JP3617657B2

JP3617657B2 - Misalignment correction method

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Publication number: JP3617657B2
Application number: JP31854795A
Authority: JP
Inventors: 政光柳原; 圭奈良; 聖二宮崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1995-11-13
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2015-11-13
Also published as: JPH09139340A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置ずれ補正方法に係り、更に詳しくは、照明光学系からの光束によってマスク上のパターン領域の異なる部分領域をそれぞれ照明し、前記各部分領域の像を複数の投影光学系のそれぞれを介して基板上の被露光領域に投影する走査型露光装置に用いられる、各部分領域の像の位置ずれ補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子や液晶表示基板の製造のためのフォトリソグラフィ工程においては、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光基板に露光転写する投影露光装置が用いられている。これには、いわゆるステップ・アンド・リピート方式やミラープロジェクション方式の露光装置がある。
【０００３】
また、最近では液晶表示基板の大面積化が要求されており、それに伴って投影露光装置においても露光領域の拡大が望まれている。この露光領域の拡大の手段として複数の投影光学系を備えた走査型露光装置が開発されている。すなわち、この走査型露光装置においては、光源から射出した光束をフライアイレンズ等を含む光学系を介して光量を均一化した後、視野絞りによって所望の形状に整形してマスクのパターン面を照明する。このような構成の照明光学系を複数配置し、複数の照明光学系のそれぞれから射出された光束でマスク上の異なる部分領域（照明領域）をそれぞれ照明する。マスクを透過した光束は、それぞれ異なる投影光学系を介してガラス基板上の異なる投影領域にマスクのパターン像を結像する。そして、マスクとガラス基板とを同期させて投影光学系に対して走査することによって、マスク上のパターン領域の全面をガラス基板上に転写する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、投影露光装置では、１枚のガラス基板に対して所定のプロセス処理を施しながら何層にも渡って原画パターンの露光を繰り返す。このプロセス処理（特に加熱）によってガラス基板が伸縮し、初期の状態から変形することになる。従来のステップ・アンド・リピート方式露光装置では投影光学系は１つのみであり、この投影光学系の投影倍率を変更すると共に、ステッピング時のステージの停止位置を変更して隣接する転写像同士の間隔を変更することにより、ガラス基板の伸縮を補正（倍率補正）すれば良い。また、ミラープロジェクション方式の露光装置では、投影光学系に対する原板と感光基板との相対位置を走査露光中に連続的に変化させることにより走査方向の倍率を補正し、投影光学系の倍率を変更することにより走査方向に直交する方向の倍率を補正すればよい。
【０００５】
しかしながら、上記の如き複数の投影光学系を備えた走査型露光装置では、複数の投影光学系でマスクの連続したパターンを分割してガラス基板上に、分割した像がすき間無く、あるいは所定量だけオーバーラップするように投影させるために、各投影光学系の結像特性の差が大きい場合は勿論のこと、投影光学系相互間の位置関係が所期の関係にないと、分割された像がガラス基板上に連続して形成されないため、基板の伸縮に対して従来と同様の手法では対処できない。
【０００６】
かかる問題点に対処し得るものとして、本願出願人は、特願平７−１８３２１２号として、基板とマスクとのアライメント手段、各投影光学系の結像特性の調整手段とともに投影光学系相互のキャリブレーション手段を備えた上記走査型露光装置を先に提案した。
【０００７】
かかる走査型露光装置によれば、基板とマスクとの間のＸ方向（走査方向）位置ずれ、Ｙ方向（走査方向に直交する方向）位置ずれ、ローテーション（ＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転）、基板のＸ方向の伸縮については、マスクステージ、基板ステージの位置変位をモニタするレーザ干渉計等の位置センサにて全て管理しながらステージを移動したり、ステージの移動速度制御と共に投影光学系の倍率を変更したりして、正確に補正することが可能である。
【０００８】
しかしながら、基板のＹ方向の伸縮及び直交度誤差の補正については、レーザ干渉計の管理下で行なうことができず、このため、必ずしも正確に補正できないという不都合があった。
【０００９】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その目的は、基板の変形に起因する各投影像の位置ずれを正確に補正することができる位置ずれ補正方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、照明光学系からの光束によってマスク上のパターン領域の異なる部分領域をそれぞれ照明し、前記各部分領域の像を当該各部分領域に対応して設けられた複数の投影光学系のそれぞれを介して基板上の被露光領域に投影するとともに、前記マスクと前記基板とを前記投影光学系の投影倍率に応じた速度比で所定の走査方向に前記投影光学系に対して移動することによって前記マスク上のパターン領域の全面を前記基板上に露光する走査型露光装置に用いられる、前記基板上の前記各部分領域の像の位置ずれ補正方法であって、前記マスク上のアライメントマークと前記基板上のアライメントマークの位置関係に基づいて前記基板の変形量の内少なくとも前記走査方向に直交する方向の伸縮量を検出する第１工程と；前記第１工程の検出結果に基づいて前記各投影光学系の倍率補正と、前記各投影光学系により前記基板上に投影される像のシフトとを実行する第２工程と；しかる後、前記マスクの側に設けられた基準マークを、前記各投影光学系を介して前記基板の側に設けられた光検出器を用いて計測することにより、相互に隣接する前記部分領域の像同士の位置ずれ及びオーバーラップ量が所定の許容範囲内にあるか否かを確認する第３工程と；許容範囲内にない場合に、前記位置ずれ及びオーバーラップ量がともに許容範囲内となるように前記各投影光学系の倍率補正及び前記各投影光学系により前記基板上に投影される像のシフトの少なくとも一方を再実行する第４工程とを含む。
【００１１】
これによれば、第１工程、第２工程の処理により基板の少なくとも走査方向に直交する方向の伸縮に起因する部分領域の像の位置ずれが補正され、第３工程の処理によりこの位置ずれ補正の結果の位置ずれ量をマスクの側に設けられた基準マークを、各投影光学系を介して基板の側に設けられた光検出器を用いて計測することにより、位置ずれ補正が十分に行なわれているか否かを確認することができ、この確認の結果、補正が不十分な場合には第４工程においてこの位置ずれ量が十分小さくなるように各投影光学系の倍率補正及び各投影光学系により基板上に投影される像のシフトの少なくとも一方が再実行される。従って、少なくとも基板の走査方向に直交する方向の伸縮に起因する部分領域の像の位置ずれを正確に補正することが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、照明光学系からの光束によってマスク上のパターン領域の異なる部分領域をそれぞれ照明し、前記各部分領域の像を当該各部分領域に対応して設けられた複数の投影光学系のそれぞれを介して基板上の被露光領域に投影するとともに、前記マスクと前記基板とを前記投影光学系の投影倍率に応じた速度比で所定の走査方向に前記投影光学系に対して移動することによって前記マスク上のパターン領域の全面を前記基板上に露光する走査型露光装置に用いられる、前記各部分領域の像の位置ずれ補正方法であって、前記マスク上のアライメントマークと前記基板上のアライメントマークの位置関係に基づいて前記基板の変形量の内少なくとも前記走査方向に直交する方向の伸縮量と直交度誤差とを検出する第１工程と；前記第１工程の検出結果に基づいて前記各投影光学系の倍率補正と、前記各投影光学系により前記基板上に投影される像のシフト及び回転とを実行する第２工程と；しかる後、前記マスクの側に設けられた基準マークと前記各投影光学系を介して前記基板の側に設けられた基準マークとを光検出器を用いて計測することにより、相互に隣接する前記部分領域の像同士の位置ずれ及びオーバーラップ量が所定の許容範囲内にあるか否かを確認する第３工程と；許容範囲内にない場合に、前記位置ずれ及びオーバーラップ量がともに許容範囲内となるように前記各投影光学系の倍率補正と前記各投影光学系により前記基板上に投影される像のシフト及び回転の少なくともいずれか１つを再実行する第４工程とを含む。
【００１３】
これによれば、第１工程、第２工程の処理により基板の少なくとも走査方向に直交する方向の伸縮と直交度誤差とに起因する部分領域の像の位置ずれが補正され、第３工程の処理によりこの位置ずれ補正の結果の位置ずれ量をマスクの側に設けられた基準マークと各投影光学系を介して基板の側に設けられた基準マークとを光検出器を用いて計測することにより、位置ずれ補正が十分に行なわれているか否かを確認することができ、この確認の結果、補正が不十分な場合には第４工程においてこの位置ずれ量が十分小さくなるように各投影光学系の倍率補正及び各投影光学系により基板上に投影される像のシフト及び回転の少なくともいずれか１つが再実行される。従って、少なくとも基板の走査方向に直交する方向の伸縮及び直交度誤差に起因する部分領域の像の位置ずれを正確に補正することが可能となる。
上記請求項１及び２に記載の各位置ずれ補正方法において、請求項３に記載の位置ずれ補正方法の如く、前記光検出器が複数設けられており、前記第３工程では、前記複数の光検出器に対応した前記各投影光学系を介して投影された前記基準マークの像を検出することとすることができる。かかる場合には、各々の投影光学系を介して投影された基準マークを正確に計測することが可能となり、各投影像の位置ずれを正確に補正することができる。
上記請求項１〜３に記載の各位置ずれ補正方法において、請求項４に記載の位置ずれ補正方法の如く、前記第１工程の処理は、処理する前記基板を複数含むロットの１枚目もしくは決められた枚数の基板について実施し、前記第２工程では、前記第１工程の検出結果である前記変形量として、前記１枚目もしくは前記決められた枚数の基板の平均値を用いることとすることができる。かかる場合には、アライメント計測が著しく簡略化されるとともにスループットの向上をさせた上で、基板の変形に起因する各投影像の位置ずれを正確に補正することができる。
上記請求項１及び２に記載の各位置ずれ補正方法において、請求項５に記載の位置ずれ補正方法の如く、前記複数の投影光学系は、第１列と第２列とに分かれ、前記第３工程は、前記第１列の投影光学系を介して投影された前記基準マークの像を検出した後に、前記第２列の投影光学系を介して投影された前記基準マークの像を検出することとすることができる。かかる場合には、各々の投影光学系を介して投影された基準マークを正確に計測することが可能となり、各投影像の位置ずれを正確に補正することができる。
上記請求項１及び２に記載の各位置ずれ補正方法において、請求項６に記載の位置ずれ補正方法の如く、前記第３工程は、前記マスクの側に設けられた基準マークとさらに前記基板の側に設けられた基準マークとの重なり具合を前記光検出器で検出することにより、相互に隣接する前記部分領域の像同士の位置ずれ及びオーバーラップ量を求めることとすることができる。かかる場合には、各々の投影光学系を介して投影された基準マークを正確に計測することが可能となり、各投影像の位置ずれを正確に補正することができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１ないし図１１に基づいて説明する。
【００１５】
図１には、本発明に係る位置ずれ補正方法を実施するための一実施例に係る投影露光装置１の全体構成が概略的に示されている。この投影露光装置１は、正立正像で等倍の走査型露光装置である。
【００１６】
この投影露光装置１は、図示しない視野絞りにより所定形状に整形された照明光束によりマスク上の異なる部分領域Ｍ１〜Ｍ５をそれぞれ照明する複数（ここでは５つ）の照明光学系３ａ〜３ｅと、これらの照明光学系３ａ〜３ｅに対応して設けられ、マスク２上のパターンを感光基板４上に投影する複数（ここでは５つ）の投影光学系５〜９とを備えている。照明光学系３ａ〜３ｅ及び投影光学系５〜９に対して、マスク２及び感光基板４が搭載された断面コ字状のキャリッジ２２をその長手方向であるＸ軸方向（以下、適宜「走査方向」という）に走査することにより、マスク２上のパターン領域の全面を感光基板４上に転写し得るようになされている。また、この投影露光装置１では投影光学系５〜９を通じて感光基板４上に投影されたパターンを計測するため、キャリッジ２２下方のそれぞれ対応する位置に図示しない５つの光電検出器１３〜１７（図１では図示せず、図２参照）が配置されている。
【００１７】
投影光学系５〜９は、倍率制御装置３０（図１では図示せず、図２参照）に接続されており、各投影光学系の光学素子間の気体の圧力を調整する等によって投影倍率を変更する構成となっている。また、各投影光学系５〜９と感光基板４との間の光路中には平行平板ガラス１２ａ〜１２ｅがそれぞれ配置され、この平行平板ガラス１２ａ〜１２ｅの光軸ＡＸ１〜ＡＸ５に対する角度をそれぞれ変更することによって各投影光学系の光軸をシフトさせ、感光基板４上での部分領域Ｍ１〜Ｍ５の像（投影領域）Ｐ１〜Ｐ５の投影位置を変更するようになっている（これについては、後に詳述する）。さらに、本実施例では、投影光学系５〜９の内部に、当該各投影光学系により感光基板４上に投影される像Ｐ１〜Ｐ５を感光基板４の面上で回転させる像回転手段１８ａ〜１８ｅ（図１では図示せず、図２参照）、例えばＤｏｖｅプリズムが内蔵されている。このＤｏｖｅプリズムを入射光軸と出射光軸を投影光学系の光軸ＡＸに一致させて、当該光軸を中心として回転させれば、プリズムの回転角度の２倍の角度分像は感光基板４の面上で回転し、これにより直交度の誤差が補正されるようになっている。すなわち、本実施例では、投影倍率と感光基板５上での像の投影位置を変更し、及び像を回転させることにより、前記５つの光電検出器１３〜１７で計測された各像のずれ量をそれぞれ調整できるようになっている。
【００１８】
図２には、露光装置１の各像のずれ量の調整に関連する制御系の構成が示されている。この制御系は、主制御装置３１を中心として構成され、この主制御装置３１の入力側には、後述するレーザ干渉計Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４と、５つの光電検出器１３〜１７とが接続されている。また、主制御装置３１の出力側には、駆動装置３２、倍率制御装置３０、回転駆動装置３３が接続されている。駆動装置３２は、平行平板ガラス１２ａ〜１２ｅの光軸ＡＸ１〜ＡＸ５に対する角度を各別に変更する機能を有し、倍率制御装置３０は、投影光学系５〜９の投影倍率を前記の如くして調整する。また、回転駆動装置３３は、像回転手段１８ａ〜１８ｅを独立に回転駆動する。
【００１９】
図１に戻り、投影光学系５〜９は、投影光学系５、６、７と投影光学系８、９の２列に配列され、かつ隣接するパターンの露光像が所定量オーバーラップするように千鳥状に配置される。このためマスク２上のパターンは投影光学系５〜９によつて分割されて感光基板４上に１：１で結像される。
【００２０】
マスク２は、前記キャリッジ２２の上板部２２Ａ上に搭載されたマスクステージ２Ａ上に水平に保持されている。マスクステージ２Ａには、キャリッジ２２上で後述する感光基板ホルダ４Ａに対してＸ、Ｙ、θ方向（例えば水平面内で走査方向をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向、ＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向をθ方向とする）に移動できるようモータ等の駆動装置２３、２４、２５が取り付けられ、またＸ、Ｙ、θ方向の移動位置を計測できるようにレーザ干渉計Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３（測長ビームのみ図示）が走査方向（Ｘ方向）に１箇所、Ｙ方向はＹ方向シフト及びθ成分を計測するため２箇所設けられている。
【００２１】
また、感光基板４は、キャリッジ２２の底板部２２Ｂ上に固定された感光基板ホルダ４Ａ上に水平に保持されている。この感光基板ホルダ４Ａの走査方向の位置、即ちキャリッジ２２の走査方向の位置がレーザ干渉計Ｉ_４（測長ビームのみ図示）によって計測できるようになっている。
【００２２】
マスクステージ２Ａの走査方向の一端には、マスク側可動マーク板１０Ｂがほぼ走査直交方向に延設されており、このマスク側可動マーク板１０Ｂはマスク２とほぼ同一面上に配されている。
【００２３】
前記キャリッジ２２の上板部２２ＡのＸ方向一端部はその上面が一段高い段部とされており、この段部の上面にはＹ方向に延びるマスク側固定マーク板１０Ａがマスク２及びマスク側可動マーク板１０Ｂとほぼ同一面上に配されている。
【００２４】
キャリッジ２２の底板部２２ＢのＸ方向一端部はその上面が一段高い段部とされており、この段部の上面には、マスク側固定マーク板１０Ａとマスク側可動マーク板１０Ｂとが配置された位置に対向する位置に感光基板側基準マーク板１１が感光基板４とほぼ同一面上に配されている。
【００２５】
この露光装置１では、マスク側固定マーク板１０Ａ，マスク側可動マーク板１０Ｂ及び感光基板側基準マーク板１１を用いて、投影光学系５〜９の結像特性（例えばディストーション）を計測し得るようになっている。
【００２６】
また、走査方向に直交する方向の最も外側の投影光学系５、７の真上でマスク２の上方には、投影光学系５、７によつてマスク２上に結像された感光基板４上のアライメントマーク（これについては後述する）と、マスク２上のアライメントマーク（これについては後述する）のずれ量を計測するアライメント顕微鏡２６、２７が設置されている。このアライメント顕微鏡２６、２７は比較的広い視野に設定され、マスク側基準マーク板１０及び感光基板側基準マーク板１１の校正の際の観察系を兼ねる。
【００２７】
図３には、マスク側基準マーク板１０、すなわち、マスク側固定マーク板１０Ａ及びマスク側可動マーク板１０Ｂと、感光基板側基準マーク板１１の一例が示されている。マスク側基準マーク板１０（図３（Ａ））のうち、キャリッジ２２に固定されたマスク側固定マーク板１０Ａは最も外側の投影光学系５、７の露光領域毎に、少なくとも１つ以上の計測マークａ、ｂが含まれるように形成されている。またマスク側可動マーク板１０Ｂは、各投影光学系５〜９の露光領域に少なくとも２つ以上の計測マークｃ〜ｈが含まれるように形成されている。一方これらのマスク側基準マーク板１０と対になる感光基板側基準マーク板１１は、マスク側固定マーク板１０Ａとマスク側可動マーク板１０Ｂの両方の計測マークａ〜ｈにそれぞれ対応するように１体の計測マークａ′〜ｈ′が精度良く形成されている。
【００２８】
次に、上述のように構成された露光装置１における投影光学系５〜９のアライメント方法について説明する。
【００２９】
まず、感光基板側基準マーク板１１とマスク側固定マーク板１０Ａにより外側にある投影光学系５、７の校正を行なう。すなわち、図４に示されるように、マスク側固定マーク板１０Ａの計測マークａと感光基板側基準マーク板１１の計測マークａ′が共役な位置になるまで、キャリッジ２２を投影光学系５、７に対して移動し、計測マークａ′を投影光学系５（図４では、当該投影光学系５によって感光基板４上に投影される像が符号５’にて示される）により計測マークａ上に投影し、図５（Ａ）に示されるように、アライメント顕微鏡２６により投影像と計測マークａのズレ量Δｘ_１、Δｙ_１を計測する。そしてずれ量Δｘ_１、Δｙ_１が、図５（Ｂ）に示されるように、０となるように平行平板１２ａの光軸ＡＸに対する傾きを変更して像シフトさせて計測マークａ′の像を移動する。同様にアライメント顕微鏡２７と計測マークｂ、ｂ′により投影光学系７（図４では、当該投影光学系７によって感光基板４上に投影される像が符号７’にて示される）の調整を行なう。
【００３０】
次に、図６ないし図７に示されるようにして、マスク側可動マーク板１０Ｂのキャリブレーシヨンを行なう。すなわちキャリッジ２２を投影光学系５に対し、マスク側可動マーク板１０Ｂの計測マークｃと感光基板側基準マーク板１１の計測マークｃ′が共役になる位置に移動する。このとき投影光学系７に対しマスク側可動マーク板１０Ｂの計測マークｈと、感光基板側基準マーク板１１の計測マークｈ′が共役になるようキャリッジ２２を移動する。なお、このとき投影光学系５に対し、計測マークａと計測マークｃは図３のＹ方向の位置が同じ位置かほぼ近い位置が良い。また計測マークｂと計測マークｈも同様である。
【００３１】
そして計測マークｃ′をすでに計測マークａで調整した投影光学系５により、計測マークｃ上に投影し、アライメント顕微鏡２３により投影像と計測マークｃのずれ量Δｘ_２、Δｙ_２を計測する。同様に計測マークｈとｈ′のずれ量Δｘ_３、Δｙ_３を計測し、ずれ量Δｘ_２、Δｙ_２、Δｘ_３、Δｙ_３がそれぞれ最小になるよう駆動装置２３〜２５を用いてマスクステージ２Ａを、Ｘ、Ｙ及びθ方向に移動する。
【００３２】
これまでに説明したずれ量の測定は、例えば十字型のマークをアライメントマークとして用いた画像処理の手法を用いて行われ、ＣＣＤカメラ（図示省略）の画素ピッチと光学系の倍率から容易にマーク間の距離を計算することができる。
【００３３】
このようにしてマスクステージ２Ａを移動することにより、図７（Ａ）に示されるように、計測マークｃ、ｃ′及びｈ、ｈ′間のずれ量が無くなる。しかしマスク側固定マーク板１０Ａと感光基板側基準マーク板１１のキャリッジ２２への取り付けに設計値に対する誤差がある場合、その誤差がそのままマスク側可動マーク板１０Ｂの位置に含まれてしまう。このため誤差がある場合マスク側固定マーク板１０Ａに対する感光基板側基準マーク板１１の誤差量αｘ及びαｙを予め計測しておき、マスクステージ２Ａの移動の際、図７（Ｂ）に示されるように、当該誤差量αｘ及びαｙを移動量にオフセットとして加算し、上記誤差を補正する。
【００３４】
このようにして基準となるマスク側可動マーク板１０Ｂの校正を終了し、次に図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示されるように、投影光学系５〜９（図８（Ａ）、（Ｂ）において、投影光学系５〜９によって感光基板４上に投影される像が符号５’〜９’にて示される）の校正を行なう。このとき投影光学系６、８、９はもちろんのこと外側の投影光学系５、７についても、校正されたマスク側可動マーク板１０Ｂの各計測マークｃ〜ｈと、感光基板側基準マーク板１１の各計測マークｃ′〜ｈ′との間のずれ量を計測する。
【００３５】
この計測は、まず、図８（Ａ）に示されるように、照明光学系３ａ〜３ｃからの光束がマスク側可動マーク板１０Ｂ上の各計測マークｃ〜ｈ及び投影光学系５〜７を透過し、さらに感光基板側基準マーク板１１上の各計測マークｃ’〜ｈ’を透過し光電検出器１３〜１５に達する系内で、マスクステージ２Ａをスキャンしその位置に応じた光電検出器１３〜１５が受光する透過光量の変化を基にずれ量を計測し、投影光学系５〜７で投影される像の連続性が最適となるよう補正する。
【００３６】
すなわち、レーザ干渉計Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３によってマスクステージ２Ａの位置をモニタしつつ、光電検出器１３〜１５にて透過光量をモニタし、両マーク（マスク側可動マーク板１０Ｂ上の各計測マークと感光基板側基準マーク板１１上の各計測マーク）の重なりによる信号変化からしかるべき信号処理を行うことにより、各投影光学系を通した両マーク位置の重なり中心を求めることによりずれ量を干渉計基準で求め、平行平板１２ａ〜１２ｃを用いて光軸ＡＸ_１〜ＡＸ_３をシフトさせることによりずれ量を補正する。
【００３７】
次に、図８（Ｂ）に示されるように、照明系３ｄ、３ｅからの光束がマスク側可動マーク板１０Ｂ上の各計測マークｄ〜ｇ及び投影光学系８〜９を透過し、さらに感光基板側基準マーク板１１上の各計測マークｄ’〜ｇ’を透過し光検出器１６、１７に達する系内で、マスクステージ２Ａをスキャンしその位置に応じた光検出器１６、１７が受光する透過光量の変化を基にずれ量を計測し、投影光学系８〜９で投影される像の連続性が最適となるよう補正する。
【００３８】
次に、マスク２と感光基板４とのアライメント方法について説明する。
【００３９】
図１に示されるように、感光基板４及びマスク２にはアライメントマークＭＭ１１、ＭＭ２１、ＭＭ１２、ＭＭ２２及びＰＭ１１、ＰＭ２１、ＰＭ１２、ＰＭ２２が設けられており、アライメント顕微鏡２６、２７にてＭＭ１１とＰＭ１１、ＭＭ２１とＰＭ２１、ＭＭ１２とＰＭ１２、ＭＭ２２とＰＭ２２の差分を検出できる。なお、本装置構成では走査方向であれば、例えばＭＭ１３、ＭＭ２３、ＰＭ１３、ＰＭ２３のようにアライメントマークをより多く設けることも容易である。
【００４０】
まず、はじめにキャリッジ２２をアライメントマークＭＭ１１とＰＭ１１、ＭＭ２１とＰＭ２１との差分が検出できる位置へ移動し、Ｘ、Ｙ方向の計測を行う。マークＭＭ１１とＰＭ１１のＸ，Ｙ方向の差分をそれぞれΔＤ１１Ｘ、ΔＤ１１Ｙ、マークＭＭ２１とＰＭ２１との差分をそれぞれΔＤ２１Ｘ、ΔＤ２１Ｙと定義する。
【００４１】
次に、キャリッジ２２をマークＭＭ１２とＰＭ１２、ＭＭ２２とＰＭ２２の差分が検出できる位置へ移動し、Ｘ、Ｙ方向の計測を行う。マークＭＭ１２とＰＭ１２のＸ，Ｙ方向の差分をそれぞれΔＤ１２Ｘ、ΔＤ１２Ｙ、マークＭＭ２２とＰＭ２２との差分をそれぞれΔＤ２２Ｘ、ΔＤ２２Ｙと定義する。
【００４２】
ここで、マスク感光基板２ＡにおけるＸシフト、Ｙシフト、ローテーション、Ｘ方向の倍率（伸縮率）、Ｙ方向の倍率（伸縮率）及び直交度は前記結果のＸ成分（ΔＤ１１Ｘ，ΔＤ２１Ｘ，ΔＤ１２Ｘ，ΔＤ２２Ｘ等）、Ｙ成分（ΔＤ１１Ｙ，ΔＤ２１Ｙ，ΔＤ１２Ｙ，ΔＤ２２Ｙ等）が各々３点以上あれば、例えば、いわゆる最小二乗近似等により演算で算出することができる。かかる手法を採用するものとして、いわゆるＥＧＡ計測（エンハンスト・グローバル・アライメント）が知られている。
【００４３】
そして、求められた各誤差分について、Ｘシフト、Ｙシフト、ローテーションについては、この誤差分が補正されるように、レーザ干渉計Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の情報をモニタしつつ駆動装置２３、２４、２５を駆動してマスク２と感光基板４との位置決めを行なう。
【００４４】
また、求められたＹ方向倍率をＭ_１、Ｘ方向倍率をＭ_２とすると、投影光学系５〜９の倍率をＭ_１だけ変更し、Ｍ_１とＭ_２との差については、実際の露光時にマスク２と感光基板４との移動速度の差として例えばマスクステージ２Ａの移動速度を加速又は減速することにより、Ｙ方向にＭ１、Ｘ方向にＭ２の倍率変更を行なうことが可能である。すなわち、Ｘ方向の伸縮率の補正は露光走査中にマスクステージ２Ａをレーザ干渉計の位置情報にてＸ方向にシフトすることで可能であり、Ｙ方向の伸縮率の補正は投影光学系の倍率及び光軸を変化させることで可能である。また、求められた直交度については、個々の投影光学系により投影される像を物体面上で回転させるとともに光軸を変化させることで可能である。
【００４５】
ここで、Ｙ方向の伸縮率の補正のため、投影光学系の倍率及び光軸を変化させるのは、倍率の変更によって投影像（投影領域）Ｐ１〜Ｐ５の重複部分（図１に破線で示される部分）の位置関係が変化し、感光基板４に対する露光量が不均一になるため、投影領域の位置関係を初期の状態に戻すためである。
【００４６】
次に、投影光学系の倍率を変更したときの複数の投影領域の位置関係の変化について図９、１０、を参照して説明する。
【００４７】
図９において、二点鎖線で示される領域は投影光学系３ａ〜３ｅの投影倍率が初期の状態での投影領域Ｐ１〜Ｐ５を表し、実線で示される領域は投影光学系の投影倍率を変更した状態での投影領域を表す。なお、説明を簡単にするため、投影領域の形状は図１とは事なり、矩形状のものとする。初期の倍率の時は、各投影領域のＹ方向の長さはＬ、Ｘ方向の長さはＷであり、各投影領域の中心同士（例えばＰ１とＰ２）のＹ方向の間隔はＰ、Ｘ方向の間隔はＢである。この状態ではＹ方向の不要なオーバーラップηは無く、同様にＸ方向の投影領域の位置関係も所定の状態に設定されている。このため、図１０（ａ）に示されるように格子状のパターンが正確に転写される。
【００４８】
一方、投影光学系の投影倍率を初期の倍率のＭ倍に変更すると、各投影領域のＹ方向の長さはＬ×Ｍ、Ｘ方向の長さはＷ×Ｍとなるが、各投影領域の中心同士の間隔はＰ、Ｂのままである。すると、各投影領域同士の位置関係が変化し（例えば辺の間隔が”ｂ”から”Ｍｂ−κ”、または”ｂ−（Ｍ−１）Ｗ”になる）、Ｙ、Ｘの各方向に次式
【００４９】
【数１】
η＝Ｍ×Ｌ−Ｌ＝（Ｍ−１）×Ｌ
【００５０】
【数２】
κ＝Ｍ×Ｂ−Ｂ＝（Ｍ−１）×Ｂ
【００５１】
で表されるオーバラップη、ずれκが生じる。このため、図１０（ａ）に示される格子状のパターンは、図９（ｂ）に示されるように、オーバーラップηとずれκを含んだ像として転写されることになる。
【００５２】
そこで、このオーバラップとずれを補正するため、投影光学系の倍率の変更に応じて各投影領域の間隔も変更するのである。なお、この補正は基本的に、投影領域の大きさ、間隔が補正前と補正後とで相似となるようにする。
【００５３】
図１１には、本実施例による感光基板の伸縮に応じた光軸の補正の状態が示されている。平行平板ガラス１２ａ〜１２ｅは、いずれもほぼ同一の板厚を有しており、同一の回転角における光軸ＡＸ１〜ＡＸ５のシフト量は同一である。また、平行平板ガラスの回転角が０°の場合に、感光基板４上で光軸ＡＸ１〜ＡＸ５が投影される位置をα、γ、ε、β、δとする。この位置α、γ、ε、β、δは、感光基板４が伸縮する前のパターンの形成された位置と考えることができる。
【００５４】
今、例えば感光基板４がＹ方向に均一にΔｐ（ｐｐｍ）伸びている場合を考える。つまり、感光基板４が伸縮する前の予め形成されたパターンの位置α、β、γ、δ、εは、感光基板の延びによってそれぞれ位置α’、β、γ’、δ’、ε’に変位しているものとする。本実施例では、感光基板の伸縮に応じて投影光学系の倍率を変更するとともに、倍率の変化量に応じて光軸をシフトする。感光基板４は均一に伸びているため、各位置の変位量は感光基板の中心からの距離に比例し、従って光軸をシフトさせる量も感光基板の中心からの距離に比例する。即ち位置α、β、γ、δ、εそれぞれの間隔をｌとすると、各位置の変位量｜α’−α｜、｜β’−β｜、｜γ’−γ｜、｜δ−δ’｜、｜ε−ε’｜は、それぞれ２Δｌ、Δｌ、０、Δｌ、２Δｌとなる。また、Δｌ＝ｌ×Δｐ×１０^−６となる。
【００５５】
さて、伸びた感光基板４上に更にパターンを重ねて形成する場合、投影光学系５〜９の投影倍率をそれぞれΔｐ（ｐｐｍ）拡大する。これによって必要となる光軸のシフト量は、光軸ＡＸ１、ＡＸ３が次式
【００５６】
【数３】
２Δｌ＝２ｌ×Δｐ×１０^−６
【００５７】
また光軸ＡＸ４、ＡＸ５が次式
【００５８】
【数４】
Δｌ＝ｌ×Δｐ×１０^−６
【００５９】
である。ここで、平行平板ガラスの回転による光軸のシフト量Δｌ（ｍｍ）は、平行平板ガラスの回転角（微小角）をθ（ｒａｄ）、板厚をｔ（ｍｍ）、屈折率をｎとしたとき、次式
【００６０】
【数５】
Δｌ＝（ｌ−ｌ／ｎ）ｔθ
【００６１】
で近似できる。このため、θを次式
【００６２】
【数６】
θ≒ｌ・Δｐ・ｎ／（ｎ−１）／ｔ×１０^−６
【００６３】
で近似して、平行平板ガラス１２ａ、１２ｄ、１２ｂ、１２ｅ、１２ｃをそれぞれ回転角２θ、θ、０、−θ、−２θ（反時計回りの方向を正とする）だけ回転することによって光軸ＡＸ１、ＡＸ４、ＡＸ２、ＡＸ５、ＡＸ３の投影位置を位置α’、β’、γ’、δ’、ε’に一致させる。以上によって、感光基板のＹ方向の伸びに応じた投影像の補正（結像位置の補正）ができる。
【００６４】
本実施例では、上記のようにして各投影光学系の結像特性を補正し（倍率を補正し、光軸をシフト（像の投影位置をシフト）し、像を回転させた）後、その後に前述した投影光学系５〜９のキャリブレーションの所で説明したように、キャリッジ２２を移動し、感光基板側基準マーク板１１の計測マークｃ’〜ｈ’が投影光学系１列の継ぎ部を観察できるようにして照明光学系３ａ〜３ｃにて光を照射する。そしてマスク側移動マーク板１０Ｂの計測マークｃ〜ｈが計測マークｃ’〜ｈ’を通過するようＸ、Ｙ方向にマスクステージ２Ａをスキャンする。スキャンした光を感光基板側基準マーク板１１の下方に設けられた光電検出器１３〜１５にてモニタし、両マークの重なりによる信号変化からしかるべき信号処理を行うことにより、各投影光学系を通した両マーク位置の重なり中心を求める。同様にしてもう１列の投影光学系についても計測を行う。
【００６５】
これにより、各投影光学系を通した両マーク位置の重なり中心を求めることによりずれ量を干渉計基準で求めることができ、各投影光学系の両端の座標を干渉計基準として得られるため、各投影光学系の倍率及び光軸中心の位置及びローテーションを把握することができる。従って、前記倍率補正、光軸位置の制御、像回転後の誤差、すなわち、相互に隣接する前記部分領域Ｍ１〜Ｍ５の像同士（Ｐ１とＰ４、Ｐ４とＰ２、Ｐ２とＰ５、Ｐ５とＰ３）の位置ずれ及びオーバーラップ量が所定の許容範囲内にあるか否かを確認することができる。
【００６６】
そして、上記の確認の結果、相互に隣接する前記部分領域の像同士の位置ずれ及びオーバーラップ量が所定の許容範囲内にない場合は、規定の許容値内になるように、前記倍率補正、光軸位置の制御、像回転の少なくともいずれか１つを再実行する。
【００６７】
上記の確認において、制御上残ったものが全体の投影光学系共通のシフト成分のみとなった場合は、本計測情報がマスクステージ２Ａを干渉計にて管理しつつスキャンして得られた情報であることから、前記投影光学系の結像特性の補正を行わず、前記アライメントの結果のシフト成分にオフセットとして載せることで補正することができる。
【００６８】
以上説明したように、本実施例によると、位置ずれ補正の結果の位置ずれ量を投影光学系相互のキャリブレーション手段を用いて正確に検出することにより、位置ずれ補正が十分に行なわれているか否かを確認することができ、この確認の結果、補正が不十分な場合にはこの位置ずれ量が十分小さくなるように各投影光学系の倍率補正及び各投影光学系により基板上に投影される像のシフト（光軸のシフト）及び像回転の少なくともいずれか１つが再実行され、これにより少なくとも基板の走査方向に直交する方向の伸縮及び直交度誤差に起因する部分領域の像の位置ずれを正確に補正することが可能となる。また、本実施例では、各投影光学系の倍率補正の確認を、新たに別の測定手段を設けることなく、投影光学系のキャリブレーション手段により行なうことができるという利点もある。
【００６９】
なお、上記実施例で説明した倍率の変化は主として感光基板４の伸縮に起因するものであり、装置使用上同一ロット内では変化量が安定していることが考えられる。従って、これまでに述べた倍率及び直交度の計測（演算）はロット１枚目もしくは、決められた枚数のみ実施し、その後の感光基板については２次元平面内の位置ずれ（Ｘ、Ｙ、θ）のみを計測し、この計測された２次元平面内の位置ずれ補正と共に倍率及び直交度として１枚目もしくは決められた枚数の平均値を用いてこれを補正するようにしても良い。このようにすれば、アライメント計測が著しく簡略化されるとともにスループットの向上が期待できる。
【００７０】
また、倍率に許容値を持ち、許容値を越えた場合のみ、倍率を補正する手法も考えられる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板の変形に起因する各投影像の位置ずれを正確に補正することができるという従来にない優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例に係る投影露光装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の装置の各投影像の位置ずれに関連する制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図３】基準マーク板の一例を示す図であって、（Ａ）はマスク側基準マーク板上の計測マークの配置の一例を示す図、（Ｂ）は感光基板側基準マーク板上の計測マークの配置の一例を示す図である。
【図４】外側にあるレンズの校正方法を説明するための図である。
【図５】外側にあるレンズの校正方法を説明するための図であって、（Ａ）は投影像と計測マークのずれ量が補正される前の状態を示す図、（Ｂ）は投影像と計測マークのずれ量が補正された状態を示す図である。
【図６】マスク側可動マーク板のキャリブレーション方法を説明するための図である。
【図７】マスク側可動マーク板のキャリブレーション方法を説明するための図であって、（Ａ）はマスク側と感光基板側の計測マークのずれ量が零になった状態を示す図、（Ｂ）はマスク側固定マーク板に対する感光基板側基準マーク板の取り付け誤差を示す図である。
【図８】投影レンズの調整方法を説明するための図であって、（Ａ）は一列目の投影光学系の調整方法を示す図、（Ｂ）は二列目の投影光学系の調整方法を示す図である。
【図９】倍率の変更と像の位置の変更との関係を説明するための図である。
【図１０】倍率変更による格子状のパターンの像のずれを説明するための図であって、（Ａ）は倍率変更前の状態を示す図、（Ｂ）は倍率変更後の状態を示す図である。
【図１１】感光基板の伸縮に応じた光軸の補正の状態を示す図である。
【符号の説明】
１投影露光装置（走査型露光装置）
２マスク
３ａ〜３ｅ照明光学系
５〜９投影光学系
４感光基板（基板）
１２ａ〜１２ｅ平行平板ガラス
１８ａ〜１８ｅ像回転手段
３０倍率制御装置
３１主制御装置
３２駆動装置
３３回転駆動装置
１３〜１７光電検出器
Ｉ１〜Ｉ４レーザ干渉計
ａ〜ｈマスク側の計測マーク
ａ’〜ｈ’ 感光基板側の計測マーク
Ｍ１〜Ｍ５
Ｐ１〜Ｐ５部分領域の像[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a positional deviation correction method, and more specifically, illuminates each partial area of a pattern area on a mask with a light beam from an illumination optical system, and images each partial area to each of a plurality of projection optical systems. The present invention relates to a method for correcting misalignment of an image of each partial region, which is used in a scanning exposure apparatus that projects onto an exposed region on a substrate via a substrate.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a photolithography process for manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display substrate, a projection exposure apparatus that exposes and transfers a pattern formed on a mask to a photosensitive substrate via a projection optical system has been used. There are so-called step-and-repeat type and mirror projection type exposure apparatuses.
[0003]
In recent years, the liquid crystal display substrate has been required to have a large area, and accordingly, the projection exposure apparatus is desired to expand the exposure area. As a means for enlarging the exposure area, a scanning exposure apparatus having a plurality of projection optical systems has been developed. That is, in this scanning exposure apparatus, the luminous flux emitted from the light source is made uniform through an optical system including a fly-eye lens and the like, and then shaped into a desired shape by a field stop to illuminate the mask pattern surface. To do. A plurality of illumination optical systems having such a configuration are arranged, and different partial areas (illumination areas) on the mask are illuminated with light beams emitted from the respective illumination optical systems. The light beams that have passed through the mask form mask pattern images on different projection areas on the glass substrate through different projection optical systems. Then, the entire surface of the pattern area on the mask is transferred onto the glass substrate by scanning the projection optical system in synchronization with the mask and the glass substrate.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In general, a projection exposure apparatus repeats exposure of an original pattern over several layers while performing a predetermined process on a single glass substrate. This process (particularly heating) causes the glass substrate to expand and contract and deform from the initial state. In a conventional step-and-repeat type exposure apparatus, there is only one projection optical system. The projection magnification of the projection optical system is changed, and the stop position of the stage at the time of stepping is changed to change between adjacent transfer images. The expansion and contraction of the glass substrate may be corrected (magnification correction) by changing the interval. In the mirror projection type exposure apparatus, the magnification in the scanning direction is corrected by continuously changing the relative position of the original plate and the photosensitive substrate with respect to the projection optical system during scanning exposure, and the magnification of the projection optical system is changed. Thus, the magnification in the direction orthogonal to the scanning direction may be corrected.
[0005]
However, in the scanning type exposure apparatus having a plurality of projection optical systems as described above, a continuous pattern of the mask is divided by the plurality of projection optical systems, and the divided images are formed on the glass substrate without gaps or by a predetermined amount. In order to project the images so as to overlap, not only when there is a large difference in the imaging characteristics of each projection optical system, but the positional relationship between the projection optical systems is not the desired relationship, Since it is not continuously formed on the glass substrate, it cannot cope with the expansion and contraction of the substrate by the same method as in the past.
[0006]
In order to deal with such problems, the applicant of the present application has disclosed, as Japanese Patent Application No. 7-183212, calibration means for projecting optical systems together with means for aligning the substrate and the mask and adjusting means for the imaging characteristics of each projection optical system. The above-described scanning type exposure apparatus provided with an imaging means has been proposed previously.
[0007]
According to such a scanning exposure apparatus, the X-direction (scanning direction) position shift between the substrate and the mask, the Y-direction (direction orthogonal to the scanning direction) position shift, rotation (rotation around the Z axis orthogonal to the XY plane) ), The expansion and contraction of the substrate in the X direction is controlled by a mask stage and a position sensor such as a laser interferometer that monitors the displacement of the substrate stage. It is possible to correct accurately by changing the magnification.
[0008]
However, the correction of the expansion / contraction of the substrate in the Y direction and the orthogonality error cannot be performed under the control of the laser interferometer. Therefore, there is a disadvantage that the correction cannot always be performed accurately.
[0009]
The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide a misalignment correction method capable of accurately correcting misalignment of projection images caused by deformation of a substrate.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, each of the partial areas of the pattern area on the mask is illuminated with the light beam from the illumination optical system, and an image of each of the partial areas is provided corresponding to each of the partial areas. Projecting onto the exposure area on the substrate through each of the projection optical systems, and the mask and the substrate with respect to the projection optical system in a predetermined scanning direction at a speed ratio according to the projection magnification of the projection optical system A method of correcting misalignment of an image of each partial area on the substrate, which is used in a scanning type exposure apparatus that exposes the entire surface of the pattern area on the mask by moving the substrate. A first step of detecting an expansion / contraction amount in a direction orthogonal to the scanning direction among at least deformation amounts of the substrate based on a positional relationship between the alignment mark of the alignment mark and the alignment mark on the substrate; And the magnification correction of the respective projection optical system based on the serial detection results of the first step, a second step of performing a shift of the image projected onto the substrate by the respective projection optical system; thereafter,By measuring a reference mark provided on the mask side using a photodetector provided on the substrate side through each projection optical system,A third step of confirming whether the positional deviation and the overlap amount of the images of the partial areas adjacent to each other are within a predetermined allowable range; and the positional deviation and the overlap when they are not within the allowable range And a fourth step of re-executing at least one of magnification correction of each projection optical system and shift of an image projected onto the substrate by each projection optical system so that both amounts are within an allowable range.
[0011]
According to this, the positional deviation of the image of the partial region due to the expansion and contraction of the substrate at least in the direction orthogonal to the scanning direction is corrected by the processing in the first step and the second step, and the positional deviation correction is performed by the processing in the third step. The resulting misalignment amountThe reference mark provided on the mask side is measured by using a photodetector provided on the substrate side through each projection optical system.Thus, it is possible to confirm whether or not the positional deviation correction has been sufficiently performed. As a result of the confirmation, if the correction is insufficient, each positional deviation amount is sufficiently reduced in the fourth step. At least one of the magnification correction of the projection optical system and the shift of the image projected on the substrate by each projection optical system is re-executed. Therefore, it is possible to accurately correct the positional deviation of the image of the partial area due to expansion and contraction at least in the direction orthogonal to the scanning direction of the substrate.
[0012]
The invention according to claim 2 illuminates each partial area of the pattern area on the mask with a light beam from the illumination optical system, and a plurality of images of the partial areas are provided corresponding to the partial areas. Projecting onto the exposure area on the substrate through each of the projection optical systems, and the mask and the substrate with respect to the projection optical system in a predetermined scanning direction at a speed ratio according to the projection magnification of the projection optical system The method of correcting the positional deviation of the image of each partial region used in a scanning type exposure apparatus that exposes the entire surface of the pattern region on the mask on the substrate by moving the alignment mark on the mask, A first step of detecting an expansion / contraction amount and an orthogonality error in at least a direction orthogonal to the scanning direction out of deformation amounts of the substrate based on a positional relationship of alignment marks on the substrate; Wherein the magnification correction of the projection optical system based on a detection result of the first step, the second step of executing the shift and rotation of the image projected onto the substrate by the projection optical system; thereafter,By measuring the reference mark provided on the mask side and the reference mark provided on the substrate side through each projection optical system using a photodetector,A third step of confirming whether the positional deviation and the overlap amount of the images of the partial areas adjacent to each other are within a predetermined allowable range; and the positional deviation and the overlap when they are not within the allowable range A fourth step of re-executing at least one of magnification correction of each projection optical system and shift and rotation of an image projected onto the substrate by each projection optical system so that both amounts are within an allowable range; Including.
[0013]
According to this, the position shift of the image of the partial region due to the expansion and contraction in the direction orthogonal to the scanning direction of the substrate and the orthogonality error is corrected by the processing in the first step and the second step, and the processing in the third step The amount of misalignment as a result of this misalignment correctionThe reference mark provided on the mask side and the reference mark provided on the substrate side via each projection optical system are measured using a photodetector.Thus, it is possible to confirm whether or not the positional deviation correction has been sufficiently performed. As a result of the confirmation, if the correction is insufficient, each positional deviation amount is sufficiently reduced in the fourth step. At least one of magnification correction of the projection optical system and shift and rotation of an image projected on the substrate by each projection optical system is re-executed. Accordingly, it is possible to accurately correct the positional deviation of the image of the partial region due to the expansion and contraction in the direction orthogonal to the scanning direction of the substrate and the orthogonality error.
In each of the misregistration correction methods according to claim 1 and 2, as in the misregistration correction method according to claim 3,A plurality of the photodetectors are provided,In the third step,Detects the image of the reference mark projected through the projection optical systems corresponding to the plurality of photodetectors.You can do that. In such a case,Reference marks projected through each projection optical systemIt becomes possible to measure accurately,The positional deviation of each projected image can be accurately corrected.
In each of the misregistration correction methods according to the first to third aspects, as in the misregistration correction method according to the fourth aspect, the processing of the first step is the first of lots including a plurality of the substrates to be processed or The determination is performed for a predetermined number of substrates, and in the second step, the average value of the first or predetermined number of substrates is used as the deformation amount that is the detection result of the first step. be able to. In such a case, alignment measurement can be remarkably simplified and throughput can be improved, and the positional deviation of each projection image due to the deformation of the substrate can be accurately corrected.
In each of the misregistration correction methods according to the first and second aspects, as in the misregistration correction method according to the fifth aspect, the plurality of projection optical systems are divided into a first column and a second column. In the third step, after detecting the image of the reference mark projected through the projection optical system in the first row, the image of the reference mark projected through the projection optical system in the second row is detected. Can be. In such a case, it is possible to accurately measure the reference mark projected through each projection optical system, and it is possible to accurately correct the positional deviation of each projection image.
In each of the misregistration correction methods according to the first and second aspects, as in the misregistration correction method according to the sixth aspect, the third step includes a fiducial mark provided on the mask side, and a further step of the substrate. By detecting the degree of overlap with the reference mark provided on the side by the photodetector, it is possible to obtain the positional deviation and the overlap amount between the images of the partial areas adjacent to each other. In such a case, it is possible to accurately measure the reference mark projected through each projection optical system, and it is possible to accurately correct the positional deviation of each projection image.
[0014]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0015]
FIG. 1 schematically shows the overall configuration of a projection exposure apparatus 1 according to an embodiment for carrying out a positional deviation correction method according to the present invention. The projection exposure apparatus 1 is an erect image and an equal magnification scanning exposure apparatus.
[0016]
The projection exposure apparatus 1 includes a plurality of (here, five) illumination optical systems 3a to 3e that respectively illuminate different partial areas M1 to M5 on a mask with an illumination light beam shaped into a predetermined shape by a field stop (not shown). A plurality of (here, five) projection optical systems 5 to 9 are provided corresponding to these illumination optical systems 3 a to 3 e and project the pattern on the mask 2 onto the photosensitive substrate 4. With respect to the illumination optical systems 3a to 3e and the projection optical systems 5 to 9, a U-shaped carriage 22 on which the mask 2 and the photosensitive substrate 4 are mounted is moved in the X-axis direction (hereinafter referred to as “scanning direction” as appropriate). The entire pattern area on the mask 2 can be transferred onto the photosensitive substrate 4 by scanning. In addition, since the projection exposure apparatus 1 measures a pattern projected onto the photosensitive substrate 4 through the projection optical systems 5 to 9, five photoelectric detectors 13 to 17 (not shown) are respectively shown at corresponding positions below the carriage 22. 1 is not shown, and FIG. 2) is arranged.
[0017]
The projection optical systems 5 to 9 are connected to a magnification control device 30 (not shown in FIG. 1, refer to FIG. 2), and the projection magnification is adjusted by adjusting the gas pressure between the optical elements of each projection optical system. The configuration is changed. Further, parallel plate glasses 12a to 12e are respectively arranged in the optical paths between the projection optical systems 5 to 9 and the photosensitive substrate 4, and the angles of the parallel plate glasses 12a to 12e with respect to the optical axes AX1 to AX5 are changed. Thus, the optical axis of each projection optical system is shifted, and the projection positions of the images (projection areas) P1 to P5 of the partial areas M1 to M5 on the photosensitive substrate 4 are changed (for this, Will be described in detail later). Further, in this embodiment, image rotation means 18a to 18a for rotating the images P1 to P5 projected on the photosensitive substrate 4 by the projection optical systems on the surface of the photosensitive substrate 4 in the projection optical systems 5 to 9. 18e (not shown in FIG. 1, refer to FIG. 2), for example, a Dove prism is incorporated. If the Dove prism is rotated around the optical axis with the incident optical axis and the outgoing optical axis being coincident with the optical axis AX of the projection optical system, an angle divided image twice the prism rotation angle is obtained. Thus, the orthogonality error is corrected. That is, in this embodiment, the amount of deviation of each image measured by the five photoelectric detectors 13 to 17 is changed by changing the projection magnification and the projection position of the image on the photosensitive substrate 5 and rotating the image. Can be adjusted individually.
[0018]
FIG. 2 shows the configuration of a control system related to the adjustment of the shift amount of each image of the exposure apparatus 1. This control system is configured with a main controller 31 as a center, and a laser interferometer I described later is provided on the input side of the main controller 31.₁, I₂, I₃, I₄And five photoelectric detectors 13 to 17 are connected. A drive device 32, a magnification control device 30, and a rotation drive device 33 are connected to the output side of the main control device 31. The drive device 32 has a function of changing the angles of the parallel flat glasses 12a to 12e with respect to the optical axes AX1 to AX5, and the magnification control device 30 sets the projection magnification of the projection optical systems 5 to 9 as described above. adjust. The rotation driving device 33 drives the image rotating units 18a to 18e to rotate independently.
[0019]
Returning to FIG. 1, the projection optical systems 5 to 9 are arranged in two rows of the projection optical systems 5, 6 and 7 and the projection optical systems 8 and 9, and the exposure images of adjacent patterns overlap each other by a predetermined amount. Arranged in a staggered pattern. For this reason, the pattern on the mask 2 is divided by the projection optical systems 5 to 9 and imaged 1: 1 on the photosensitive substrate 4.
[0020]
The mask 2 is held horizontally on a mask stage 2A mounted on the upper plate portion 22A of the carriage 22. The mask stage 2A has X, Y, and θ directions (for example, the X direction in the horizontal plane, the Y direction in the direction orthogonal to the Y direction, and the X direction in the horizontal plane) with respect to the photosensitive substrate holder 4A described later on the carriage 22. A drive device 23, 24, 25 such as a motor is attached so that it can move in the direction of rotation around the Z axis (θ direction), and the laser interferometer I so that the movement position in the X, Y, θ direction can be measured.₁, I₂, I₃(Only the length measurement beam is shown) is provided in one place in the scanning direction (X direction), and the Y direction is provided in two places for measuring the Y-direction shift and the θ component.
[0021]
Further, the photosensitive substrate 4 is held horizontally on a photosensitive substrate holder 4A fixed on the bottom plate portion 22B of the carriage 22. The position of the photosensitive substrate holder 4A in the scanning direction, that is, the position of the carriage 22 in the scanning direction is the laser interferometer I.₄It can be measured by (only the measurement beam is shown).
[0022]
At one end in the scanning direction of the mask stage 2A, a mask side movable mark plate 10B extends substantially in the scanning orthogonal direction, and the mask side movable mark plate 10B is disposed on substantially the same plane as the mask 2.
[0023]
One end of the upper plate portion 22A of the carriage 22 in the X direction has a stepped upper surface, and a mask side fixed mark plate 10A extending in the Y direction is provided on the upper surface of the step portion so that the mask 2 and the mask side movable. It is arranged on substantially the same plane as the mark plate 10B.
[0024]
One end portion in the X direction of the bottom plate portion 22B of the carriage 22 has a stepped upper surface, and the mask side fixed mark plate 10A and the mask side movable mark plate 10B are disposed on the upper surface of the step portion. A photosensitive substrate-side reference mark plate 11 is disposed on substantially the same plane as the photosensitive substrate 4 at a position facing the position.
[0025]
In this exposure apparatus 1, the imaging characteristics (for example, distortion) of the projection optical systems 5 to 9 can be measured using the mask side fixed mark plate 10A, the mask side movable mark plate 10B, and the photosensitive substrate side reference mark plate 11. It has become.
[0026]
Further, directly above the outermost projection optical systems 5 and 7 in the direction perpendicular to the scanning direction and above the mask 2, the image is formed on the mask 2 by the projection optical systems 5 and 7. Alignment microscopes 26 and 27 for measuring the amount of deviation between the alignment mark (which will be described later) and the alignment mark on the mask 2 (which will be described later) are installed. The alignment microscopes 26 and 27 are set in a relatively wide field of view, and also serve as an observation system for calibration of the mask side reference mark plate 10 and the photosensitive substrate side reference mark plate 11.
[0027]
FIG. 3 shows an example of the mask side reference mark plate 10, that is, the mask side fixed mark plate 10A and the mask side movable mark plate 10B, and the photosensitive substrate side reference mark plate 11. Of the mask side reference mark plate 10 (FIG. 3A), the mask side fixed mark plate 10A fixed to the carriage 22 has at least one measurement for each exposure area of the outermost projection optical systems 5 and 7. It is formed so as to include marks a and b. The mask side movable mark plate 10B is formed so that at least two or more measurement marks c to h are included in the exposure regions of the projection optical systems 5 to 9. On the other hand, the photosensitive substrate side reference mark plate 11 paired with these mask side reference mark plates 10 is 1 so as to correspond to both the measurement marks a to h of the mask side fixed mark plate 10A and the mask side movable mark plate 10B, respectively. The body measurement marks a ′ to h ′ are formed with high accuracy.
[0028]
Next, an alignment method of the projection optical systems 5 to 9 in the exposure apparatus 1 configured as described above will be described.
[0029]
First, the projection optical systems 5 and 7 located outside are calibrated by the photosensitive substrate side reference mark plate 11 and the mask side fixed mark plate 10A. That is, as shown in FIG. 4, until the measurement mark a on the mask side fixed mark plate 10A and the measurement mark a ′ on the photosensitive substrate side reference mark plate 11 are in a conjugate position, the carriage 22 is moved to the projection optical systems 5 and 7. The measurement mark a ′ is moved onto the measurement mark a by the projection optical system 5 (in FIG. 4, an image projected onto the photosensitive substrate 4 by the projection optical system 5 is indicated by reference numeral 5 ′). As shown in FIG. 5A, the amount of deviation Δx between the projected image and the measurement mark a is obtained by the alignment microscope 26.₁, Δy₁Measure. And the deviation amount Δx₁, Δy₁However, as shown in FIG. 5B, the image of the measurement mark a ′ is moved by changing the inclination of the parallel plate 12a with respect to the optical axis AX so as to be 0 and shifting the image. Similarly, the projection optical system 7 (in FIG. 4, an image projected on the photosensitive substrate 4 by the projection optical system 7 is indicated by reference numeral 7 ′) is adjusted by the alignment microscope 27 and the measurement marks b and b ′. .
[0030]
Next, as shown in FIGS. 6 to 7, the mask side movable mark plate 10B is calibrated. That is, the carriage 22 is moved with respect to the projection optical system 5 to a position where the measurement mark c on the mask side movable mark plate 10B and the measurement mark c ′ on the photosensitive substrate side reference mark plate 11 are conjugate. At this time, the carriage 22 is moved so that the measurement mark h on the mask side movable mark plate 10B and the measurement mark h ′ on the photosensitive substrate side reference mark plate 11 are conjugate with respect to the projection optical system 7. At this time, the position of the measurement mark a and the measurement mark c in the Y direction in FIG. The same applies to the measurement mark b and the measurement mark h.
[0031]
Then, the measurement mark c ′ is projected onto the measurement mark c by the projection optical system 5 that has already been adjusted with the measurement mark a, and the deviation Δx between the projected image and the measurement mark c is detected by the alignment microscope 23.₂, Δy₂Measure. Similarly, the amount of deviation Δx between the measurement marks h and h ′₃, Δy₃, And the amount of deviation Δx₂, Δy₂, Δx₃, Δy₃The mask stage 2A is moved in the X, Y, and θ directions by using the driving devices 23 to 25 so that each becomes minimum.
[0032]
The measurement of the amount of deviation described so far is performed using, for example, an image processing technique using a cross-shaped mark as an alignment mark, and is easily determined from the pixel pitch of a CCD camera (not shown) and the magnification of the optical system. The distance between can be calculated.
[0033]
By moving the mask stage 2A in this way, as shown in FIG. 7A, the amount of deviation between the measurement marks c, c ′ and h, h ′ is eliminated. However, if there is an error with respect to the design value in the attachment of the mask side fixed mark plate 10A and the photosensitive substrate side reference mark plate 11 to the carriage 22, the error is included in the position of the mask side movable mark plate 10B as it is. Therefore, when there is an error, the error amounts αx and αy of the photosensitive substrate side reference mark plate 11 with respect to the mask side fixed mark plate 10A are measured in advance, and when the mask stage 2A is moved, as shown in FIG. Then, the error amounts αx and αy are added to the movement amount as an offset to correct the error.
[0034]
In this way, the calibration of the mask side movable mark plate 10B serving as a reference is completed, and then, as shown in FIGS. 8A and 8B, the projection optical systems 5 to 9 (FIG. 8A). (B), the images projected on the photosensitive substrate 4 by the projection optical systems 5 to 9 are indicated by reference numerals 5 'to 9'). At this time, not only the projection optical systems 6, 8 and 9 but also the outer projection optical systems 5 and 7, the measurement marks c to h of the calibrated mask side movable mark plate 10 B and the photosensitive substrate side reference mark plate 11 are used. The amount of deviation between each of the measurement marks c ′ to h ′ is measured.
[0035]
In this measurement, first, as shown in FIG. 8A, the light beams from the illumination optical systems 3a to 3c are transmitted through the measurement marks c to h and the projection optical systems 5 to 7 on the mask side movable mark plate 10B. Further, in the system that passes through the measurement marks c ′ to h ′ on the photosensitive substrate side reference mark plate 11 and reaches the photoelectric detectors 13 to 15, the mask stage 2A is scanned and the photoelectric detector 13 corresponding to the position is scanned. The amount of deviation is measured based on the change in the amount of transmitted light received by -15, and is corrected so that the continuity of the images projected by the projection optical systems 5-7 is optimal.
[0036]
That is, the laser interferometer I₁, I₂, I₃While monitoring the position of the mask stage 2A, the amount of transmitted light is monitored by the photoelectric detectors 13 to 15, and both marks (each measurement mark on the mask side movable mark plate 10B and each mark on the photosensitive substrate side reference mark plate 11) are monitored. By performing appropriate signal processing from the signal change due to the overlap of the measurement marks), the deviation amount is obtained on the basis of the interferometer by obtaining the overlap center of both mark positions through each projection optical system, and the parallel plates 12a to 12c are obtained. Use optical axis AX₁~ AX₃The shift amount is corrected by shifting.
[0037]
Next, as shown in FIG. 8B, the light beams from the illumination systems 3d and 3e pass through the measurement marks d to g and the projection optical systems 8 to 9 on the mask side movable mark plate 10B, and are further exposed to light. In the system that passes through the measurement marks d ′ to g ′ on the substrate-side reference mark plate 11 and reaches the photodetectors 16 and 17, the mask stage 2A is scanned, and the photodetectors 16 and 17 corresponding to the positions receive the light. The amount of deviation is measured based on the change in the transmitted light quantity, and the continuity of the images projected by the projection optical systems 8 to 9 is corrected.
[0038]
Next, an alignment method between the mask 2 and the photosensitive substrate 4 will be described.
[0039]
As shown in FIG. 1, the alignment marks MM11, MM21, MM12, MM22 and PM11, PM21, PM12, PM22 are provided on the photosensitive substrate 4 and the mask 2, and MM11 and PM11, Differences between MM21 and PM21, MM12 and PM12, and MM22 and PM22 can be detected. In the present apparatus configuration, it is easy to provide more alignment marks, for example, MM13, MM23, PM13, PM23 in the scanning direction.
[0040]
First, the carriage 22 is moved to a position where the difference between the alignment marks MM11 and PM11, MM21 and PM21 can be detected, and measurement in the X and Y directions is performed. The differences between the marks MM11 and PM11 in the X and Y directions are defined as ΔD11X and ΔD11Y, respectively, and the differences between the marks MM21 and PM21 are defined as ΔD21X and ΔD21Y, respectively.
[0041]
Next, the carriage 22 is moved to a position where the difference between the marks MM12 and PM12 and between the MM22 and PM22 can be detected, and measurement in the X and Y directions is performed. The differences between the marks MM12 and PM12 in the X and Y directions are defined as ΔD12X and ΔD12Y, respectively, and the differences between the marks MM22 and PM22 are defined as ΔD22X and ΔD22Y, respectively.
[0042]
Here, the X shift, the Y shift, the rotation, the magnification in the X direction (stretching rate), the magnification in the Y direction (stretching rate) and the orthogonality in the mask photosensitive substrate 2A are the X components (ΔD11X, ΔD21X, ΔD12X, ΔD22X). Etc.) and Y component (ΔD11Y, ΔD21Y, ΔD12Y, ΔD22Y, etc.) can be calculated by, for example, so-called least square approximation if there are three or more points. A so-called EGA measurement (enhanced global alignment) is known as one that employs such a method.
[0043]
For each of the obtained errors, the X shift, Y shift, and rotation are monitored while monitoring the information of the laser interferometers I1, I2, and I3 so that the errors are corrected. 25 is driven to position the mask 2 and the photosensitive substrate 4.
[0044]
Further, the obtained Y-direction magnification is M₁, Magnification in X direction is M₂Then, the magnification of the projection optical system 5-9 is M₁Only change, M₁And M₂The difference in the movement speed between the mask 2 and the photosensitive substrate 4 at the time of actual exposure, for example, by changing the magnification of M1 in the Y direction and M2 in the X direction by accelerating or decelerating the movement speed of the mask stage 2A. Can be performed. That is, the correction of the expansion / contraction ratio in the X direction can be performed by shifting the mask stage 2A in the X direction based on the position information of the laser interferometer during exposure scanning. It is possible by changing the optical axis. The obtained orthogonality can be obtained by rotating the image projected by each projection optical system on the object plane and changing the optical axis.
[0045]
Here, in order to correct the expansion / contraction ratio in the Y direction, the magnification and the optical axis of the projection optical system are changed by changing the magnification and overlapping portions of the projection images (projection regions) P1 to P5 (shown by broken lines in FIG. 1). This is for returning the positional relationship of the projection area to the initial state.
[0046]
Next, changes in the positional relationship between the plurality of projection areas when the magnification of the projection optical system is changed will be described with reference to FIGS.
[0047]
In FIG. 9, regions indicated by two-dot chain lines represent the projection regions P1 to P5 when the projection magnifications of the projection optical systems 3a to 3e are in the initial state, and regions indicated by solid lines are obtained by changing the projection magnification of the projection optical system. Represents the projection area in the state. For simplicity of explanation, the shape of the projection region is different from that of FIG. At the initial magnification, the length of each projection area in the Y direction is L, the length in the X direction is W, and the distance between the centers of the projection areas (for example, P1 and P2) in the Y direction is P, X. The interval in the direction is B. In this state, there is no unnecessary overlap η in the Y direction, and similarly, the positional relationship of the projection areas in the X direction is set to a predetermined state. For this reason, as shown in FIG. 10A, the lattice pattern is accurately transferred.
[0048]
On the other hand, when the projection magnification of the projection optical system is changed to M times the initial magnification, the length of each projection area in the Y direction is L × M and the length in the X direction is W × M. The distance between the centers remains P and B. Then, the positional relationship between the projection areas changes (for example, the interval between the sides is changed from “b” to “Mb-κ” or “b- (M−1) W”), and in each of the Y and X directions. Next formula
[0049]
[Expression 1]
η = M × L−L = (M−1) × L
[0050]
[Expression 2]
κ = M × B−B = (M−1) × B
[0051]
An overlap η and a shift κ expressed by For this reason, the lattice pattern shown in FIG. 10A is transferred as an image including an overlap η and a shift κ as shown in FIG. 9B.
[0052]
Therefore, in order to correct this overlap and deviation, the interval between the projection areas is also changed in accordance with the change in the magnification of the projection optical system. In this correction, basically, the size and interval of the projection region are similar between before and after the correction.
[0053]
FIG. 11 shows a state of optical axis correction according to the expansion / contraction of the photosensitive substrate according to this embodiment. The parallel flat glasses 12a to 12e all have substantially the same thickness, and the shift amounts of the optical axes AX1 to AX5 at the same rotation angle are the same. Further, when the rotation angle of the parallel flat glass is 0 °, the positions at which the optical axes AX1 to AX5 are projected on the photosensitive substrate 4 are α, γ, ε, β, and δ. The positions α, γ, ε, β, and δ can be considered as the positions where the pattern before the photosensitive substrate 4 is expanded and contracted.
[0054]
Consider a case where the photosensitive substrate 4 is extended by Δp (ppm) uniformly in the Y direction. That is, the positions α, β, γ, δ, and ε of the pre-formed pattern before the photosensitive substrate 4 expands and contracts are displaced to the positions α ′, β, γ ′, δ ′, and ε ′, respectively, due to the extension of the photosensitive substrate. Suppose you are. In this embodiment, the magnification of the projection optical system is changed according to the expansion and contraction of the photosensitive substrate, and the optical axis is shifted according to the amount of change in magnification. Since the photosensitive substrate 4 extends uniformly, the amount of displacement at each position is proportional to the distance from the center of the photosensitive substrate, and thus the amount by which the optical axis is shifted is also proportional to the distance from the center of the photosensitive substrate. That is, assuming that the intervals of the positions α, β, γ, δ, and ε are l, the displacement amounts | α′−α |, | β′−β |, | γ′−γ |, | δ−δ ′ at each position. | And | ε−ε ′ | are 2Δl, Δl, 0, Δl, and 2Δl, respectively. Δl = l × Δp × 10^-6It becomes.
[0055]
When the pattern is further formed on the elongated photosensitive substrate 4, the projection magnification of the projection optical systems 5 to 9 is increased by Δp (ppm). As a result, the optical axis shift amount required by the optical axes AX1 and AX3 is as follows.
[0056]
[Equation 3]
2Δl = 2l × Δp × 10^-6
[0057]
The optical axes AX4 and AX5 are given by
[0058]
[Expression 4]
Δl = 1 × Δp × 10^-6
[0059]
It is. Here, the shift amount Δl (mm) of the optical axis due to the rotation of the parallel flat glass is defined as θ (rad) for the rotation angle (small angle) of the parallel flat glass, t (mm) for the plate thickness, and n for the refractive index. When
[0060]
[Equation 5]
Δl = (l−1 / n) tθ
[0061]
Can be approximated by Therefore, θ can be expressed as
[0062]
[Formula 6]
θ≈l · Δp · n / (n−1) / t × 10^-6
[0063]
, By rotating the parallel flat glass 12a, 12d, 12b, 12e, 12c by rotation angles 2θ, θ, 0, −θ, −2θ (counterclockwise direction is positive), respectively. The projection positions of AX1, AX4, AX2, AX5, and AX3 are made to coincide with the positions α ′, β ′, γ ′, δ ′, and ε ′. As described above, it is possible to correct the projected image (correction of the imaging position) according to the elongation of the photosensitive substrate in the Y direction.
[0064]
In this embodiment, after correcting the imaging characteristics of each projection optical system as described above (correcting the magnification, shifting the optical axis (shifting the image projection position), and rotating the image), As described above in connection with the calibration of the projection optical systems 5 to 9, the carriage 22 is moved, and the measurement marks c 'to h' of the photosensitive substrate side reference mark plate 11 are connected to the projection optical system in one row. Is irradiated with light by the illumination optical systems 3a to 3c. Then, the mask stage 2A is scanned in the X and Y directions so that the measurement marks c to h on the mask side moving mark plate 10B pass through the measurement marks c 'to h'. The scanned light is monitored by photoelectric detectors 13 to 15 provided below the reference mark plate 11 on the photosensitive substrate side, and each projection optical system is controlled by performing appropriate signal processing based on signal changes caused by overlapping of both marks. Find the overlap center of both mark positions that passed through. Similarly, measurement is performed for the other projection optical system.
[0065]
Thus, by obtaining the overlap center of both mark positions through each projection optical system, the amount of deviation can be obtained with an interferometer reference, and the coordinates of both ends of each projection optical system can be obtained as an interferometer reference. The magnification of the projection optical system and the position and rotation of the optical axis center can be grasped. Therefore, the magnification correction, the optical axis position control, and the error after image rotation, that is, the images of the partial areas M1 to M5 adjacent to each other (P1 and P4, P4 and P2, P2 and P5, P5 and P3). It is possible to confirm whether or not the positional deviation and the overlap amount are within a predetermined allowable range.
[0066]
Then, as a result of the above confirmation, when the positional deviation and the overlap amount between the images of the partial areas adjacent to each other are not within a predetermined allowable range, the magnification correction is performed so as to be within a predetermined allowable value. At least one of control of the optical axis position and image rotation is re-executed.
[0067]
In the above confirmation, if only the shift component common to the entire projection optical system is left in the control, this measurement information is information obtained by scanning while managing the mask stage 2A with an interferometer. For this reason, it is possible to perform correction by placing it as an offset on the shift component resulting from the alignment without correcting the imaging characteristics of the projection optical system.
[0068]
As described above, according to the present embodiment, whether the positional deviation correction is sufficiently performed by accurately detecting the positional deviation amount as a result of the positional deviation correction by using the calibration means of the projection optical systems. If the correction is not sufficient as a result of this check, it is projected on the substrate by the magnification correction of each projection optical system and each projection optical system so that the amount of displacement is sufficiently small. At least one of image shift (optical axis shift) and image rotation is re-executed, and thereby, image displacement in a partial region due to at least expansion / contraction in the direction orthogonal to the scanning direction of the substrate and orthogonality error Can be corrected accurately. In addition, this embodiment also has an advantage that confirmation of magnification correction of each projection optical system can be performed by the calibration means of the projection optical system without newly providing another measurement means.
[0069]
Note that the change in magnification described in the above embodiment is mainly caused by the expansion and contraction of the photosensitive substrate 4, and it is considered that the change amount is stable in the same lot when the apparatus is used. Accordingly, the magnification and orthogonality measurement (calculation) described so far is carried out only for the first lot or a predetermined number of sheets, and the subsequent photosensitive substrates are displaced in the two-dimensional plane (X, Y, θ). ), And the correction of the positional deviation in the measured two-dimensional plane and the average value of the first sheet or the determined number of sheets as the magnification and the orthogonality may be corrected. In this way, alignment measurement can be greatly simplified and throughput can be expected to improve.
[0070]
Further, there is a method of correcting the magnification only when the magnification has an allowable value and the allowable value is exceeded.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is an unprecedented excellent effect that the positional deviation of each projection image caused by the deformation of the substrate can be accurately corrected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment.
2 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system related to positional deviation of each projection image of the apparatus of FIG. 1. FIG.
3A is a diagram showing an example of a reference mark plate, FIG. 3A is a diagram showing an example of the arrangement of measurement marks on a mask side reference mark plate, and FIG. 3B is a measurement on a photosensitive substrate side reference mark plate; It is a figure which shows an example of arrangement | positioning of a mark.
FIG. 4 is a diagram for explaining a calibration method for an outer lens.
FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining a calibration method for an outer lens, in which FIG. 5A is a diagram showing a state before a deviation amount between a projection image and a measurement mark is corrected, and FIG. 5B is a projection image; FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which a deviation amount of a measurement mark is corrected.
FIG. 6 is a diagram for explaining a calibration method for a mask side movable mark plate;
7A and 7B are diagrams for explaining a calibration method for a mask side movable mark plate, and FIG. 7A is a diagram showing a state in which the amount of deviation between measurement marks on the mask side and the photosensitive substrate side is zero; FIG. 5B is a diagram showing an attachment error of the photosensitive substrate side reference mark plate with respect to the mask side fixed mark plate.
FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining a method for adjusting a projection lens, in which FIG. 8A shows a method for adjusting the projection optical system in the first row, and FIG. 8B shows a method for adjusting the projection optical system in the second row; FIG.
FIG. 9 is a diagram for explaining a relationship between a change in magnification and a change in image position;
FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining a shift of an image of a lattice pattern due to a change in magnification, where FIG. 10A shows a state before the change in magnification, and FIG. 10B shows a state after the change in magnification; It is.
FIG. 11 is a diagram illustrating a state of optical axis correction according to the expansion / contraction of the photosensitive substrate.
[Explanation of symbols]
1. Projection exposure equipment (scanning exposure equipment)
2 mask
3a-3e Illumination optical system
5-9 Projection optical system
4 Photosensitive substrate (substrate)
12a-12e Parallel flat glass
18a to 18e Image rotating means
30 magnification control device
31 Main controller
32 Drive unit
33 Rotation drive
13-17 Photoelectric detector
I1-I4 laser interferometer
a to h Mask side measurement mark
a ′ to h ′ Measurement mark on the photosensitive substrate side
M1 to M5
P1-P5 Partial area image

Claims

Different partial areas of the pattern area on the mask are illuminated with light beams from the illumination optical system, respectively, and the images of the partial areas are respectively transmitted through the plurality of projection optical systems provided corresponding to the partial areas. Projecting onto the exposure area above and moving the mask and the substrate relative to the projection optical system in a predetermined scanning direction at a speed ratio according to the projection magnification of the projection optical system A method for correcting misalignment of an image of each partial region on the substrate, which is used in a scanning exposure apparatus that exposes the entire surface of a pattern region on the substrate,
A first step of detecting an expansion / contraction amount in a direction orthogonal to the scanning direction out of deformation amounts of the substrate based on a positional relationship between the alignment mark on the mask and the alignment mark on the substrate;
A second step of executing magnification correction of each projection optical system based on the detection result of the first step and shifting an image projected onto the substrate by the projection optical system;
Thereafter, the reference marks provided on the mask side are measured using the photodetectors provided on the substrate side through the projection optical systems, so that the partial regions adjacent to each other are measured . A third step of confirming whether the positional deviation and the overlap amount of the images are within a predetermined allowable range;
When the positional deviation and the overlap amount are not within the predetermined allowable range in the third step, the magnification correction of each projection optical system and the correction are performed so that the positional deviation and the overlap amount are both within the allowable range. And a fourth step of re-executing at least one of shifts of an image projected onto the substrate by each projection optical system.

Different partial areas of the pattern area on the mask are illuminated with light beams from the illumination optical system, respectively, and the images of the partial areas are respectively transmitted through the plurality of projection optical systems provided corresponding to the partial areas. Projecting onto the exposure area above and moving the mask and the substrate relative to the projection optical system in a predetermined scanning direction at a speed ratio according to the projection magnification of the projection optical system A method of correcting a positional deviation of an image of each partial region used in a scanning exposure apparatus that exposes the entire surface of a pattern region on the substrate,
A first step of detecting an amount of expansion and contraction and an orthogonality error in a direction orthogonal to the scanning direction out of deformation amounts of the substrate based on a positional relationship between the alignment mark on the mask and the alignment mark on the substrate;
A second step of executing magnification correction of each projection optical system based on the detection result of the first step, and shifting and rotation of an image projected on the substrate by the projection optical system;
Thereafter, the reference marks provided on the mask side and the reference marks provided on the substrate side through the projection optical systems are measured by using a photodetector to thereby adjoin the mutual marks. A third step of confirming whether or not the positional deviation and the overlap amount between the images of the partial areas are within a predetermined allowable range;
In the third step, when the positional deviation and the overlap amount are not within the predetermined allowable range, the magnification correction of each projection optical system is performed so that the positional deviation and the overlap amount are both within the allowable range. A fourth step of re-executing at least one of shift and rotation of an image projected onto the substrate by each projection optical system.

A plurality of the photodetectors are provided, and in the third step, an image of the reference mark projected through the projection optical systems corresponding to the plurality of photodetectors is detected. The positional deviation correction method according to claim 1.

The processing in the first step is performed on the first or a predetermined number of substrates of a lot including a plurality of the substrates to be processed, and in the second step, the deformation amount as a detection result of the first step is used. 4. The positional deviation correction method according to claim 1, wherein an average value of the first or the determined number of substrates is used.

The plurality of projection optical systems are divided into a first column and a second column, and the third step detects the image of the reference mark projected through the projection optical system of the first column, and then An image of the reference mark projected through the second row projection optical system is detected. The positional deviation correction method according to claim 1 or 2.

In the third step, the partial regions adjacent to each other are detected by detecting, with the photodetector, an overlap between a reference mark provided on the mask side and a reference mark provided on the substrate side. The positional deviation correction method according to claim 1, wherein a positional deviation and an overlap amount between the images are obtained.