージ7と共に露光ステーションへ搬送されたウエハは、基準マークと同様にウエハステージ7a上に固定された不図示のセンサとレチクルまたはレチクルステージ上に描画された格子マークとの相対位置を計測する事により、レチクル上のアライメントマークとウエハ上のアライメントマークとの6軸における相対関係が確定する。   2 is stored as a function or a table for each position in the wafer surface, with respect to a wafer whose alignment and shape are measured by the measurement station described in FIG. 2 and a relative position with a reference mark (not shown) fixed on the wafer stage 7. The wafer transferred to the exposure station together with the wafer stage 7 measures the relative position between a sensor (not shown) fixed on the wafer stage 7a and a reticle or a lattice mark drawn on the reticle stage, like the reference mark. As a result, the relative relationship between the alignment mark on the reticle and the alignment mark on the wafer in six axes is determined.

19及び20はそれぞれレチクルを照明する露光光を整形するための第1コンデンサ光学素子ユニット及び第2コンデンサ光学素子ユニットである。21は露光スリットであり、レチクルパターン面に対して共役面と成る位置に配置されている。22はマスキングブレードであり、レチクル上に描画された遮光帯以遠の無関係のレチクル領域に露光光が当たらないようにする。マスキングブレード22は、レチクルステージ17およびウエハステージ7aのスキャン動作に同期してZ方向にスキャンする。   Reference numerals 19 and 20 respectively denote a first condenser optical element unit and a second condenser optical element unit for shaping exposure light that illuminates the reticle. Reference numeral 21 denotes an exposure slit, which is disposed at a position that is a conjugate plane with respect to the reticle pattern surface. Reference numeral 22 denotes a masking blade that prevents exposure light from hitting an irrelevant reticle area drawn on the reticle beyond the shading zone. The masking blade 22 scans in the Z direction in synchronization with the scanning operation of the reticle stage 17 and the wafer stage 7a.

レーザ干渉計ピックアップ10a、10cは鏡筒定盤から支持されている。本実施例においては、右側のレーザ干渉計ピックアップ10cはウエハステージ7aのX方向の距離を計測する計測光12aをウエハステージ7a上に搭載されたXミラー24aに照射してX方向の現在位置を得ている。レーザ干渉計ピックアップ10a、10cは左右ユニットとも、Z方向の距離を計測する計測光11aをウエハステージ上に搭載された折り曲げミラー8aに照射し、間接参照ミラー5aとの相対距離を計測できるようになっている。   Laser interferometer pickups 10a and 10c are supported from a lens barrel surface plate. In the present embodiment, the laser interferometer pickup 10c on the right side irradiates the X mirror 24a mounted on the wafer stage 7a with measurement light 12a for measuring the distance in the X direction of the wafer stage 7a to indicate the current position in the X direction. It has gained. The laser interferometer pickups 10a and 10c irradiate the bending mirror 8a mounted on the wafer stage with measurement light 11a for measuring the distance in the Z direction so that the relative distance from the indirect reference mirror 5a can be measured. It has become.

23aは露光ステーションにおいてステージ定盤2に設けられた貫通穴であり、Z方向計測を行う干渉計の計測光軸11aおよび25aを通す。その態様の一例を図7に示す。他方、ステージ定盤2に穴を開けるまでもなく、ステージ定盤の間接参照ミラーの部分を掘り下げて、底に間接参照ミラー5aを配置しても良い。その態様の一例を図8に示す。また別の例として、レーザ干渉計の計測光軸を通すためにステージ定盤2をガラスのような透明な材料を用いて構成しても良い。
ステージ定盤2の表面を鏡面に仕上げて間接参照ミラー5aの代わりに用いることもできる。但し、この方法によれば、ウエハステージ7aの位置によってステージ定盤2に加えられる荷重ポジションが変動するため、間接参照ミラーがステージ座標に依存して変形する結果となる。これを補うためにはステージ座標に応じた補正機構と調整工程が必要となる。
Reference numeral 23a denotes a through hole provided in the stage surface plate 2 in the exposure station, and passes through measurement optical axes 11a and 25a of an interferometer that performs Z-direction measurement. An example of this aspect is shown in FIG. On the other hand, the indirect reference mirror 5a may be disposed at the bottom by digging down the indirect reference mirror portion of the stage surface plate without needing to make a hole in the stage surface plate 2. An example of this aspect is shown in FIG. As another example, the stage surface plate 2 may be made of a transparent material such as glass in order to pass the measurement optical axis of the laser interferometer.
The surface of the stage surface plate 2 can be used as a mirror surface instead of the indirect reference mirror 5a. However, according to this method, since the load position applied to the stage surface plate 2 varies depending on the position of the wafer stage 7a, the indirect reference mirror is deformed depending on the stage coordinates. In order to compensate for this, a correction mechanism and an adjustment process corresponding to the stage coordinates are required.

図1の説明に戻り、間接参照ミラー5aは鏡筒定盤に設けられた左右のレーザ干渉計ピックアップ10a、10cから投下される計測光25aによってもZ方向の位置を計測される。間接参照ミラーはウエハステージ7の荷重移動に際してステージ定盤2の変形の影響を受けないようにするため、本実施例のように別置きにしても良いし、床からの振動を懸念してステージ定盤裏面から支持してもよい。重要なことは、間接参照ミラーの位置変動や角度変動は許容するも、ミラー変形は計測誤差を生むということである。そこで、間接参照ミラーは剛性を持つように設計し、柔軟な支持部材6a、6bを使って保持することが望ましい。   Returning to the description of FIG. 1, the position of the indirect reference mirror 5a in the Z direction is also measured by the measurement light 25a dropped from the left and right laser interferometer pickups 10a and 10c provided on the lens barrel surface plate. In order to prevent the indirect reference mirror from being affected by the deformation of the stage surface plate 2 when the load of the wafer stage 7 is moved, the indirect reference mirror may be provided separately as in the present embodiment, or the stage may be used in consideration of vibration from the floor. You may support from the back of the surface plate. What is important is that the position variation and the angle variation of the indirect reference mirror are allowed, but the mirror deformation causes a measurement error. Therefore, it is desirable that the indirect reference mirror is designed to be rigid and is held using flexible support members 6a and 6b.

ステージ定盤裏面から支持する場合、間接参照ミラー5aは支持部材6a、6bを介してステージ定盤2に取り付けられる。レーザ干渉計ピックアップ10a、10cから間接参照ミラー5aの位置及び姿勢を計測することにより、間接参照ミラー5aが鏡筒定盤3に対して概ね静止していれば床振動などの影響を受けて姿勢や位置が変動した場合でもその変動分を正しく計測できるので、ウエハステージ7と鏡筒定盤の相対距離は正確に計測することができる。
間接参照ミラーを使ってウエハステージのZ軸及びレベリング軸の座標を求める方法については図8の説明において解説する。
When supporting from the back surface of the stage surface plate, the indirect reference mirror 5a is attached to the stage surface plate 2 via the support members 6a and 6b. By measuring the position and orientation of the indirect reference mirror 5a from the laser interferometer pickups 10a and 10c, if the indirect reference mirror 5a is substantially stationary with respect to the lens barrel surface plate 3, the orientation is affected by floor vibration or the like. Even when the position fluctuates, the fluctuation can be measured correctly, so that the relative distance between the wafer stage 7 and the lens barrel surface plate can be measured accurately.
A method for obtaining the coordinates of the Z axis and the leveling axis of the wafer stage using the indirect reference mirror will be described in the description of FIG.

本実施例によれば、露光ステーション内の露光に供するすべてのストローク内で常に両側のレーザ干渉計ピックアップ10a、10cから投光される計測光からの位置情報が得られる。そのため、ウエハステージ位置の干渉計切り替え誤差が解消し、かつ良好なωy方向のピッチング軸計測精度が得られる。ωx方向のピッチング計測に関し、図1〜図3に開示はないが、レーザ干渉計ピックアップ10と間接参照ミラー5の対をY方向に離して複数配置すれば、ωx方向のピッチング計測精度においても同様の効果が得られる。しかしながら走査露光に使う露光スリットは、スキャン方向がY方向であるのに対してX方向に長くY方向に短い形状となっている。そのため、ωx軸の制御に対する要求精度はωyほど厳しくはなく、レーザ干渉計ピックアップ304a、304b(図3参照)から当てるピッチング計測光軸の計測精度で十分要求性能を達成できると考えられる。   According to the present embodiment, position information from measurement light projected from the laser interferometer pickups 10a and 10c on both sides is always obtained in all strokes used for exposure in the exposure station. Therefore, the interferometer switching error at the wafer stage position is eliminated, and good pitching axis measurement accuracy in the ωy direction can be obtained. Although not disclosed in FIGS. 1 to 3 regarding pitch measurement in the ωx direction, if a plurality of pairs of the laser interferometer pickup 10 and the indirect reference mirror 5 are arranged apart in the Y direction, the same is true in pitching measurement accuracy in the ωx direction. The effect is obtained. However, the exposure slit used for scanning exposure has a shape that is long in the X direction and short in the Y direction, while the scanning direction is the Y direction. Therefore, the required accuracy for control of the ωx axis is not as strict as ωy, and it is considered that the required performance can be sufficiently achieved with the measurement accuracy of the pitching measurement optical axis applied from the laser interferometer pickups 304a and 304b (see FIG. 3).

図9は、本発明の第1実施例におけるZ軸計測システムのZおよびωy軸の座標計算方法を説明する説明図である。図中の部品において、干渉計ピックアップ10a、10cから水平方向に出射し、ウエハステージ7aにてミラー8によってZ方向に90度曲げられ、間接参照ミラー5aにて反射される光路長を計測する干渉計の現在位置をそれぞれZL、ZRとする。これらは間接参照ミラーを中立点に維持した状態でウエハステージのウエハチャック中心がXY計測を行う干渉計12a(Y軸は不図示)の交点に位置した状態でのウエハ表面の高さおよびωy方向の傾きがおおむね像面と平行になる特定の姿勢を座標原点とする。また、ウエハステージ7aのXY方向を計測する干渉計12aの交点にウエハチャックの中心が位置したところを原点とするウエハステージ7aのX方向の距離をXとする。ウエハステージ7aの両側に取り付けられた90度反射ミラー8は、ウエハチャックの中心から等間隔(1/2WS)だけ離れて取り付けられている。また、干渉計ピックアップ10a、10cからZ方向に垂直に投下されて間接参照ミラー5aを計測する光路長を計測する干渉計の現在位置をそれぞれRL、RRとする。RLとRRが投下される計測スポットのスパン長をWRとする。RL、RRの原点は、間接参照ミラー5aが所定の中立点に位置決めされた状態を原点と定義される。このような定義のもと、ウエハステージ7aのウエハチャック中心の現在位置(Z,ωy)は、以下の式で求められる。   FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a coordinate calculation method for the Z and ωy axes of the Z axis measurement system in the first embodiment of the present invention. In the components shown in the drawing, the interference is measured in the horizontal direction from the interferometer pickups 10a and 10c, bent 90 degrees in the Z direction by the mirror 8 at the wafer stage 7a, and reflected by the indirect reference mirror 5a. Let the current position of the meter be ZL and ZR, respectively. These are the height of the wafer surface and the ωy direction when the wafer chuck center of the wafer stage is located at the intersection of the interferometer 12a (Y axis is not shown) that performs XY measurement with the indirect reference mirror maintained at the neutral point. A specific orientation in which the inclination of the image is approximately parallel to the image plane is defined as the coordinate origin. Also, let X be the distance in the X direction of the wafer stage 7a, where the origin is where the center of the wafer chuck is located at the intersection of the interferometer 12a that measures the XY direction of the wafer stage 7a. The 90-degree reflecting mirrors 8 attached to both sides of the wafer stage 7a are attached at equal intervals (1/2 WS) from the center of the wafer chuck. Also, let RL and RR be the current positions of the interferometers that measure the optical path length that is dropped vertically from the interferometer pickups 10a and 10c in the Z direction and measures the indirect reference mirror 5a. The span length of the measurement spot where RL and RR are dropped is WR. The origins of RL and RR are defined as the origin when the indirect reference mirror 5a is positioned at a predetermined neutral point. Based on this definition, the current position (Z, ωy) of the wafer chuck center of the wafer stage 7a can be obtained by the following equation.

Figure 2008147369
Ccmpz、Ccmpqyは、レーザ干渉計の組み立て公差やミラーの理想平面からの凹凸変動量を補正するためのABBE補正パラメータおよびミラーベンド補正テーブルである。これらのパラメータはウエハステージのXY座標やθ座標に関連して補正値が変動するため、多項式や補正テーブルなどによって補正計算が行われ、その計算結果が現在位置に加算されて補正が行われるのが一般的である。
間接参照ミラー5a、5bは重力による撓みや加工精度による表面荒さによって、理想的な平面ではないため、上記補正(Ccmpz、Ccmpqy)は必須である。
Figure 2008147369
Ccmpz and Ccmpqy are ABBE correction parameters and a mirror bend correction table for correcting the assembly tolerance of the laser interferometer and the uneven fluctuation amount from the ideal plane of the mirror. Since the correction values of these parameters fluctuate in relation to the XY coordinates and θ coordinates of the wafer stage, correction calculation is performed using a polynomial or a correction table, and the calculation result is added to the current position to be corrected. Is common.
Since the indirect reference mirrors 5a and 5b are not ideal planes due to the bending due to gravity and the surface roughness due to processing accuracy, the above correction (Ccmpz, Ccmpqy) is essential.

Figure 2008147369
Oyは、ステージをX方向に駆動したときのステージ走り面を補正する補正係数、Fzx(X)は、間接参照ミラー5aのミラー平面度のZ成分補正テーブル、Fzy(Y)は、ウエハステージ7aの反射ミラー8平面度のZ成分補正テーブルである。CxはウエハステージをX方向に駆動した時のωy軸干渉成分の一次係数であり、間接参照ミラー5aが放物線形状の弓なりを持っていると発生する。Cqはウエハステージをθ方向に駆動した場合のωy軸干渉成分の一次係数、Fqx(X)は、間接参照ミラー5aのミラー平面度のωy成分補正テーブル、Fqy(y)は、ウエハステージ7aの反射ミラー8平面度のωy成分補正テーブルである。
Figure 2008147369
Oy is a correction coefficient for correcting the stage running surface when the stage is driven in the X direction, Fzx (X) is a Z component correction table of mirror flatness of the indirect reference mirror 5a, and Fzy (Y) is a wafer stage 7a. This is a Z component correction table for the flatness of the reflecting mirror 8. Cx is a first-order coefficient of the ωy-axis interference component when the wafer stage is driven in the X direction, and is generated when the indirect reference mirror 5a has a parabolic bow. Cq is the primary coefficient of the ωy-axis interference component when the wafer stage is driven in the θ direction, Fqx (X) is the ωy component correction table of the mirror flatness of the indirect reference mirror 5a, and Fqy (y) is the wafer stage 7a. It is a ωy component correction table of reflection mirror 8 flatness.

本実施例によれば、Z軸計測用のレーザ干渉計計測光11aはウエハステージ7aに取り付けられた90度反射ミラー8aによってウエハステージ定盤2に向けて反射され、ウエハステージ定盤2の裏面側に配置された間接参照ミラー5aとの相対距離を計測する。一方間接参照ミラー5aはステージベースフレーム1またはステージ定盤2から床振動や定盤変形を伝達しない柔軟な支持部品6aによって保持されており、この間接参照ミラー5aと干渉計ピックアップ10の相対距離を計測することにより、計測基準となる鏡筒定盤に固定された干渉計ピックアップ10とウエハステージのZの相対距離が計算によって得られる。間接参照ミラー5aの変位および姿勢変動は上記式(1)において相殺されるために、Z軸計測もしくはチルト軸計測に対して誤差を与えない。またウエハチャック上面より上の部分にレーザ干渉計による計測光軸を配する必要がないので、特にNAが大きな投影レンズを上部に配置しようとした場合の設計自由度が向上する利点がある。   According to this embodiment, the laser interferometer measurement light 11a for Z-axis measurement is reflected toward the wafer stage surface plate 2 by the 90-degree reflection mirror 8a attached to the wafer stage 7a, and the back surface of the wafer stage surface plate 2 is reflected. The relative distance from the indirect reference mirror 5a arranged on the side is measured. On the other hand, the indirect reference mirror 5a is held by a flexible support component 6a that does not transmit floor vibration or surface plate deformation from the stage base frame 1 or the stage surface plate 2, and the relative distance between the indirect reference mirror 5a and the interferometer pickup 10 is determined. By measuring, the relative distance between the interferometer pickup 10 fixed on the lens barrel surface plate serving as a measurement reference and the Z of the wafer stage is obtained by calculation. Since the displacement and the posture variation of the indirect reference mirror 5a are canceled in the above equation (1), no error is given to the Z-axis measurement or the tilt-axis measurement. In addition, since there is no need to place a measurement optical axis by a laser interferometer above the upper surface of the wafer chuck, there is an advantage that the degree of freedom in design is improved when a projection lens having a large NA is arranged at the top.

[第2の実施例]
上述においては、本発明を露光装置の露光ステーションに適用する例を示したが、本発明は、図2の計測ステーションにも適用することができる。図2において、通し番号が図1と同じ数値のものは露光ステーションと共通の部材である。また、アルファベットを除いた番号が同一の部材も図1と共通の部材である。レーザ干渉計の光軸の引き回しとステージ7の構成は図1で説明した構成と共通である。また、Z軸計測システムのZおよびωy軸の座標計算方法も共通である。
[Second Embodiment]
In the above description, the present invention is applied to the exposure station of the exposure apparatus. However, the present invention can also be applied to the measurement station of FIG. In FIG. 2, the serial numbers having the same numerical values as those in FIG. 1 are members common to the exposure station. Further, members having the same number excluding the alphabet are also members common to FIG. The optical axis routing of the laser interferometer and the configuration of the stage 7 are the same as those described in FIG. Further, the coordinate calculation method for the Z and ωy axes of the Z axis measurement system is also common.

図2において、201はウエハ上のフォーカス(Z)方向の位置を計測する複眼のフォーカスセンサ、202はウエハステージ7上にチャッキングされたウエハのXY方向のアライメントマークを計測するアライメントセンサである。計測ステーションにおいては、ウエハステージ7を駆動してアライメントセンサ202で所定のアライメント計測サンプルショットの座標に位置決めしながら、アライメントシーケンスを実施する。アライメントシーケンスの前もしくは後にウエハステージ上の不図示の基準マークの位置を計測し、基準マークとウエハ上のアライメントマークの相対距離を計算して記憶する。フォーカスレベリング方向に関しても同様にウエハステージ7を駆動してフォーカスセンサ201を用いてフォーカス計測を行い、そのシーケンス前または後に不図示の基準マークとの相対距離関係を計測して記憶する。   In FIG. 2, 201 is a compound eye focus sensor that measures the position in the focus (Z) direction on the wafer, and 202 is an alignment sensor that measures the alignment marks in the XY direction of the wafer chucked on the wafer stage 7. In the measurement station, the wafer stage 7 is driven and the alignment sequence is performed while the alignment sensor 202 is positioned at the coordinates of a predetermined alignment measurement sample shot. The position of a reference mark (not shown) on the wafer stage is measured before or after the alignment sequence, and the relative distance between the reference mark and the alignment mark on the wafer is calculated and stored. Similarly, with respect to the focus leveling direction, the wafer stage 7 is driven to perform focus measurement using the focus sensor 201, and the relative distance relationship with a reference mark (not shown) is measured and stored before or after the sequence.

[第3の実施例]
図3は、本発明を露光ステーションと計測ステーションとの双方に適用した露光装置のステージ定盤2を上面から見た図、図4は図3に示すステージ定盤を横から見た図である。レーザ干渉計ピックアップ10a〜10dは、鏡筒定盤3(図1及び図2参照)に固定されており、ウエハステージ定盤2とは直接接触はしていない。304a、304bはそれぞれ2基あるウエハステージ7aと7bのY軸方向及びωx方向の位置を計測するレーザ干渉計ピックアップである。301は露光ステーション側の投影レンズ4の位置、302は計測ステーション側のアライメント及びフォーカス計測器201の位置である。
[Third embodiment]
FIG. 3 is a view of the stage surface plate 2 of the exposure apparatus in which the present invention is applied to both the exposure station and the measurement station, and FIG. 4 is a view of the stage surface plate shown in FIG. 3 viewed from the side. . The laser interferometer pickups 10a to 10d are fixed to the lens barrel surface plate 3 (see FIGS. 1 and 2) and are not in direct contact with the wafer stage surface plate 2. Reference numerals 304a and 304b denote laser interferometer pickups for measuring the positions of the two wafer stages 7a and 7b in the Y-axis direction and the ωx direction, respectively. Reference numeral 301 denotes the position of the projection lens 4 on the exposure station side, and 302 denotes the position of the alignment and focus measuring instrument 201 on the measurement station side.

ウエハステージ7a及び7bは、それぞれの位置で行うべきジョブが終了した後に、位置を交換する。すなわち、計測ステーションで試料ウエハのアライメント及びフォーカス計測が終了したウエハステージ7bは、露光ステーションで露光処理を行っているウエハステージ7aの処理が完了するまで待機し、スワップされる。露光処理の終わったウエハは計測ステーションに搬送されてウエハアンロードされる。ウエハステージがスワップされる間は10aから10d及び304aと304bのレーザ干渉計の光軸は遮られ、これらの干渉計による位置計測情報はすべて不定となる。スワップが完了すると自動的に行われる粗原点出しの後で各ウエハステージ7a、7bのレーザ干渉計による位置計測が復活し、干渉計による位置制御のもと、精密原点出しが行われる。図1で説明したアライメントビーム投光素子18による計測は、ここでいう露光ステーションにおける精密原点出しに相当する。計測ステーションではアライメントスコープ202とフォーカス計測センサ201によって精密原点出しが行われる。   The wafer stages 7a and 7b exchange positions after the jobs to be performed at the respective positions are completed. That is, the wafer stage 7b that has completed the alignment and focus measurement of the sample wafer at the measurement station waits until the processing of the wafer stage 7a that is performing the exposure process at the exposure station is completed, and is swapped. The wafer after the exposure process is transferred to the measurement station and unloaded. While the wafer stage is swapped, the optical axes of the laser interferometers 10a to 10d and 304a and 304b are blocked, and all position measurement information by these interferometers is indefinite. The position measurement by the laser interferometer of each of the wafer stages 7a and 7b is restored after the rough origin is automatically performed when the swap is completed, and the precise origin is performed under the position control by the interferometer. The measurement by the alignment beam projector 18 described with reference to FIG. 1 corresponds to the precise origination at the exposure station here. In the measurement station, the precise origin is performed by the alignment scope 202 and the focus measurement sensor 201.

図5は、第3実施例において2基のウエハステージ7a、7bがスワップされるときのレイアウトを記述したものである。本発明を適用した場合、ウエハステージ7a、7bのX方向の幅は12インチウエハチャックを搭載した場合で400〜450ミリ前後の寸法となることが見積もられる。   FIG. 5 describes a layout when the two wafer stages 7a and 7b are swapped in the third embodiment. When the present invention is applied, the width in the X direction of the wafer stages 7a and 7b is estimated to be about 400 to 450 mm when a 12-inch wafer chuck is mounted.

図6は、第1〜3実施例におけるウエハステージ7(7a、7b)の構造図である。ウエハステージ7はXY方向に大きなストロークを有する粗動ステージ708と粗動ステージ上に構成された微少量6軸方向に駆動可能な微動ステージ708から構成されている。微動ステージ上にはウエハチャック705、及び不図示のアライメントスコープで観察可能なマークを搭載した基板である基準マークプレートが固定されている。さらに、露光ステーションにおいてXY方向もしくはZ方向に微少領域スキャンしながらアライメント、フォーカス計測を行う不図示のLIPSセンサも固定されている。701、702は微動ステージを駆動するためのリニアモータである。
粗動ステージ708は平面パルスモータ703で駆動される一方、ステージ定盤からエアーベアリング704によって微少量浮上している。
FIG. 6 is a structural diagram of the wafer stage 7 (7a, 7b) in the first to third embodiments. The wafer stage 7 is composed of a coarse movement stage 708 having a large stroke in the XY directions and a fine movement stage 708 which is driven on the coarse movement stage and can be driven in a minute amount of six axes. On the fine movement stage, a wafer chuck 705 and a reference mark plate which is a substrate on which a mark observable with an alignment scope (not shown) is mounted are fixed. Further, a LIPS sensor (not shown) that performs alignment and focus measurement while scanning a small area in the XY direction or Z direction at the exposure station is also fixed. Reference numerals 701 and 702 denote linear motors for driving the fine movement stage.
The coarse movement stage 708 is driven by a flat pulse motor 703, and floats slightly from the stage surface plate by an air bearing 704.

上記の構成以外に、以下のように構成することもできる。すなわち、粗動ステージ707における駆動力発生機構703を廃し、ステージ外部の駆動案内機構を粗動ステージ707に連結する。そして、ステージスワップ時には、上記駆動案内機構の連結を交換することによって、駆動案内機構を露光ステーション、計測ステーションごとに配置しつつも粗動ステージ707より上のユニットは両ステーション間を往来できるようにする。このような構成であっても本発明の適用は可能である。   In addition to the above configuration, the following configuration can also be used. That is, the driving force generation mechanism 703 in the coarse movement stage 707 is eliminated, and the drive guide mechanism outside the stage is connected to the coarse movement stage 707. In the stage swap, by exchanging the connection of the drive guide mechanism, the unit above the coarse movement stage 707 can come and go between both stations while arranging the drive guide mechanism for each exposure station and measurement station. To do. Even with such a configuration, the present invention can be applied.

[第4の実施例]
図10は、本発明の第4の実施例に係る露光装置の露光ステーション構成を示す。図10において、図1とアルファベットを除き同一の番号は同一の部材を示す。第1実施例との相違は、図1の反射ミラー8aに対し、図10では反射ミラー901がウエハチャック裏面にXY平面に対して平行に形成されている点である。ウエハステージのZ軸計測光904a、904bは、図11において説明するレーザ干渉計ピックアップユニットから出射される。902はハーフミラーであり、図1の間接参照ミラー5aに対応する。ハーフミラー902はリファレンス計測光905a、905bを反射し、計測光904a、904bを透過させる。Z軸干渉計の計測値は光路904と905の差分が出力値となり、これはすなわち間接参照ミラーであるハーフミラー902とウエハステージ裏面の反射ミラー901の相対距離となる。レーザ干渉計ピックアップ10a、10bから下方向に出射される25a、25bの計測光とハーフミラー902の関係は第一の実施例における間接参照ミラー5a、5bと同じである。
[Fourth embodiment]
FIG. 10 shows an exposure station configuration of an exposure apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same numbers as those in FIG. The difference from the first embodiment is that the reflecting mirror 901 in FIG. 10 is formed on the back surface of the wafer chuck in parallel to the XY plane in contrast to the reflecting mirror 8a in FIG. The Z-axis measuring beams 904a and 904b of the wafer stage are emitted from a laser interferometer pickup unit described with reference to FIG. Reference numeral 902 denotes a half mirror, which corresponds to the indirect reference mirror 5a in FIG. The half mirror 902 reflects the reference measurement beams 905a and 905b and transmits the measurement beams 904a and 904b. The measurement value of the Z-axis interferometer is the difference between the optical paths 904 and 905, and this is the relative value between the half mirror 902, which is an indirect reference mirror, and the reflection mirror 901 on the back of the wafer stage. The relationship between the measurement light beams 25a and 25b emitted downward from the laser interferometer pickups 10a and 10b and the half mirror 902 is the same as that of the indirect reference mirrors 5a and 5b in the first embodiment.

図11は、第4実施例におけるX方向に移動可能なレーザ干渉計ピックアップ(以下可動ピックアップ)の説明図である。可動ピックアップは、レーザ干渉計1001が搭載されており、そこからはZ軸計測光904a、904b、905a、905bが紙面に対して法線方向に出射され、それぞれ図10で説明したミラーにおいて反射されて戻される。1002は可動ピックアップをX軸方向に駆動するピックアップステージである。ピックアップステージの駆動精度はそれほど厳しい精度は要求されない。
かくして、第4実施例に示した構成においても本発明による間接参照ミラーを使ったZおよびωy軸計測システムを構成することができる。
なお、本実施例も第1〜第3実施例に示したと同様に計測ステーションに適用することが可能である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a laser interferometer pickup (hereinafter referred to as a movable pickup) movable in the X direction in the fourth embodiment. The movable pickup is equipped with a laser interferometer 1001, from which Z-axis measurement light 904 a, 904 b, 905 a, and 905 b are emitted in the normal direction with respect to the paper surface and reflected by the mirrors described in FIG. 10. Returned. Reference numeral 1002 denotes a pickup stage that drives the movable pickup in the X-axis direction. The drive accuracy of the pickup stage is not required to be so strict.
Thus, even in the configuration shown in the fourth embodiment, the Z and ωy axis measurement system using the indirect reference mirror according to the present invention can be configured.
Note that this embodiment can also be applied to a measurement station in the same manner as shown in the first to third embodiments.

上述の実施例によれば、ウエハステージのZおよびチルト軸を計測するためのレーザ干渉計の計測光軸をウエハステージ定盤側に反射する反射ミラー及び、上記計測光軸をレーザ干渉計のピックアップ側に反射する間接参照ミラーをステージ定盤側に設けている。これにより、ワーク範囲におけるウエハステージの連続的なZおよびチルト軸計測システムを提供することができる。同時に、ウエハステージの連続的なZおよびチルト軸計測システムを実現するにあたって、従来例に比較してより小型なウエハステージシステムの構築が可能である。   According to the above-described embodiment, the reflection mirror that reflects the measurement optical axis of the laser interferometer for measuring the Z and tilt axes of the wafer stage to the wafer stage surface plate side, and the measurement optical axis is picked up by the laser interferometer. An indirect reference mirror that reflects to the side is provided on the stage surface plate side. Thereby, a continuous Z and tilt axis measurement system of the wafer stage in the work range can be provided. At the same time, in realizing a continuous Z and tilt axis measurement system of the wafer stage, it is possible to construct a wafer stage system that is smaller than the conventional example.

[第5の実施例]
次に、上述の露光装置を利用した微小デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の製造プロセスを説明する。
図12は半導体デバイスの製造のフローを示す。
ステップ1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ2(マスク製作)では設計したパターンを形成したマスク(原版またはレチクルともいう)を製作する。
一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウエハ(基板ともいう)を製造する。ステップ4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクを設置した露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。
次のステップ5(組立)は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程である。後工程は、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の組み立て工程を含む。ステップ6(検査)ではステップ5で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ7でこれを出荷する。
[Fifth embodiment]
Next, a manufacturing process of a microdevice (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin film magnetic head, a micromachine, etc.) using the above-described exposure apparatus will be described.
FIG. 12 shows a flow of manufacturing a semiconductor device.
In step 1 (circuit design), a semiconductor device circuit is designed. In step 2 (mask production), a mask (also referred to as an original plate or a reticle) on which the designed pattern is formed is produced.
On the other hand, in step 3 (wafer manufacture), a wafer (also referred to as a substrate) is manufactured using a material such as silicon. Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the wafer and the exposure apparatus provided with the prepared mask.
The next step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process for forming a semiconductor chip using the wafer manufactured in step 4. The post-process includes assembly processes such as an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (chip encapsulation). In step 6 (inspection), the semiconductor device manufactured in step 5 undergoes inspections such as an operation confirmation test and a durability test. A semiconductor device is completed through these processes, and is shipped in Step 7.

上記ステップ4のウエハプロセスは、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するCVDステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップステップを有する。また、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置を用いて、回路パターンを有するマスクを介し、レジスト処理ステップ後のウエハを露光する露光ステップを有する。さらに、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップを有する。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。   The wafer process in step 4 includes an oxidation step for oxidizing the surface of the wafer, a CVD step for forming an insulating film on the wafer surface, and an electrode formation step for forming electrodes on the wafer by vapor deposition. Also, an ion implantation step for implanting ions into the wafer, a resist processing step for applying a photosensitive agent to the wafer, and an exposure step for exposing the wafer after the resist processing step through a mask having a circuit pattern using the exposure apparatus described above. Have. Further, there are a development step for developing the wafer exposed in the exposure step, an etching step for removing portions other than the resist image developed in the development step, and a resist stripping step for removing the resist that has become unnecessary after the etching. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

本発明の第1実施例に係る露光装置の露光ステーションの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the exposure station of the exposure apparatus which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第2実施例に係る露光装置の計測ステーションの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the measurement station of the exposure apparatus which concerns on 2nd Example of this invention. 本発明の第3実施例に係る露光ステーション及び計測ステーションを適用した露光装置のステージ定盤2を上面から見た図である。It is the figure which looked at the stage surface plate 2 of the exposure apparatus to which the exposure station and measurement station which concern on 3rd Example of this invention were applied from the upper surface. 図3に示すステージ定盤を横から見た図である。It is the figure which looked at the stage surface plate shown in FIG. 3 from the side. 図3の露光装置において2基のウエハステージがスワップされるときのレイアウト図である。FIG. 4 is a layout diagram when two wafer stages are swapped in the exposure apparatus of FIG. 3. 図1〜図3の露光装置におけるウエハステージの構造図である。FIG. 4 is a structural diagram of a wafer stage in the exposure apparatus of FIGS. 1 to 3. 図1〜図3の露光装置におけるステージ定盤に設けられた貫通穴の説明図である。It is explanatory drawing of the through-hole provided in the stage surface plate in the exposure apparatus of FIGS. 図1〜図3の露光装置における間接参照ミラーの配置方法の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the arrangement | positioning method of the indirect reference mirror in the exposure apparatus of FIGS. 図1〜図3の露光装置におけるZ軸計測システムのZおよびωy軸の座標計算方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the coordinate calculation method of Z and the ωy axis of the Z axis measurement system in the exposure apparatus of FIGS. 本発明の第4実施例に係る露光装置の露光ステーションの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the exposure station of the exposure apparatus which concerns on 4th Example of this invention. 図10におけるX方向に移動可能なレーザ干渉計ピックアップの説明図である。It is explanatory drawing of the laser interferometer pickup which can move to the X direction in FIG. デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。It is a figure explaining the flow of the manufacturing process of a device.

符号の説明Explanation of symbols

1 ベースフレーム
2 ステージ定盤
3 鏡筒定盤(PO定盤)
4 投影レンズ
5a、5b 間接参照ミラー
6a、6b 柔軟な支持部材
7a、7b ウエハステージ(W/S)
8a、8b ウエハステージ上に搭載された折り曲げミラー
10a〜10d レーザ干渉計ピックアップ
11a、11b Z軸およびチルト軸計測に使われるレーザ干渉計計測光軸
12a、12b XY軸計測に使われるレーザ干渉計計測光軸
23a、23b ウエハステージに設けられた貫通穴
25a、25b レーザ干渉計ピックアップと間接参照ミラーの相対距離を計測する干渉計計測光軸
1 Base frame 2 Stage surface plate 3 Lens barrel surface plate (PO surface plate)
4 Projection lens 5a, 5b Indirect reference mirror 6a, 6b Flexible support member 7a, 7b Wafer stage (W / S)
8a, 8b Bending mirrors mounted on the wafer stage 10a-10d Laser interferometer pickups 11a, 11b Laser interferometer measurement optical axes 12a, 12b used for Z axis and tilt axis measurement Laser interferometer measurement used for XY axis measurement Optical axes 23a and 23b Through holes 25a and 25b provided in the wafer stage Interferometer measuring optical axes for measuring the relative distance between the laser interferometer pickup and the indirect reference mirror

Claims (19)

基板を搭載するステージの基板搭載面の、予め定められた基準面に対する位置を計測する面位置計測装置であって、
前記ステージとは分離して前記基準面と平行に配設された第1ミラーと、
前記基板搭載面と前記第1ミラーとの距離を計測する第1レーザ干渉測長系と、
前記第1ミラーと前記基準面との距離を計測する第2レーザ干渉測長系と、
前記第1レーザ干渉測長系による計測値と前記第2レーザ干渉測長系による計測値に基づいて前記基準面に対する前記基板搭載面の位置を演算する演算手段と
を備えることを特徴とする面位置計測装置。
A surface position measuring device for measuring a position of a substrate mounting surface of a stage on which a substrate is mounted with respect to a predetermined reference surface,
A first mirror separated from the stage and disposed in parallel with the reference plane;
A first laser interference measurement system for measuring a distance between the substrate mounting surface and the first mirror;
A second laser interference measurement system for measuring a distance between the first mirror and the reference plane;
And a calculation means for calculating a position of the substrate mounting surface with respect to the reference surface based on a measurement value obtained by the first laser interference measurement system and a measurement value obtained by the second laser interference measurement system. Position measuring device.
前記第1レーザ干渉測長系は、前記第1ミラーと、前記ステージに基板を保持するチャックの裏面相当部分に設けられた反射部材との相対距離を計測することを特徴とする請求項1に記載の面位置計測装置。   2. The first laser interference length measuring system measures a relative distance between the first mirror and a reflecting member provided on a back surface of a chuck that holds a substrate on the stage. The surface position measuring device described. 前記第1ミラーは、前記ステージを前記基準面と平行方向に案内する平面ガイドに設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の面位置計測装置。   The surface position measuring apparatus according to claim 1, wherein the first mirror is provided on a plane guide that guides the stage in a direction parallel to the reference surface. 前記平面ガイドが前記第1ミラーを兼用していることを特徴とする請求項3に記載の面位置計測装置。   The surface position measuring apparatus according to claim 3, wherein the planar guide also serves as the first mirror. 前記第1ミラーは、前記平面ガイドに支持されていることを特徴とする請求項3に記載の面位置計測装置。   The surface position measuring device according to claim 3, wherein the first mirror is supported by the planar guide. 前記第1ミラーは、前記平面ガイドに埋め込まれていることを特徴とする請求項3に記載の面位置計測装置。   The surface position measuring apparatus according to claim 3, wherein the first mirror is embedded in the planar guide. 前記第1ミラーは、前記平面ガイドに柔軟な部材を介して保持されていることを特徴とする請求項5または6に記載の面位置計測装置。   The surface position measuring apparatus according to claim 5, wherein the first mirror is held by the planar guide via a flexible member. 前記第1ミラーは、前記ステージを前記基準面と平行方向に案内する平面ガイドに関し、前記ステージの反対側に配置されており、前記平面ガイドは、前記第1レーザ干渉測長系の計測光を透過させる透過溝を設けられていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1つに記載の面位置計測装置。   The first mirror relates to a planar guide that guides the stage in a direction parallel to the reference plane, and is disposed on the opposite side of the stage, and the planar guide transmits measurement light of the first laser interferometer length measurement system. The surface position measuring device according to claim 1, further comprising a transmission groove for transmitting light. 前記第1ミラーは、前記ステージを前記基準面と平行方向に案内する平面ガイドに関し、前記ステージの反対側に配置されており、前記案内ガイドは前記第1レーザ干渉測長系の計測光を透過させる材料で構成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1つに記載の面位置計測装置。   The first mirror relates to a planar guide for guiding the stage in a direction parallel to the reference plane, and is disposed on the opposite side of the stage, and the guide guide transmits measurement light of the first laser interference length measurement system. The surface position measuring device according to any one of claims 1 to 7, wherein the surface position measuring device is made of a material to be used. 前記第1ミラーは、前記第1レーザ干渉測長系のレーザ干渉計ピックアップからの参照光を反射し、計測光を透過するハーフミラーであることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載の面位置計測装置。   10. The first mirror according to claim 1, wherein the first mirror is a half mirror that reflects reference light from a laser interferometer pickup of the first laser interference measurement system and transmits measurement light. The surface position measuring device described in 1. 前記レーザ干渉測長系は、前記基準面、前記基板搭載面、及び第1ミラーのそれぞれの少なくとも2カ所に関する相対距離を計測することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1つに記載の面位置計測装置。   The laser interference length measurement system measures a relative distance between at least two of each of the reference surface, the substrate mounting surface, and the first mirror. Surface position measuring device. 前記演算手段は、前記少なくとも2カ所に関する相対距離に基づいて、前記基板搭載面の傾き成分の演算をさらに行う計測も行うことを特徴とする請求項11に記載の面位置計測装置。   The surface position measurement apparatus according to claim 11, wherein the calculation unit also performs measurement for further calculating a tilt component of the substrate mounting surface based on a relative distance between the at least two locations. 原版及び投影光学系を介して基板ステージ上に搭載された基板を露光する露光装置であって、
請求項1乃至12のいずれか1つに記載の面位置計測装置を用いて前記基板ステージの基板搭載面の位置を計測することを特徴とする露光装置。
An exposure apparatus that exposes a substrate mounted on a substrate stage via an original and a projection optical system,
An exposure apparatus that measures the position of the substrate mounting surface of the substrate stage using the surface position measurement apparatus according to claim 1.
原版を介して基板を露光する露光装置であって、
該原版からの光を該基板に投影する投影光学系と、
前記投影光学系を支持する第1の定盤と、
該基板を保持し、かつ移動する基板ステージと、
前記基板ステージに配された第1のミラーと、
前記基板ステージを支持する第2の定盤と、
該第2の定盤に関し、該基板ステージとは反対の側に配された第2のミラーと、
前記第1の定盤に支持され、かつ前記投影光学系の光軸の方向における、前記第2のミラーに対する前記第1のミラーの位置を計測する第1のレーザ干渉計と、
前記第1の定盤に支持され、かつ該光軸の方向における、前記第1の定盤に対する前記第2のミラーの位置を計測する第2のレーザ干渉計と、
を有し、
前記第1のレーザ干渉計による計測値と前記第2のレーザ干渉計による計測値とに基づき、該光軸の方向における、前記第1の定盤に対する前記基板ステージの位置を算出する、
ことを特徴とする露光装置。
An exposure apparatus that exposes a substrate through an original plate,
A projection optical system for projecting light from the original onto the substrate;
A first surface plate that supports the projection optical system;
A substrate stage for holding and moving the substrate;
A first mirror disposed on the substrate stage;
A second surface plate for supporting the substrate stage;
A second mirror disposed on the opposite side of the substrate stage with respect to the second surface plate;
A first laser interferometer that is supported by the first surface plate and measures the position of the first mirror with respect to the second mirror in the direction of the optical axis of the projection optical system;
A second laser interferometer that is supported by the first surface plate and measures the position of the second mirror with respect to the first surface plate in the direction of the optical axis;
Have
Calculating the position of the substrate stage relative to the first surface plate in the direction of the optical axis based on the measured value by the first laser interferometer and the measured value by the second laser interferometer;
An exposure apparatus characterized by that.
前記第1のレーザ干渉計と前記第2のレーザ干渉計とをそれぞれ複数有し、
該複数の前記第1のレーザ干渉計による計測値と該複数の前記第2のレーザ干渉計による計測値とに基づき、前記第1の定盤に対する前記基板ステージの傾きを算出する、
ことを特徴とする請求項14に記載の露光装置。
A plurality of the first laser interferometer and the second laser interferometer, respectively;
An inclination of the substrate stage with respect to the first surface plate is calculated based on measurement values obtained by the plurality of first laser interferometers and measurement values obtained by the plurality of second laser interferometers.
The exposure apparatus according to claim 14, wherein:
前記第2の定盤は、前記第1のレーザ干渉計の計測光および前記第2のレーザ干渉計の計測光のいずれかが通過する、開口部および透光部のいずれかを有する、ことを特徴とする請求項14または15に記載の露光装置。   The second surface plate has either an opening or a light transmitting portion through which either the measurement light of the first laser interferometer or the measurement light of the second laser interferometer passes. The exposure apparatus according to claim 14 or 15, characterized in that: 前記第2のミラーは、ハーフミラーを含む、ことを特徴とする請求項14乃至16のいずれかに記載の露光装置。   The exposure apparatus according to claim 14, wherein the second mirror includes a half mirror. 前記基板ステージに保持された該基板上のアライメントマークの位置を計測する第1のセンサと、
前記基板ステージに保持された該基板の表面形状を計測する第2のセンサと、
を有し、
前記第1のレーザ干渉計と前記第2のレーザ干渉計とは、前記投影光学系が配された露光ステーションと、前記第1のセンサおよび前記第2のセンサが配された計測ステーションとに、それぞれ配されている、
ことを特徴とする請求項14乃至17のいずれかに記載の露光装置。
A first sensor for measuring the position of an alignment mark on the substrate held by the substrate stage;
A second sensor for measuring the surface shape of the substrate held on the substrate stage;
Have
The first laser interferometer and the second laser interferometer include an exposure station in which the projection optical system is disposed, and a measurement station in which the first sensor and the second sensor are disposed, Are each arranged,
The exposure apparatus according to claim 14, wherein
請求項13乃至18のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
該露光された基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。
A step of exposing the substrate using the exposure apparatus according to claim 13;
Developing the exposed substrate;
A device manufacturing method comprising:
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