JP3709904B2 - Projection exposure equipment - Google Patents

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程中で、マスクパターンを感光基板上に転写するために使用される投影露光装置に関し、更に詳しくはマスクアライメント用のセンサ、又は感光基板のアライメント用のセンサを備えた投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンを投影光学系を介してフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上の各ショット領域に転写する投影露光装置（ステッパー等）が使用されている。例えば半導体素子は、ウエハ上に多数層の回路パターンを所定の位置関係で積み重ねて形成されるので、２層目以降の回路パターンをウエハ上に投影露光する際には、ウエハ上の既に回路パターンが形成された各ショット領域と、これから露光するレチクルのパターンとの位置合わせ（アライメント）を高精度に行う必要がある。
【０００３】
そのようなアライメントを行う場合には、例えば特開平７−１７６４６８号公報に開示されているように、先ずレチクル側のアライメント系を介してレチクル上に形成されたアライメントマークと、ウエハが載置されるウエハステージ上に固定された基準マーク板上の所定の基準マークとの位置ずれ量を検出することによって、レチクルのウエハステージに対する位置合わせであるレチクルアライメントが行われる。この際に、従来はレチクルアライメント用の基準マークを、基準マーク板の底面側から露光光と同じ波長の照明光で照明する所謂ステージ発光方式が採用され、レチクル側のアライメント系ではその基準マークを通過した照明光を検出していた。
【０００４】
次に、ウエハ側の例えばオフ・アクシス方式のアライメントセンサを介してウエハ上の所定のアライメントマーク（ウエハマーク）の座標検出が行われる。この場合、予め、その基準マーク板上の別の基準マークを用いて、ウエハ側のアライメントセンサの検出中心とレチクルのパターンの投影像の中心（露光中心）との間隔であるベースライン量が求められて記憶されている。このようにベースライン量を計測する工程はベースラインチェックと呼ばれている。そして、検出されたウエハマークの座標をそのベースライン量で補正した結果に基づいてウエハステージを駆動することによって、ウエハ上の各ショット領域の中心が高精度に露光中心に設定されて露光が行われていた。
【０００５】
また、一般に投影露光装置のウエハステージの座標は、ウエハステージに固定された移動鏡と外部のレーザ干渉計とによって計測されているが、露光中に露光光の照射による熱変形等によってその移動鏡とその基準マーク板との位置関係が変化すると、実質的にベースライン量が変動して重ね合わせ誤差が生じてしまう。そのため、従来は基準マーク板と移動鏡とはウエハステージ上で近接して配置され、両者の位置関係の変化は無視できる程度とみなされていた。そして、この前提条件のもとで、例えばウエハの交換中にその基準マーク板上の基準マークを介して、ウエハステージを大きく駆動することなく高速に、且つほぼ同時にレチクルアライメント、及びベースラインチェックが行われていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く従来の投影露光装置では、基準マーク板と移動鏡との位置関係は変化しないものとしてレチクルアライメント等が行われていた。しかしながら、近年のデバイスパターンの微細化に伴って、重ね合わせ精度も益々厳しくなる状況にあり、露光光の照射熱等によるウエハステージの僅かな温度変化に起因する基準マーク板と移動鏡との位置関係の変化が、許容範囲を超える重ね合わせ誤差を招く可能性が出てきた。
【０００７】
例えば、移動鏡と基準マーク板とを低膨張率のセラミックス製の部材で保持したり、基準マーク板を石英から形成している場合、セラミックスや石英の線膨張率は０．５〜１．０ｐｐｍ／℃程度なので、アライメントセンサのベースライン量が６０ｍｍ程度で、ウエハステージの温度変化が０．２℃程度であるとすると、移動鏡と基準マーク板との間隔が６〜１２ｎｍ程度変化すると共に、それに応じて移動鏡と基準マーク板との間の傾斜角も変化することになる。最近では、この程度の間隔の変化や傾斜角の変化でも、必要な重ね合わせ精度を得る上で大きな障害になりつつある。そのため、レチクルアライメントやベースラインチェックをより高精度に行うことが要求されている。
【０００８】
また、上述のようなステージ発光方式、即ちウエハステージで基準マーク板の底面側から所定の基準マークを照明する方式では、ウエハステージの機構が複雑化し、且つ大型化するという不都合もあった。更に、ステージ発光方式では露光光と同じ波長の照明光が使用されてはいるものの、その開口数等の照明条件は固定されていた。これに関して投影露光装置では、解像度を高めるために投影光学系の開口数を切り換えたり、照明光学系のコヒーレンスファクタであるσ値を切り換えたり、更には輪帯照明法や変形照明法等に切り換えたりすることが行われている。このように照明条件等を切り換えた場合には、露光用の照明光学系のテレセントリック性の条件の変化や僅かな収差によって生ずるディストーションの変動によって、通常の照明条件を使用する場合に比べて、レチクル上のアライメントマークと基準マークとの位置ずれ量が僅かに変化することがある。しかしながら、ステージ発光方式では基準マークの照明条件を露光光の照明光学系における照明条件と完全に一致させることはできないため、レチクルアライメント時に計測誤差が生ずる恐れがあった。
【０００９】
本発明は斯かる点に鑑み、ステージ発光方式でウエハステージ側の基準マークを照明することなく、且つ露光光の照明条件が切り換えられたような場合でも高精度にレチクルアライメントを行うことができる投影露光装置を提供することを第１の目的とする。
本発明は更に、露光光の照明条件が切り換えられたような場合でも高精度にウエハ側のアライメントセンサのベースライン量を計測できる投影露光装置を提供することを第２の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の投影露光装置は、位置合わせ用マーク（２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄ）及び転写用パターンが形成されたマスク（１２）を露光光で照明する照明光学系（ＳＬ，４５，４６，４９〜５３）と、その露光光のもとでマスク（１２）のその転写用パターンの像を感光基板（５）上に投影する投影光学系（８）と、感光基板（５）を移動する基板ステージ（１〜４）とを備えた投影露光装置において、その基板ステージ上に形成された第１の基準マーク（３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ）と、その基板ステージ上に形成された透過型の第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）と、マスク（１２）の上方に配置され、その露光光と同じ波長域の照明光のもとで投影光学系（８）を介してその基板ステージ上のその第１又は第２の基準マークとマスク（１２）上の位置合わせ用マーク（２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄ）との位置ずれ量を検出するマスク側のアライメントセンサ（１９，２０）と、その露光光と同じ波長域で、且つ同じ照明条件の照明光のもとでマスク（１２）上のその位置合わせ用マークの投影光学系（８）による投影像を第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）を介して検出する空間像センサ（６４Ａ，６４Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ〜４４Ａ，４４Ｂ）と、を設けたものである。
【００１１】
斯かる本発明によれば、マスク（１２）のアライメント時には、マスク側のアライメントセンサ（１９，２０）は露光光と同じ波長域の照明光を用いて落射照明方式で、マスク（１２）上の位置合わせ用マーク（２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄ）と対応する第１の基準マーク（３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ）との位置ずれ量を検出する。ところが、これでは露光光の照明条件が変化した場合にはアライメント誤差が生ずる恐れがある。そこで、予め実際に使用される露光光と同じ照明条件のもとで、その空間像センサによってマスク（１２）上の位置合わせ用マークと第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）との相対位置を検出し、マスク側のアライメントセンサ（１９，２０）でも両者の相対位置を検出し、２つの相対位置のずれ量をオフセットとして記憶しておく。そして、そのマスクのアライメント時にアライメントセンサ（１９，２０）によって検出される位置ずれ量をそのオフセットで補正することによって、高精度にそのマスクのアライメント（レチクルアライメント）が行われる。
【００１２】
より具体的に本発明による第２の投影露光装置は、その第１の投影露光装置において、そのマスク上の位置合わせ用マークの投影像と第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）とを相対走査したときにその空間像センサから得られる検出信号よりマスク（１２）とその基板ステージとの第１の相対位置ずれ量を求めると共に、マスク（１２）用のアライメントセンサ（１９，２０）により検出されるそのマスク上の位置合わせ用マークと第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）の投影像との位置ずれ量からマスク（１２）とその基板ステージとの第２の相対位置ずれ量を求める演算制御手段（２２Ａ）を設ける。更に、演算制御手段（２２Ａ）でその第２の相対位置ずれ量とその第１の相対位置ずれ量とのオフセットを求め、そのマスク側のアライメントセンサ（１９，２０）により検出されるそのマスク上の位置合わせ用マークと第１の基準マーク（３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ）の投影像との位置ずれ量を演算制御手段（２２Ａ）により求められるオフセットで補正するものである。
【００１３】
これは、例えばその空間像センサとして光量検出型の光電センサを使用し、第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）を開口パターンとして、マスク（１２）用のアライメントセンサ（１９，２０）を画像処理方式とした場合を意味する。このような構成でその空間像センサについては相対走査を行い、アライメントセンサ（１９，２０）については静止状態で画像のサンプリングを行うことによって、第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）を共通に使用できる。
【００１４】
また、本発明による第３の投影露光装置は、それら第１又は第２の投影露光装置において、感光基板（５）上の位置合わせ用マークの位置を検出するための基板側のアライメントセンサ（３４）を配置し、その基板ステージ上に第１の基準マーク（３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ）に対して所定の位置関係で第３の基準マーク（３７Ａ〜３７Ｄ）を形成しておき、そのマスク側のアライメントセンサ（１９，２０）によりそのマスク上の位置合わせ用マークと第１の基準マーク（３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ）の投影像との位置ずれ量を検出するのと並行に、その基板側のアライメントセンサ（３４）により第３の基準マーク（３７Ａ〜３７Ｄ）の位置を検出することによって、その基板側のアライメントセンサ（３４）の検出中心とそのマスクのその基板ステージ上への投影像の中心との相対間隔（ベースライン量）を計測するものである。
【００１５】
この場合、予め求められているその第１の基準マークの間隔とその第３の基準マークとの間隔を、マスク側のアライメントセンサ（１９，２０）により検出される位置ずれ量、及び基板側のアライメントセンサ（３４）で検出される位置ずれ量で補正することによって、アライメントセンサ（３４）のベースライン量が求められる。更に本発明では、第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）を介してマスク側のアライメントセンサ（１９，２０）の検出結果を補正することによって、露光光の照明条件が切り換わっても高精度にそのベースライン量が求められる。
【００１６】
また、その基板ステージの位置をレーザ干渉計で計測する場合には、その基板ステージ上に移動鏡（７Ｘ）が設置される。この際には、その第１の基準マーク及びその第３の基準マークが形成される部材（６）をその移動鏡（７Ｘ）と一体的に低膨張率の材料から形成することが望ましい。これによって露光光の照射熱等による熱変形の影響が小さくなる。
【００１７】
また、上述の本発明においては、マスク側のアライメントセンサ（１９，２０）、及びその空間像センサ用の照明光としてそれぞれその露光光を使用し、マスク側のアライメントセンサ（１９，２０）をその露光光の光路から退避させるための退避装置（１７，１８）を設けるようにしてもよい。この場合、その空間像センサを使用する際にはその退避装置を介してアライメントセンサ（１９，２０）を露光光の光路から退避させ、アライメントセンサ（１９，２０）による検出を行う際にはアライメントセンサ（１９，２０）をその露光光の光路に戻すことによって、露光光の照明光学系を共通に使用できる。
【００１８】
また、マスク（１２）の反射率に応じて、そのマスク側のアライメントセンサ（１９，２０）を用いて投影光学系（８）を介してその基板ステージ上のその第１、又は第２の基準マークとそのマスク上の位置合わせ用マークとの位置ずれ量を検出する際のその第１、又は第２の基準マークの位置を調整するようにしてもよい。例えばアライメントセンサ（１９，２０）が画像処理方式である場合、マスク（１２）の反射率に応じて得られる像のコントラストが最も高くなるようにその第１、又は第２の基準マークの位置を調整することによって、マスク（１２）として例えば低反射レチクルが使用されるような場合でも、高精度にマスクのアライメント等が行われる。
【００１９】
また、その透過型の第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）を複数個の透過型マーク（開口）より形成することが望ましい。これはその第２の基準マークをマルチマーク化することを意味し、各透過型マークについて得られる位置ずれ量を平均化することによって、位置ずれ量がより高精度に検出され、マスクのアライメント等もより高精度に行われる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による投影露光装置の実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。
図１は、本例の投影露光装置を示し、この図１において、図示省略された照明光学系からの露光光ＥＬによる矩形の照明領域（以下、「スリット状の照明領域」という）によりレチクル１２上のパターンが照明され、そのパターンの像が投影光学系８を介してフォトレジストが塗布されたウエハ５上に投影される。露光光ＥＬとしては、水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）若しくはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光、金属蒸気レーザ光、又はＹＡＧレーザの高調波等が使用できる。この際に、露光光ＥＬのスリット状の照明領域に対して、レチクル１２が図１の紙面に対して前方向（又は後方向）に一定速度Ｖで走査されるのに同期して、ウエハ５は図１の紙面に対して後方向（又は前方向）に一定速度Ｖ／Ｍ（１／Ｍは投影光学系８の縮小倍率で、例えば１／４，１／５等の値を取る）で走査される。以下、投影光学系８の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。
【００２１】
先ず、レチクル１２及びウエハ５用のステージ系について説明する。レチクル支持台９上にＹ軸に平行な方向（Ｙ方向）に移動自在にレチクルＹ軸駆動ステージ１０が載置され、このレチクルＹ軸駆動ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ１１が載置され、レチクル微小駆動ステージ１１上にレチクル１２が真空吸着等により保持されている。レチクル微小駆動ステージ１１は、レチクルＹ軸駆動ステージ１０に対してＸ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）にそれぞれ微小量だけ且つ高精度にレチクル１２の位置制御を行う。レチクル微小駆動ステージ１１上には移動鏡２１が配置され、レチクル支持台９上に配置されたレーザ干渉計１４によって、常時レチクル微小駆動ステージ１１のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニタされている。なお、移動鏡２１は直交する２つの移動鏡を総称し、レーザ干渉計１４は、３軸のレーザ干渉計を総称している（図２（ｂ）参照）。レーザ干渉計１４により得られた位置情報が、装置全体の動作を統轄制御する主制御系２２Ａに供給されている。主制御系２２Ａは、レチクル駆動装置２２Ｄを介してレチクルＹ軸駆動ステージ１０、及びレチクル微小駆動ステージ１１の動作を制御する。レチクル支持台９、レチクルＹ軸駆動ステージ１０、及びレチクル微小駆動ステージ１１よりレチクルステージが構成されている。
【００２２】
一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ方向に移動自在にウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その上にＸ方向に移動自在にウエハＸ軸駆動ステージ３が載置され、その上にＺθ軸駆動ステージ４が設けられ、このＺθ軸駆動ステージ４上にウエハ５が真空吸着によって保持されている。Ｚθ軸駆動ステージ４上にも移動鏡７が固定され、外部に配置されたレーザ干渉計１３により、Ｚθ軸駆動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニタされ、レーザ干渉計１３により得られた位置情報も主制御系２２Ａに供給されている。移動鏡７も直交する２つの移動鏡を総称し、レーザ干渉計１３は、４軸のレーザ干渉計を総称している（図２（ａ）参照）。主制御系２２Ａは、ウエハ駆動装置２２Ｂを介してウエハＹ軸駆動ステージ２、ウエハＸ軸駆動ステージ３、及びＺθ軸駆動ステージ４の位置決め動作を制御する。ウエハ支持台１、ウエハＹ軸駆動ステージ２、ウエハＸ軸駆動ステージ３、及びＺθ軸駆動ステージ４よりウエハステージが構成されている。
【００２３】
また、ウエハ側のレーザ干渉計１３によって計測される座標により規定されるウエハ座標系と、レチクル側のレーザ干渉計１４によって計測される座標により規定されるレチクル座標系との対応をとるために、Ｚθ軸駆動ステージ４上のウエハ５の近傍に基準マーク板６が固定されている。基準マーク板６の表面はウエハ５の表面と同じ高さに設定され、この表面上には後述のように各種基準マークが形成されている。本例の基準マーク板６は移動鏡７（より正確には図２（ａ）に示すようにＸ軸の移動鏡７Ｘ）と一体化されており、レチクルアライメントやベースラインチェックに使用される。本例の移動鏡７及び基準マーク板６は、線膨張率が石英より小さいガラスセラミックス（例えばショット社の商品名「ゼロデュアー」等が使用できる）より形成されている。なお、ガラスセラミックスは、線膨張率は極めて小さいが、通常使用される露光光である水銀ランプのｉ線やエキシマレーザ光に対する透過率は低いため、露光光を透過させるような用途には不適である。また、移動鏡７と基準マーク板６とを一体化する方法としては、▲１▼移動鏡７と基準マーク板６とを１つの材料で一体的に成形する方法、▲２▼移動鏡７と基準マーク板６とを別体で形成した後、両者を接着する方法、▲３▼移動鏡７と基準マーク板６とを別体で形成した後、例えば移動鏡７に対して基準マーク板６を真空吸着等で吸着して固定する方法、▲４▼移動鏡７と基準マーク板６とを別体で形成した後、例えば移動鏡７に対して基準マーク板６を押しつけて接合する方法等の何れの方法を使用してもよい。
【００２４】
また、本例のレチクル１２の上方には、１対のレチクルアライメント系１９及び２０が配置されており、これらのレチクルアライメント系１９，２０にはそれぞれ露光光ＥＬと同じ波長の照明光にて検出対象のマークを照明するための落射照明系と、その検出対象のマークの像を撮像するためのアライメント顕微鏡とが含まれている。このアライメント顕微鏡は、結像光学系と撮像素子とを含んでいる。この場合、レチクル１２からの検出光をそれぞれレチクルアライメント系１９及び２０に導くための偏向ミラー１５及び１６が移動自在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御系２２Ａからの指令のもとで、ミラー駆動装置１７及び１８によりそれぞれ偏向ミラー１５及び１６は露光光ＥＬの光路外に退避される。更に、投影光学系８のＹ方向の側面部に、ウエハ５上のアライメントマーク（ウエハマーク）を観察するためのオフ・アクシス方式で画像処理方式のアライメントセンサ３４が配置されている。
【００２５】
次に、図２を参照してレチクルステージ側のレーザ干渉計、及びウエハステージ側のレーザ干渉計の構成等につき説明する。
図２（ａ）はウエハステージの平面図であり、この図２（ａ）において、Ｚθ軸駆動ステージ４上のウエハ５の近傍に基準マーク板６が固定されている。また、Ｚθ軸駆動ステージ４の−Ｘ方向、及び＋Ｙ方向の端部にそれぞれＹ方向に延びたＸ軸の移動鏡７Ｘ、及びＸ方向に延びたＹ軸の移動鏡７Ｙが固定され、移動鏡７Ｘに対して基準マーク板６が一体化されている。また、ウエハ５上のスリット状の露光領域３２Ｗにレチクル１２のパターンの一部の像が投影され、露光領域３２Ｗの両端部の観察領域１９Ｗ及び２０Ｗがそれぞれ図１のレチクルアライメント系１９及び２０の観察領域となっている。
【００２６】
また、移動鏡７Ｘには、Ｘ軸に平行で且つそれぞれ投影光学系８の光軸ＡＸ及びアライメントセンサ３４の検出中心（基準点）を通る光路に沿って間隔ＩＬのレーザビームＬＷＸ及びＬＷofが照射され、移動鏡７Ｙには、Ｙ軸に平行な光路に沿って間隔ＩＬの２本のレーザビームＬＷＹ１及びＬＷＹ２が照射されている。レーザビームＬＷＸ，ＬＷof，ＬＷＹ１，ＬＷＹ２はそれぞれ図１のレーザ干渉計１３を構成する干渉計から供給され、露光時には、Ｚθ軸駆動ステージ４のＸ座標として、レーザビームＬＷＸを用いる干渉計で計測された座標値ＸＷが使用され、Ｙ座標としてレーザビームＬＷＹ１，ＬＷＹ２をそれぞれ用いる干渉計で計測された座標値Ｙ1 ，Ｙ2 の平均値ＹＷ（＝（Ｙ1＋Ｙ2）／２）が用いられる。また、例えば座標値Ｙ1 とＹ2 との差分からＺθ軸駆動ステージ４の回転角（θ方向の変位量）が計測される。それらの座標に基づいて、Ｚθ軸駆動ステージ４のＸＹ平面の位置及び回転角が制御される。
【００２７】
特に、走査方向であるＹ方向は２個の干渉計の計測結果の平均値を用いることで、走査露光時の空気揺らぎ等による誤差を平均化効果により緩和している。また、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４を使用する場合のＸ方向の位置は、所謂アッベ誤差が生じないように、レーザビームＬＷofを使用する専用の干渉計の計測値に基づいて制御される構成である。そのようにレーザ干渉計１３によって計測されるウエハステージのＸ座標ＸＷ、及びＹ座標ＹＷよりなる座標系（ＸＷ，ＹＷ）を「ウエハ座標系」と呼ぶ。
【００２８】
図２（ｂ）は、レチクルステージの平面図であり、この図２（ｂ）において、レチクルＹ軸駆動ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ１１が載置され、その上にレチクル１２が保持されている。また、レチクル微小駆動ステージ１１の＋Ｘ方向の端部、及び＋Ｙ方向の端部にはそれぞれＹ方向に延びたＸ軸の移動鏡２１ｘ、及びＹ軸の２個の移動鏡２１ｙ１，２１ｙ２が固定され、移動鏡２１ｘにはＸ軸に平行にレーザビームＬＲｘが照射され、移動鏡２１ｙ１，２１ｙ２にはそれぞれＹ軸に平行にレーザビームＬＲｙ１，ＬＲｙ２が照射されている。レーザビームＬＲｘ，ＬＲｙ１，ＬＲｙ２はそれぞれ図１のレーザ干渉計１４から供給されている。そして、ウエハステージと同様に、レチクル微小駆動ステージ１１のＹ方向の座標としては、レーザビームＬＲｙ１及びＬＲｙ２を使用する２個の干渉計で計測された座標値ｙ1 及びｙ2 の平均値ＹＲ（＝（ｙ1＋ｙ2）／２）が用いられる。また、Ｘ方向の座標としては、レーザビームＬＲｘを使用する干渉計で計測された座標値ＸＲが使用される。また、例えば座標値ｙ1 とｙ2 との差分からレチクル微小駆動ステージ１１の回転角（θ方向の変位量）が計測される。そのようにレーザ干渉計１４によって計測されるレチクルステージのＸ座標ＸＲ、及びＹ座標ＹＲよりなる座標系（ＸＲ，ＹＲ）を「レチクル座標系」と呼ぶ。
【００２９】
この場合、走査方向であるＹ方向の移動鏡２１ｙ１，２１ｙ２としてはコーナキューブ型の反射要素が使用されており、移動鏡２１ｙ１，２１ｙ２で反射されたレーザビームＬＲｙ１，ＬＲｙ２はそれぞれ反射ミラー３９，３８で反射されて戻されている。即ち、そのレチクル用のＹ軸の干渉計はダブルパス干渉計であり、これによって、レチクル微小駆動ステージ１１が回転してもレーザビームの位置ずれが生じない構成になっている。また、レチクル１２上のスリット状の照明領域３２に露光光ＥＬが照射され、照明領域３２の両端にレチクルアライメント系１９，２０の観察領域１９Ｒ，２０Ｒが設定されている。照明領域３２は図２（ａ）のウエハ５上の露光領域３２Ｗと共役であり、観察領域１９Ｒ，２０Ｒは図２（ａ）のウエハ側のＺθ軸駆動ステージ４上の観察領域１９Ｗ，２０Ｗと共役である。従って、本例では観察領域１９Ｒ及び２０Ｒを介して、レチクル１２と図２（ａ）のＺθ軸駆動ステージ４とを観察できるようになっている。
【００３０】
次に、本例の投影露光装置でレチクルアライメント及びベースラインチェックを行う場合に使用されるアライメントマーク及び基準マークにつき説明する。
図２（ｃ）は、レチクル１２上に形成されたアライメントマーク（レチクルマーク）の配列を示し、この図２（ｃ）において、レチクル１２の＋Ｘ方向の端部にＹ方向に沿って一定ピッチで同一のアライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄが形成され、レチクル１２の−Ｘ方向の端部にアライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄと対称にアライメントマーク３０Ａ〜３０Ｄが形成されている。レチクル１２をＹ方向に走査することによって、アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄ，及び３０Ａ〜３０Ｄはそれぞれ図２（ｂ）の観察領域１９Ｒ及び２０Ｒ内に収まるように形成されている。図３（ｂ）に拡大して示すように、アライメントマーク２９Ａは、光透過性の背景中に形成された反射型の（ウエハステージ側には遮光性の）十字型パターン６１と、この十字型パターン６１をＸ方向に挟むように配列された４個の基本パターン６０Ｘと、その十字型パターン６１をＹ方向に挟むように配列された４個の基本パターン６０Ｙとから構成されるマルチマークである。基本パターン６０Ｘは、Ｙ方向に延びた直線状の反射型のパターンをＸ方向に一定ピッチで３本並べたライン・アンド・スペースパターンであり、基本パターン６０Ｙは基本パターン６０Ｘを９０°回転したライン・アンド・スペースパターンである。十字型パターン６１、及び基本パターン６０Ｘ，６０Ｙは例えばクロム膜を蒸着することで形成される。本例の基本パターン６０Ｘ，６０Ｙは投影光学系８の解像度の限界に近いピッチで形成された限界解像マークであり、これによって実際の露光パターンに合わせて高精度にレチクルアライメントが実施できるようになっている。
【００３１】
図４（ａ）は、レチクル１２を図２（ａ）の基準マーク板６上に投影して得られるレチクル像１２Ｗを示し、この図４（ａ）において、アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄ及び３０Ａ〜３０Ｄにそれぞれ共役なマーク像２９ＡＷ〜２９ＤＷ及びマーク像３０ＡＷ〜３０ＤＷが示されている。これらのマーク像２９ＡＷ〜２９ＤＷ，３０ＡＷ〜３０ＤＷはレチクル１２をＹ方向に移動したときに、それぞれスリット状の露光領域３２Ｗの両端部に収まる位置に投影されている。
【００３２】
図４（ｃ）は、図２（ａ）の基準マーク板６上の基準マークの配置を示し、この図４（ｃ）において、基準マーク板６上には図４（ａ）のマーク像２９ＡＷ〜２９ＤＷ及び３０ＡＷ〜３０ＤＷとほぼ同一の配置でそれぞれ基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ及び３６Ａ〜３６Ｄが形成されている。レチクルアライメント時には、これら基準マークはレチクル１２の上方からレチクルアライメント系１９，２０により、露光波長の照明光で照明される。基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄの形状は互いに同一であり、基準マーク３５Ａは、図３（ａ）に示すように、例えばクロム膜のように露光光に対する反射率の高い反射膜中に形成された正方形の開口パターン６２Ｃと、この開口パターン６２ＣをＸ方向に挟むように配列された４個の正方形の開口パターン６２Ｘと、その開口パターン６２ＣをＹ方向に挟むように配列された４個の正方形の開口パターン６２Ｙとから構成されるマルチマークである。即ち、基準マーク３５Ａは、それぞれ露光光に対する反射率の低い正方形の開口パターン６２Ｃ，６２Ｘ，６２Ｙを十字型に配列したマークであり、図３（ｂ）のアライメントマーク２９Ａ内の十字型パターン６１が開口パターン６２Ｃのレチクルへの投影像内に位置するときに、他の開口パターン６２Ｘ及び６２Ｙの像がそれぞれ基本パターン６０Ｘ及び６２Ｙの一部に重なるように設定されている。
【００３３】
一例として、図１の一方のレチクルアライメント系１９によって図２（ｃ）のレチクル１２上のアライメントマーク２９Ａ、及び図４（ｃ）の基準マーク板６上の基準マーク３５Ａを重ねて観察すると、図５（ａ）に示すような像が得られる。図５（ａ）において、アライメントマーク２９Ａの中央の十字型パターン６１に、基準マーク３５Ａの中央の開口パターンの像６２ＣＲ（正方形の暗部）が重なっており、アライメントマーク２９Ａの基本パターン６０Ｘ及び６０Ｙにもそれぞれ基準マーク３５Ａの開口パターンの像６２ＸＲ及び６２ＹＲが重なっている。また、レチクルアライメント系１９では、基準マーク３５Ａの複数の開口パターンの像に沿ってＸ方向に細長い観察視野ＳＸ、及びＹ方向に細長い観察視野ＳＹ内の像をそれぞれＸ方向、及びＹ方向に走査して撮像信号を生成する。観察視野ＳＸ及びＳＹより図２（ｂ）の観察領域１９Ｒが構成されている。
【００３４】
この場合、基準マーク３５Ａの開口パターンの像６２ＣＲ，６２ＸＲはそれぞれ暗部であり、アライメントマーク２９Ａの十字型パターン６１及び基本パターン６０Ｘは、露光光を反射するパターンであるため、観察視野ＳＸ内の像をＸ方向に走査して得られる撮像信号ＩＡは、図５（ｂ）に示すように、基準パターン３５Ａの像に対応して周期的にレベルが変動する信号６７の低レベル領域に、それぞれ高レベルとなるパルス信号６６Ａ〜６６Ｅが重畳された信号となる。また、予めレチクルアライメント系１９内の撮像素子上での画素ピッチと、対応するウエハステージ上での２点間の座標の間隔（ウエハ座標系上での間隔）との倍率が求めて記憶されており、レチクルアライメント系１９の信号処理系ではその撮像信号ＩＡをＡ／Ｄ変換し、変換後の撮像信号ＩＡをウエハ座標系でのＸ座標に対応させてメモリに格納する。この場合の原点は、例えば撮像素子の１番目の画素とすればよい。その後、信号処理系では例えば所定の閾値レベルＩＡ１でその撮像信号ＩＡをスライスすることによってその撮像信号ＩＡを２値化し、この２値化した信号より基準マーク３５Ａの像及びアライメントマーク２９Ａの位置を検出する。
【００３５】
一例として、基準マーク３５Ａの像３５ＡＲについては、２値の撮像信号がローレベル”０”となっている領域の中点の座標を各開口パターンの像６２ＣＲ，６２ＸＲのＸ座標とみなし、アライメントマーク２９Ａについては、２値の撮像信号がハイレベル”１”となる狭い領域の中点の座標を各線状パターンのＸ座標とみなす。この結果、図５（ｂ）に示すように、基準マークの像３５ＡＲ内で左端の開口パターンの像の位置はｘＡとなり、アライメントマーク２９Ａの左端の基本パターンの３本の線状パターンの位置はｘＡ１〜ｘＡ３となり、その開口パターンの像に対するその基本パターンのＸ方向への位置ずれ量ΔＸＡは次のようになる。
【００３６】
ΔＸＡ＝ｘＡ−（ｘＡ１＋ｘＡ２＋ｘＡ３）／３ （１）
同様に、基準マークの像３５ＡＲの他の開口パターンの像に対するアライメントマーク２９Ａの他の基本パターン６０Ｘ及び十字型パターン６１の位置ずれ量ΔＸＢ〜ΔＸＥも求められる。そして、これらの位置ずれ量ΔＸＡ〜ΔＸＥの平均値ΔＸ（ウエハ座標系上に換算された値）を基準マーク３５Ａに対するアライメントマーク２９ＡのＸ方向の位置ずれ量とみなす。これによってマルチマークの平均化効果が得られ、位置ずれ量が高精度に求められる。また、その位置ずれ量ΔＸは、基準マーク３５Ａの中心に対するアライメントマーク２９Ａの中心のＸ方向への相対座標とみなすこともできる。図５（ｂ）に示すようにこの相対座標（位置ずれ量ΔＸ）は、基準マーク３５Ａの像の中心が原点となる。同様に、観察視野ＳＹ内の撮像信号を処理することによって、基準マーク３５Ａに対するアライメントマーク２９ＡのＹ方向への位置ずれ量（相対座標）ΔＹが検出される。他の基準マーク及びアライメントマークについても同様に位置ずれ量が検出される。
【００３７】
但し、最近は、レチクル１２として例えば低反射クロム膜よりパターンが形成されている所謂低反射レチクルが使用されることがある。このような低反射レチクルが使用されていると、図５（ａ）のアライメントマーク２９Ａの反射率も低くなるため、観察視野ＳＸ内の像の撮像信号ＩＡは、図５（ｃ）に示すようにパルス信号６６Ａ〜６６Ｅのレベルが低くなる。そのため、撮像信号ＩＡを閾値レベルＩＡ１でスライスして２値化しようとしても、パルス信号６６Ａ〜６６Ｅの部分が全部ローレベル”０”となる恐れがある。これを避けるためには、図５（ａ）において、基準マークの像３５ＡＲに対してアライメントマーク２９Ａの位置をＸ方向、及びＹ方向にそれぞれ１／２ピッチずらせばよい。
【００３８】
図１０（ａ）は、基準マークの像３５ＡＲに対してアライメントマーク２９Ａの位置をＸ方向、及びＹ方向にそれぞれ１／２ピッチずらした状態を示し、この図１０（ａ）において、アライメントマーク２９Ａの基本パターン６０Ｘ，６０Ｙがそれぞれ基準マークの像３５ＡＲの開口パターンの像６２ＸＲ，６２ＹＲの間に位置している。
【００３９】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のレチクルアライメント系１９の観察視野ＳＸ内の像の撮像信号ＩＡを示し、この図１０（ｂ）において、基準マークの像３５ＡＲに対応する信号６７の高レベル領域に、それぞれアライメントマーク２９Ａに対応して低レベルとなるパルス信号６６Ａ’〜６６Ｅ’が重畳されている。この際に、アライメントマーク２９Ａの反射率が小さいため、閾値レベルＩＡ１でその撮像信号ＩＡを２値化することによって、パルス信号６６Ａ’〜６６Ｅ’もそれぞれ２値化される。従って、低反射レチクルを使用する場合には、基準パターン３５Ａの各開口パターンの周囲の反射領域の像をアライメントマーク２９Ａに重ねることによって、基準マーク３５Ａに対するアライメントマーク２９Ａの位置ずれ量を高精度に検出できるようになる。また、図１０（ａ）ではアライメントマーク２９Ａの十字型パターン６１は観察視野ＳＸから外れているが、Ｘ方向の位置検出を行う場合には基準マークの像３５ＡＲを−Ｙ方向にずらして、基準マークの像３５ＡＲの開口パターンの像の間にその十字型パターン６１を収めるようにしてもよい。これによって平均化効果が更に高まる。
【００４０】
また、図４（ｃ）に戻り、基準マーク板６上には、基準マーク３５Ａ，３６Ａの中点から走査方向であるＹ方向に間隔ＩＬだけ離れた位置に基準マーク３７Ａが形成されている。間隔ＩＬは、図１における投影光学系８の光軸ＡＸとオフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４の検出中心との間隔であるベースライン量と等しい。同様に、基準マーク３５Ｂ，３６Ｂの中点、基準マーク３５Ｃ，３６Ｃの中点、及び基準マーク３５Ｄ，３６Ｄの中点からそれぞれＹ方向に間隔ＩＬだけ離れた位置に基準マーク３７Ｂ，３７Ｃ，及び３７Ｄが形成されている。基準マーク３７Ａ〜３７Ｄは、図４（ｄ）に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に所定ピッチで形成された格子パターン６９内の対応する格子点を使用するものであり、基準マーク３７Ａ〜３７Ｄはそれぞれ図１のアライメントセンサ３４によって検出される。アライメントセンサ３４は、基準マーク３７Ａ〜３７Ｄの像を内部の指標マーク板上に結像し、この基準マークの像及び指標マークの像を２次元ＣＣＤよりなる撮像素子上にリレーする。この撮像素子からの撮像信号を付属の信号処理系で処理することによって、その指標マークに対する基準マークの像の２次元的な位置ずれ量が求められ、この位置ずれ量が主制御系２２Ａに供給される。ウエハ５上のアライメントマーク（ウエハマーク）の位置をアライメントセンサ３４で検出する場合も同様である。主制御系２２Ａでは、必要に応じてその位置ずれ量をＺθ軸駆動ステージ４のＸ座標、Ｙ座標に加算することによって、検出対象のマークのウエハ座標系（ＸＷ，ＹＷ）での配列座標を求めることができる。
【００４１】
ところで、本例のレチクルアライメント系１９，２０は、露光波長の照明光で落射照明を行っているため、厚さの異なるレチクルや厚さにテーパのあるレチクルを使用すると、レチクルアライメント系１９，２０の撮像素子の撮像面に対して、レチクル上のアライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄの結像面、及び基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄの結像面がデフォーカスすることによって、検出される位置ずれ量にオフセットが残存する恐れがある。また、実際の露光光の照明光学系は、レチクルアライメント系１９，２０内の照明系よりもコヒーレンスファクタ（σ値）が大きく、更に投影光学系８の焦点深度をあまり浅くすることなく解像度を高めるために変形照明や輪帯照明等の機構も設けられている。そのため、実際の露光光のもとでの基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄとアライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄとの位置ずれ量と、レチクルアライメント系１９，２０で検出される位置ずれ量との間に、ディストーションの差等に起因するオフセットが発生している恐れもある。このようにレチクルアライメント系１９，２０で検出される位置ずれ量に、実際の位置ずれ量に対するオフセットが混入していると、レチクルアライメント、及びベースライン量の計測を高精度に行うことができなくなり、重ね合わせ露光を行う場合に重ね合わせ誤差が生ずることになる。そのレチクルアライメント系１９，２０のオフセットを求めるために、本例では以下のように透過型の基準マーク板、及び空間像センサを設けている。
【００４２】
即ち、図２（ａ）に示すように、本例のウエハステージのＺθ軸駆動ステージ４上の基準マーク板６の近傍に、露光光を透過する材料よりなる透過型基板４０が固定されている。透過型基板４０の表面はウエハ５の表面と同じ高さに設定され、図２（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、透過型基板４０上の表面の遮光膜中にはＸ方向に基準マーク３５Ａ，３６Ａ（図４（ｃ）参照）と同じ間隔で２つの同一の開口パターン４１Ａ及び４１Ｂが形成されている。本例の移動鏡７Ｘ，７Ｙ及び基準マーク板６は露光光を透過する必要がないため、ガラスセラミックスのように紫外域等の露光光に対する透過率は小さくとも極めて低膨張率の材料から形成できるのに対して、透過型基板４０はｉ線やエキシマレーザ光等の紫外域の露光光を透過する必要があるため、そのような露光光を透過でき、且つ線膨張率も小さい石英より形成されている。
【００４３】
また、透過型基板４０上の開口パターン４１Ａ，４１Ｂは、基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄと同じ形状である。即ち、図３（ａ）に示すように、開口パターン４１Ａは、遮光膜中に形成された正方形の小開口パターン６３Ｃと、この小開口パターン６３ＣをＸ方向に挟むように配列された４個の正方形の小開口パターン６３Ｘと、その小開口パターン６３ＣをＹ方向に挟むように配列された４個の正方形の小開口パターン６３Ｙとから構成されたマルチマークであり、小開口パターン６３Ｃ，６３Ｘ，６３Ｙの大きさ及び配列は、基準マーク３５Ａを構成する開口パターン６２Ｃ，６２Ｘ，６２Ｙの大きさ及び配列と同一である。従って、図３（ｂ）のアライメントマーク２９Ａの像をその透過型基板４０上に投影した場合、その中心の十字型パターン６１の像が開口パターン４１Ａの中心の小開口パターン６３Ｃに重なると、他の基本パターン６０Ｘ及び６０Ｙの投影像がそれぞれ小開口パターン６３Ｘ及び６３Ｙに重なるようになる。更に、透過型基板４０の底部に空間像センサが配置されている。
【００４４】
図７は、本例の投影露光装置の照明光学系、及び空間像センサの構成を示し、この図７において、光源、各種光学フィルタ、及び光束の断面形状を整形する整形光学系等を含む光源系ＳＬから、所定の断面形状で且つ所定の照度分布に設定された露光光ＥＬがフライアイレンズ５３に照射され、フライアイレンズ５３の射出面に多数の２次光源が形成される。その射出面はレチクル１２のパターン形成面に対する光学的フーリエ変換面（瞳面）であり、その射出面に開口絞りを備えたレボルバ５１が回転自在に配置されている。レボルバ５１の周囲には通常の円形の開口絞り、小さいコヒーレンスファクタ（σ値）用の小さい円形の開口絞り、輪帯状の開口絞り、及び偏心した４個の小さい円形開口よりなる変形照明用の開口絞り等が等角度間隔で配置され、主制御系２２Ａが照明条件切り換えユニット５２を介してそのレボルバ５１を回転することによって、所望の開口絞り（σ絞り）をフライアイレンズ５３の射出面に設定できるように構成されている。
【００４５】
レボルバ５１中の１つの開口絞りを通過した露光光ＥＬは、第１リレーレンズ５０、偏向ミラー４９、可動型結像ブラインド４７、第２リレーレンズ４６、及びコンデンサレンズ４５を経て、レチクル１２のパターン形成面（下面）のスリット状の照明領域を均一な照度分布で照明する。可動型結像ブラインド４７の配置面はレチクル１２のパターン形成面と共役であり、可動型結像ブラインド４７はＸ方向に配置された２枚の可動ブレード４７ａ，４７ｂ、及び図７の紙面に垂直なＹ方向に配置された２枚の可動ブレード（不図示）より構成され、これらの可動ブレードで囲まれた開口によってレチクル１２上の照明領域が決定される。また、走査露光の開始時、及び終了時にそれぞれ制御ユニット４８を介して可動型結像ブラインド４７のＹ方向の２枚の可動ブレードを次第に開けること、及び次第に閉じることによって、レチクル１２上の本来の回路パターン以外のパターンがウエハ５上に転写されないように構成されている。走査露光時には投影光学系８の露光フィールドにウエハ５が配置され、ウエハ５上のスリット状の露光領域に投影光学系８を介してレチクル１２のパターンの像が投影された状態で、レチクル１２及びウエハ５が投影光学系８に対してＹ方向に走査される。
【００４６】
一方、レチクルアライメント系１９，２０のオフセットの計測時で、且つ空間像センサを使用する場合には、レチクルアライメント系１９，２０用の偏向ミラー１５，１６は図１のミラー駆動装置１７，１８によりそれぞれ露光光ＥＬの光路外に退避されている。そして、図７に示すように、レチクル１２上の例えばアライメントマーク２９Ａ，３０Ａがレチクルアライメント系１９，２０の観察領域１９Ｒ，２０Ｒ（図２（ｂ）参照）と同じ領域内に設定され、露光光ＥＬのもとで投影光学系８を介してアライメントマーク２９Ａ及び３０Ａの像が投影される位置付近に、それぞれ透過型基板４０上の開口パターン４１Ａ及び４１Ｂが設定される。開口パターン４１Ａ，４１Ｂはレチクル１２の走査方向に直交する方向に、レチクルアライメント系１９，２０の観察領域の間隔と同じ間隔で配置されている。
【００４７】
そして、開口パターン４１Ａ及び４１Ｂを透過した露光光ＥＬは、透過型基板４０の底部のＺθ軸駆動ステージ４の内部でそれぞれ偏向ミラー４４Ａ及び４４Ｂで反射され、集光レンズ４３Ａ及び４３Ｂを介して光ファイバ４２Ａ及び４２Ｂの一端に入射する。光ファイバ４２Ａ，４２Ｂの他端はＺθ軸駆動ステージ４の外部に設置され、光ファイバ４２Ａ及び４２Ｂの他端から射出された露光光は、それぞれ不図示のリレー光学系を経てフォトダイオード、又はフォトマルチプライア等からなる光電センサ６４Ａ及び６４Ｂで受光され、光電センサ６４Ａ，６４Ｂからの光電信号が信号処理系６５に供給されている。以上の偏向ミラー４４Ａ，４４Ｂ、集光レンズ４３Ａ，４３Ｂ、光ファイバ４２Ａ，４２Ｂ、及び光電センサ６４Ａ，６４Ｂより空間像センサが構成されている。なお、ここでは光ファイバ４２Ａ，４２Ｂを用いているが、開口パターンを通過した光束を光学レンズでリレーして光電センサ６４Ａ，６４Ｂまで導いてもよい。
【００４８】
本例の空間像センサの光電センサ６４Ａ，６４Ｂは光量検出型であるため、開口パターン４１Ａ，４１Ｂとアライメントマーク２９Ａ，２９Ｂとの位置関係を検出するためには、レチクルステージ又はウエハステージを駆動することによって両者を相対的に走査する必要がある。この場合の位置検出方法につき図８を参照して説明する。
【００４９】
図８（ａ）は、図７の透過型基板４０上の開口パターン４１Ａにレチクル１２上のアライメントマーク２９Ａの像２９ＡＷが投影されている状態を示し、この図８（ａ）において、マーク像２９ＡＷ中の十字型パターンの像６１Ｗは中央の小開口パターン６３Ｃとその−Ｙ方向側の小開口パターンとの間に位置している。その開口パターン４１Ａの全体を透過した露光光を光電変換した光電信号ＩＢが、図７の光電センサ６４Ａから信号処理系６５に供給される。この状態で、本例では例えば図１のＺθ軸駆動ステージ４を＋Ｘ方向に移動することによって、マーク像２９ＡＷを開口パターン４１Ａで＋Ｘ方向に走査する。
【００５０】
図８（ｂ）はそのように開口パターン４１Ａを走査したときに得られる光電センサ６４Ａからの光電信号ＩＢの変化を示し、この図８（ｂ）において、横軸は開口パターン４１Ａが静止しているとした場合に、開口パターン４１Ａの中心に対するマーク像２９ＡＷの中心のＸ方向への位置ずれ量、即ち開口パターン４１Ａに対するマーク像２９ＡＷのＸ方向への相対座標ＲＸを示している。但し、光電信号ＩＢをサンプリングする段階では、図７の信号処理系６５では光電信号ＩＢをＡ／Ｄ変換し、変換後の光電信号ＩＢを単にウエハ座標系のＸ座標に対応させてメモリに格納すればよい。マーク像２９ＡＷは、３本のライン・アンド・スペースパターンの像の集合であるため、光電信号ＩＢは高いレベルから３段階に変化してボトム値ＩＢ１となった後、再び３段階に変化して高いレベルとなっている。また、マーク像２９ＡＷに対して開口パターン４１Ａを走査すると、１個〜３個の基本パターンの像６０ＸＷが小開口パターン６３Ｃ，６３Ｘの何れかにかかる際にも光電信号ＩＢが階段状に変化するが、この際のボトム値は図８（ｂ）のボトム値ＩＢ１に比べて高いため、容易に判別することができる。
【００５１】
走査終了後、信号処理系６５ではその光電信号ＩＢをウエハ座標系のＸ座標で微分することによって、図８（ｃ）に示す微分信号ｄＩＢ／ｄＸを得、この微分信号が負のパルスとなるＸ座標ｘＢ１，ｘＢ２，ｘＢ３、及びその微分信号が正のパルスとなるＸ座標ｘＢ４，ｘＢ５，ｘＢ６を求める。その後、次のようにこれらのＸ座標の平均値ＸＢを算出すると、この平均値ＸＢを、開口パターン４１Ａの中心にマーク像２９ＡＷの中心がＸ方向に合致しているときのウエハ座標系のＸ座標とみなすことができる。
【００５２】
ＸＢ＝（ｘＢ１＋ｘＢ２＋…＋ｘＢ５＋ｘＢ６）／６ （２）
また、このときのレチクル１２の位置を規定するレチクル座標系のＸ軸ＸＲの値をＸＲ0 として、ウエハ座標系のＸ座標ＸＷ、及び投影光学系８の縮小倍率（１／Ｍ）を用いると、図８（ｂ）の横軸の相対座標ＲＸは、次のようになる。
【００５３】
ＲＸ＝（ＸＷ−ＸＢ）＋（ＸＲ−ＸＲ0)／Ｍ （３）
なお、（３）式では投影光学系８によって反転像が投影されることが考慮されている。その相対座標ＲＸは、開口パターン４１Ａの中心に対するアライメントマーク２９Ａの中心のＸ方向への位置ずれ量とみなすことができる。この際に、開口パターン４１Ａはマルチマーク化されており、図８（ｂ）の光電信号ＩＢは４個のライン・アンド・スペースパターンについての和信号であるため、光電信号ＩＢのＳＮ比が高く、高精度に相対座標ＲＸが求められる。同様に、図８（ａ）において、マーク像２９ＡＷを開口パターン４１Ａで−Ｙ方向に走査して光電センサ６４Ａの光電信号ＩＢを取り込むことによって、開口パターン４１Ａに対するアライメントマーク２９ＡのＹ方向への位置ずれ量であるＹ方向の相対座標ＲＹも検出できる。同様に、図７の光電センサ６４Ｂの光電信号より、透過型基板４０上の他方の基準マーク４１Ｂに対するアライメントマーク３０Ａの相対座標（ＲＸ，ＲＹ）も検出できる。これらの相対座標は図１の主制御系２２Ａに供給される。なお、透過型基板４０の代わりにレチクル１２を走査して相対座標を求めるようにしてもよい。
【００５４】
また、本例では空間像センサによる計測が終了した後、図７において、偏向ミラー１５，１６を露光光ＥＬの光路に戻して図１のレチクルアライメント系１９，２０を動作させ、透過型基板４０上の開口パターン４１Ａ，４１Ｂを図４（ｃ）の基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ，３６Ａの代わりにして、開口パターン４１Ａ，４１Ｂに対するアライメントマーク２９Ａ，３０Ａの相対座標（位置ずれ量）を計測する。この計測方法は、図５を参照して説明した方法と同様であり、この相対座標と空間像センサで検出された相対座標とから、レチクルアライメント系１９，２０のオフセットを求めることができる。なお、アライメントマーク２９Ａ，３０Ａの代わりに、図２（ｃ）のレチクル１２上の他のアライメントマーク２９Ｂ，３０Ｂ〜２９Ｄ，３０Ｄを使用してもよい。この場合、本例の空間像センサ用の２つの開口パターン４１Ａ，４１Ｂは非走査方向に分かれて配置されているため、レチクル１２をＹ方向に移動することによって、任意の１対のアライメントマークと開口パターン４１Ａ，４１Ｂとの位置ずれ量を並列に短時間に計測できる。
【００５５】
以下、図９のフローチャートを参照して、レチクルアライメント系１９，２０のオフセットを求めて、レチクルアライメント及びベースラインチェックを行う場合の動作の一例につき説明する。
先ず、図９のステップ１０１において、図７に示すように、レチクルアライメント系１９，２０の偏向ミラー１５，１６を露光光ＥＬの光路外に退避させた状態で、レチクルアライメント系１９，２０の観察領域と同じ領域内にレチクル１２のアライメントマーク２９Ａ，３０Ａを移動する。また、アライメントマーク２９Ａ，３０Ａが投影される位置付近に透過型基板４０上の開口パターン４１Ａ，４１Ｂを移動し、露光光ＥＬの照射を開始して、例えばウエハステージ側のＺθ軸駆動ステージ４を駆動することによって図８（ａ）に示すようにマーク像２９ＡＷを開口パターン４１Ａで走査する。この際にアライメントマーク３０Ａの像３０ＡＷも開口パターン４１Ｂで走査される。なお、レチクルステージを駆動してアライメントマーク２９Ａ，３０Ａ側を移動してもよい。そして、図７の空間像センサ内の光電センサ６４Ａ，６４Ｂからの光電信号を信号処理系６５でサンプリングして、（２）式のように開口パターン４１Ａ，４１Ｂの中心とマーク像２９ＡＷ，３０ＡＷの中心とが合致するときのウエハ座標系のＸ座標を検出する。次に、マーク像を開口パターン４１Ａ，４１ＢでＹ方向に走査して、同様に開口パターン４１Ａ，４１Ｂの中心とマーク像２９ＡＷ，３０ＡＷの中心とが合致するときのウエハ座標系のＹ座標を検出する。
【００５６】
そして、ウエハステージのＺθ軸駆動ステージ４をＸ方向、Ｙ方向に駆動して、開口パターン４１Ａ，４１Ｂの中心をマーク像２９ＡＷ，３０ＡＷの中心付近に設定した状態で、Ｚθ軸駆動ステージ４を静止させる。この際にレチクル１２も静止しており、この状態で主制御系２２Ａは（３）式に示すように、開口パターン４１Ａの中心に対するアライメントマーク２９Ａの像の中心の相対座標（ｘ１１，ｙ１１）、及び開口パターン４１Ｂの中心に対するアライメントマーク２９Ｂの像の中心の相対座標（ｘ１２，ｙ１２）を算出し、これらの相対座標（ｘ１ｉ，ｙ１ｉ）（ｉ＝１，２）を内部のメモリに記憶する。
【００５７】
次に、ステップ１０２において、レチクルアライメント系１９，２０の偏向ミラー１５，１６を露光光ＥＬの光路に戻して、露光光ＥＬの照射を停止した後、レチクルアライメント系１９，２０で露光波長の照明光の照射を開始する。そして、レチクルアライメント系１９，２０の撮像素子で開口パターン４１Ａ，４１Ｂのレチクルへの投影像、及びアライメントマーク２９Ａ，３０Ａの像を撮像して撮像信号をサンプリングし、サンプリングされた撮像信号を処理することによって、基準マーク４１Ａの中心に対するアライメントマーク２９Ａのウエハ座標系での相対座標（位置ずれ量）（ｘ２１，ｙ２１）、及び基準マーク４１Ｂの中心に対するアライメントマーク２９Ｂのウエハ座標系での相対座標（位置ずれ量）（ｘ２２，ｙ２２）を検出し、検出された相対座標（ｘ２ｉ，ｙ２ｉ）（ｉ＝１，２）を主制御系２２Ａに供給する。なお、この際の検出方法は、図５（ａ）において、基準マーク３５Ａの像３５ＡＲの代わりに、図８（ａ）の開口パターン４１Ａの像が存在するものとした場合と同じであり、図５（ｂ）のような撮像信号ＩＡを処理すればよい。本例では透過型基板４０上の開口パターン４１Ａ，４１Ｂを基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄと同じ形状にしているため、基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄの検出を行う場合と全く同じ方法で、開口パターン４１Ａ，４１Ｂに対する相対座標を検出できる。
【００５８】
なお、図５（ｂ）に示す撮像信号ＩＡのコントラスト等が悪い場合には、例えばアライメントマーク２９Ａ，３０Ａを非計測方向（Ｘ方向の位置ずれ量を計測する際にはＹ方向）に微動させて、良好な撮像信号ＩＡが得られる位置を捜せばよい。このようにレチクル１２、又は透過型基板４０の位置を調整した場合には、ステップ１０１で求めた相対座標（ｘ１ｉ，ｙ１ｉ）を、（３）式等を用いて調整後の位置に合わせて求めた相対座標で置き換えておく必要がある。また、レチクル１２として低反射レチクルが使用されているような場合には、図１０を参照して説明したように開口パターン４１Ａ，４１Ｂとアライメントマーク２９Ａ，３０Ａとを１／２ピッチだけずらして位置検出を行ってもよい。この場合にも、ステップ１０１で求めた相対座標（ｘ１ｉ，ｙ１ｉ）を置き換える必要がある。
【００５９】
次に、ステップ１０３において、主制御系２２Ａは、ステップ１０２でレチクルアライメント系１９，２０を用いて求めた相対座標（ｘ２ｉ，ｙ２ｉ）と、ステップ１０１で空間像センサを用いて求めた相対座標（ｘ１ｉ，ｙ１ｉ）との差分である相対座標差Ｓ、即ち（ｘ２ｉ−ｘ１ｉ，ｙ２ｉ−ｙ１ｉ）（ｉ＝１，２）を求めてメモリに記憶する。この相対座標差Ｓは、実際の露光時に露光光ＥＬのもとで検出される相対座標に対する、レチクルアライメント系１９，２０で検出される相対座標の差分、即ちレチクルアライメント系１９，２０で検出される位置ずれ量のオフセットに対応している。なお、相対座標差Ｓを求める際には、アライメントマーク２９Ａ，３０Ａの代わりに他のアライメントマーク２９Ｂ，３０Ｂ〜２９Ｄ，３０Ｄを使用してもよい。
【００６０】
そして、レチクル１２上のアライメントマーク２９Ａ，３０Ａがそれぞれ図２（ｂ）のレチクルアライメント系１９，２０の観察領域１９Ｒ，２０Ｒ内に在る状態で、ステップ１０４において、図４（ｃ）の基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ，３６Ａをそれぞれ観察領域１９Ｒ，２０Ｒと共役なウエハステージ上での観察領域１９Ｗ，２０Ｗ（図２（ａ）参照）に移動する。
【００６１】
図６（ａ）は、このようにレチクル１２のアライメントマークの像及び基準マーク板６上の基準マークを対応する観察領域内に移動した状態を示し、この図６（ａ）に示すように、観察領域１９Ｗ内でマーク像２９ＡＷと基準マーク３５Ａとが同時に観察でき、観察領域２０Ｗ内でマーク像３０ＡＷと基準マーク３６Ａとが同時に観察できる。また、図６（ｃ）に示すように、観察領域１９Ｗ及び２０Ｗは、それぞれ投影光学系８の露光フィールド内の光軸を横切る位置にあり、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４の観察領域内に基準マーク３７Ａが収まっている。その後、ステップ１０５において、レチクルアライメント系１９及び２０では観察される画像（図５（ａ）に示すような画像）の撮像信号を処理してそれぞれ基準マーク３５Ａに対するマーク像２９ＡＷの位置ずれ量、及び基準マーク３６Ａに対するマーク像３０ＡＷの位置ずれ量を求め、これらの位置ずれ量を図１の主制御系２２Ａに供給する。これと同時に、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４でも対応する基準マーク３７Ａの像を撮像し、この撮像信号を処理して得られる基準マーク３７Ａの検出中心（指標マークの中心等）からの位置ずれ量を主制御系２２Ａに供給する。
【００６２】
その後、ステップ１０６で走査露光時と同様に、図２（ａ）のＺθ軸駆動ステージ４を＋Ｙ方向に移動させるのと同期して、図２（ｂ）のレチクル微小駆動ステージ１１を−Ｙ方向に移動させる。これによって、図６（ｂ）に示すように、基準マーク板６とレチクル像１２Ｗとが共に＋Ｙ方向に移動する。このとき、レチクルアライメント系１９，２０の観察領域１９Ｗ，２０Ｗと、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４の観察領域とは固定されているので、観察領域１９Ｗ，２０Ｗ及びアライメントセンサ３４の観察領域を、符号Ａが付されたマーク群（マーク像２９ＡＷ，３０ＡＷ、及び基準マーク３５Ａ，３６Ａ，３７Ａ）から符号Ｄが付されたマーク群（マーク像２９ＤＷ，３０ＤＷ、及び基準マーク３５Ｄ，３６Ｄ，３７Ｄ）までが移動していく。この際に、符号Ｂ、符号Ｃ、及び符号Ｄが付されたマーク群が順次観察領域１９Ｗ，２０Ｗ及びアライメントセンサ３４の観察領域に入ったときに、Ｚθ軸駆動ステージ４及びレチクル微小駆動ステージ１１を静止させて各マークの位置検出を行う。
【００６３】
この場合、図６（ａ）の状態を第１の静止位置とすると、第２の静止位置では観察領域１９Ｗ，２０Ｗ及びアライメントセンサ３４の観察領域に存在するマーク群は符号Ｂが付されたマーク群、即ち図４（ａ）のマーク像２９ＢＷ，３０ＢＷ、及び図４（ｃ）の基準マーク３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂである。そして、レチクルアライメント系１９及び２０では基準マーク３５Ｂ，３６Ｂに対するマーク像２９ＢＷ，３０ＢＷの位置ずれ量を求めて主制御系２２Ａに供給し、アライメントセンサ３４では対応する基準マーク３７Ｂの位置ずれ量を求めて主制御系２２Ａに供給する。以上のようなシーケンスを第３の静止位置及び第４の静止位置（図６（ｂ）の状態）と繰り返すことにより、符号Ｃが付されたマーク群（マーク像２９ＣＷ，３０ＣＷ、及び基準マーク３５Ｃ，３６Ｃ，３７Ｃ）、及び符号Ｄが付されたマーク群についても、それぞれレチクルアライメント系１９，２０及びアライメントセンサ３４によって位置計測が行われる。レチクルアライメント系１９，２０で８個のマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷに対して計測されるウエハス座標系での位置ずれ量を（ΔＸｎ，ΔＹｎ）（ｎ＝１〜８）として、アライメントセンサ３４で４個の基準マークに対して計測されるウエハ座標系での検出中心からの位置ずれ量を（ΔＡＸｉ，ΔＡＹｉ）（ｉ＝１〜４）とする。
【００６４】
次にステップ１０７において、主制御系２２Ａではステップ１０３で求めた相対座標差Ｓを、それぞれレチクルアライメント系１９，２０で検出された位置ずれ量（ΔＸｎ，ΔＹｎ）（ｎ＝１〜８）から差し引いて、減算後の位置ずれ量（ΔＸｎ’，ΔＹｎ’）を記憶する。これによってレチクルアライメント系１９，２０の計測値のオフセットが補正される。それに続くステップ１０８において主制御系２２Ａは、補正後の位置ずれ量、及びアライメントセンサ３４で検出された位置ずれ量を演算処理して動的なレチクルアライメントを行う。この際に、本例ではアライメント精度を高めるために、一例として図４（ｃ）の基準マーク板６上の基準マークの配列方向によって定まる座標系（以下、「基準マーク板の座標系」と呼ぶ）を基準としてレチクルアライメントを行う。基準マーク板の座標系は、例えば基準マーク部材６上の基準マーク３５Ａ，３６Ａを通る直線を横軸（これをＸＳ軸と呼ぶ）、基準マーク３５Ａ，３５Ｄを通る直線を縦軸（これをＹＳ軸と呼ぶ）とする座標系（ＸＳ，ＹＳ）である。また、この基準マーク板の座標系（ＸＳ，ＹＳ）に対して、レチクル座標系（ＸＲ，ＹＲ）を基準マーク板６上に投影した座標系のＸＳ方向及びＹＳ方向のスケーリング（線形伸縮）をＲｘ，Ｒｙ、ローテーション（回転）をθ、直交度誤差をω、ＸＳ方向及びＹＳ方向のオフセットをＯｘ，Ｏｙとする。この場合の直交度誤差ωは、ＹＳ軸に対するレチクル座標系のＹ軸を投影した軸の回転角、即ちレチクルステージの走査方向の回転誤差である。
【００６５】
更に、図４（ａ）のマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷのレチクル座標系を基準マーク板６上に投影した座標系での設計上の座標を（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）（ｎ＝１〜８）として、対応する基準マーク３５Ａ〜３６Ｄの座標系（ＸＳ，ＹＳ）上での座標を（Ｅｘｎ，Ｅｙｎ）とする。このとき、レチクルアライメント系１９，２０で計測された補正後の位置ずれ量（ΔＸｎ’，ΔＹｎ’）を用いて、マーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの基準マーク板６の座標系（ＸＳ，ＹＳ）での実測された座標（Ｄｘｎ’，Ｄｙｎ’）は近似的に次のようになる。
【００６６】
Ｄｘｎ’＝Ｅｘｎ＋ΔＸｎ’ （４Ａ）
Ｄｙｎ’＝Ｅｙｎ＋ΔＹｎ’ （４Ｂ）
このとき、上述の６個の変換パラメータ（Ｒｘ，Ｒｙ，θ，ω，Ｏｘ，Ｏｙ）、及びマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの設計上の座標（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）より、マーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの基準マーク板の座標系（ＸＳ，ＹＳ）上での計算上の座標（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）は次のように表される。
【００６７】
Ｆｘｎ＝Ｒｘ・Ｄｘｎ−Ｒｘ（ω＋θ）・Ｄｙｎ＋Ｏｘ （５Ａ）
Ｆｙｎ＝Ｒｙ・θ・Ｄｘｎ＋Ｒｙ・Ｄｙｎ＋Ｏｙ （５Ｂ）
また、マーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷのＸＳ方向及びＹＳ方向での計算上の座標（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）と実測された座標（Ｄｘｎ’，Ｄｙｎ’）との差分、即ち非線形誤差（εｘｎ，εｙｎ）は次のようになる。
【００６８】
εｘｎ＝Ｆｘｎ−Ｄｘｎ’ （６Ａ）
εｙｎ＝Ｆｙｎ−Ｄｙｎ’ （６Ｂ）
そして、この非線形誤差（εｘｎ，εｙｎ）の８個のマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷについての自乗和が最小となるように、図１の主制御系２２Ａでは最小自乗法を用いて、上記６個の変換パラメータＲｘ，Ｒｙ，θ，ω，Ｏｘ，Ｏｙの値を決定する。
【００６９】
次にステップ１０９において、決定されたスケーリングＲｘ，Ｒｙをレチクル座標系（ＸＲ，ＹＲ）の座標に乗じた座標を有すると共に、決定されたローテーションθを０にするように、レチクル座標系（ＸＲ，ＹＲ）を回転して得られる座標系を新たにレチクル座標系（ＸＲ，ＹＲ）として、これ以後はこの新たな座標系に沿ってレチクル微小駆動ステージ１１（レチクル１２）を走査する。これは、図４（ｃ）の基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄの配列方向に沿って図２（ｃ）のアライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄが移動するようにレチクル１２を走査することを意味する。なお、オフセットＯｘ，Ｏｙについてはウエハアライメントで補正が行われるために、ここでは必ずしも補正を行う必要はない。
【００７０】
この結果、レチクル１２のパターンは、基準マーク板６上の矩形に配置された基準マーク３５Ａ〜３６Ｄに沿って走査されることになって、ウエハ上に露光されるショット領域の形状は正確な矩形となる。更に、ウエハステージ側の移動鏡７Ｘと基準マーク板６との傾斜角が変化したような場合でも、基準マーク板６上の基準マークを基準としているため、その傾斜角の変化の影響を受けないという利点もある。
【００７１】
次にステップ１１０に移行して、主制御系２２Ａでは、レチクルアライメント系１９，２０で計測された補正後の位置ずれ量（ΔＸｎ’，ΔＹｎ’）（ｎ＝１〜８）、及びアライメントセンサ３４で計測された位置ずれ量（ΔＡＸｉ，ΔＡＹｉ）（ｉ＝１〜４）を演算処理してアライメントセンサ３４のＸ方向及びＹ方向のベースライン量（ＢＥＸ，ＢＥＹ）を算出する。即ち、図４（ｃ）の基準マーク３５Ａ，３６Ａに対するマーク像２９ＡＷ，３０ＡＷの位置ずれ量を（ΔＢＸ１，ΔＢＹ１），（ΔＢＸ２，ΔＢＹ２）、対応する基準マーク３７Ａに対してアライメントセンサ３４で計測される位置ずれ量を（ΔＡＸ１，ΔＡＹ１）とすると、符号Ａが付されたマーク群に対するベースライン量（ＢＥＸ１，ＢＥＹ１）は次のようになる。
【００７２】
ＢＥＸ１＝（ΔＢＸ１＋ΔＢＸ２）／２−ΔＡＸ１ （７Ａ）
ＢＥＹ１＝ＩＬ＋（ΔＢＹ１＋ΔＢＹ２）／２−ΔＡＹ１ （７Ｂ）
同様にして他の３個のマーク群に対するベースライン量（ＢＥＸ２，ＢＥＹ３）〜（ＢＥＸ４，ＢＥＹ４）も算出される。そして、これら４個のベースライン量を平均化することで、アライメントセンサ３４のＸ方向及びＹ方向のベースライン量（ＢＥＸ，ＢＥＹ）が算出される。このように本例では、４個のマーク群に対する計測データを平均化してベースライン量を求めているため、平均化効果によって高精度にベースライン量を計測できる。
【００７３】
更に、ステップ１０７において、レチクルアライメント系１９，２０で計測された位置ずれ量が、ステップ１０３で求められた相対座標差Ｓで補正されているため、実際の露光光ＥＬのもとでのベースライン量が高精度に求められる。従って、レチクルステージ上のレチクル１２が厚さの異なるレチクルに交換された場合、又は図７の照明光学系のレボルバ５１を回転して、変形照明、若しくは輪帯照明等に設定された場合でも、図９のステップ１０１〜１０３の相対座標差Ｓを求める工程を実行して、ステップ１０７でレチクルアライメント系１９，２０の計測値を補正することによって、高精度にレチクルアライメントを実行できると共に、高精度にベースライン量を求めることができる。
【００７４】
この際に、本例ではステージ発光方式が使用されておらず、空間像センサはウエハステージの内部で開口パターンを通過した照明光を受光するだけでよいため、ウエハステージが簡素化でき、且つ小型化できる。
なお、例えばレチクルを交換した場合には通常は、図９のステップ１０１〜１０３の相対座標差Ｓを求める工程をレチクル上の任意の１対のアライメントマーク（例えば図２（ｃ）のアライメントマーク２９Ａ，３０Ａ）に対して実施するのみでよい。これは、図７の空間像センサ、及びレチクルアライメント系１９，２０による計測時には、レチクル上の同じアライメントマークと、透過型基板４０上の同じ開口パターン４１Ａ，４１Ｂとが使用されるため、マーク描画誤差の影響を受けず、更にマルチマーク計測による平均化効果で高精度に相対座標差Ｓを計測できるからである。
【００７５】
但し、例えばレチクル１２の厚さが位置によって異なる場合、即ちレチクル１２の厚さにテーパがある場合には、図２（ｃ）のレチクル１２上の走査方向の両端の２組のアライメントマーク２９Ａ，３０Ａ及び２９Ｄ，３０Ｄについて、それぞれ相対座標差ＳＡ及びＳＤを計測しておけばよい。このとき、走査方向の中間の２組のアライメントマーク２９Ｂ，３０Ｂ及び２９Ｃ，３０Ｃの相対座標差ＳＢ，ＳＣについては、例えばそれらの相対座標差ＳＡ，ＳＤを比例配分することによって求めることができる。そして、図９のステップ１０７で位置ずれ量の補正を行う場合には、アライメントマーク２９Ａ，３０Ａ〜２９Ｄ，３０Ｄについてそれぞれ個別に相対座標差ＳＡ〜ＳＤを用いて補正を行えばよい。これによって、レチクル１２の厚さにテーパがある場合でも、正確にレチクルアライメント系１９，２０で求めた位置ずれ量を補正できる。
【００７６】
また、図１のレチクルアライメント系１９で図５（ａ）に示すように、落射照明によって基準マーク３５Ａの像３５ＡＲとアライメントマーク２９Ａとを観察する場合、レチクルアライメント系１９内の撮像素子からの撮像信号には通常オートゲインコントロール（ＡＧＣ）が施されている。そのため、基準マーク板６上で基準マーク３５Ａを囲む反射膜の反射率が低く、レチクル１２上でアライメントマーク２９Ａの反射率が高いような場合には、図５（ｂ）の撮像信号ＩＡが平均として大きく増幅される。そのため、パルス信号６６Ａ〜６６Ｅの部分が飽和して、位置ずれ量が正確に検出できなくなる恐れがある。そこで、レチクルアライメント系１９，２０内の落射照明系に光量可変機構を設け、レチクル１２のアライメントマークに対応する信号が飽和しないように照明光の光量を制御することが望ましい。
【００７７】
なお、上述の実施の形態では、レチクルアライメント系１９，２０は独自に照明系を備えているが、例えば図７において、偏向ミラー１５，１６を露光光ＥＬに対するハーフミラーとすることによって、光源系ＳＬ〜コンデンサレンズ１５よりなる露光光の照明光学系をレチクルアライメント系１９，２０の落射照明系として兼用するようにしてもよい。この場合、レチクルアライメント系１９，２０を使用する際には、露光光ＥＬの光路中に偏向ミラー１５，１６を配置し、空間像センサを使用する際には露光光ＥＬの光路から偏向ミラー１５，１６を退避させることによって、露光光ＥＬの照明光学系が共通に使用でき、レチクルアライメント系１９，２０の構成が簡素化できる。
【００７８】
また、上述の実施の形態はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したものであるが、本発明はステッパーのような一括露光型の投影露光装置にも適用できることは明らかである。このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【００７９】
【発明の効果】
本発明による第１の投影露光装置によれば、例えば予め実際に使用される露光光と同じ照明条件のもとで、空間像センサによってマスク上の位置合わせ用マークと第２の基準マークとの相対位置を検出し、マスク側のアライメントセンサでも両者の相対位置を検出し、２つの相対位置のずれ量をオフセットとして記憶しておくことができる。そして、そのマスクのアライメント時にそのアライメントセンサによって検出される位置ずれ量をそのオフセットで補正することによって、ステージ発光方式で基板ステージ（ウエハステージ）側の第１又は第２の基準マークを照明することなく、且つ露光光の照明条件が切り換えられた場合、マスクの厚さが変化した場合（テーパを有する場合も含む）、又はそのマスク側のアライメントセンサでデフォーカスが生じた場合でも、それぞれ高精度にマスクのアライメント（レチクルアライメント）を行うことができる利点がある。これによってその基板ステージの小型化及び軽量化も図られる。
【００８０】
また、本発明による第２の投影露光装置によれば、例えばその空間像センサを光量検出型とし、その第２の基準マークを開口パターンとし、そのアライメントセンサを画像処理型とすることによって、その第２の基準マークを容易に空間像センサとアライメントセンサとで共通に使用できる利点がある。
また、本発明による第３の投影露光装置によれば、予めその空間像センサを用いてそのマスクのアライメントセンサの計測値を補正しておき、この補正後の計測値と基板側のアライメントセンサの計測値とを使用することによって、露光光の照明条件が切り換えられたような場合でも高精度にその基板側のアライメントセンサのベースライン量を計測できる利点がある。
【００８１】
また、そのマスク側のアライメントセンサ、及びその空間像センサ用の照明光としてそれぞれその露光光を使用し、そのマスク側のアライメントセンサをその露光光の光路から退避させるための退避装置を設けた場合には、露光光の照明光学系を共通に使用できるため、全体の光学系が簡素化できる。
また、そのマスクの反射率に応じて、そのマスク側のアライメントセンサを用いてその投影光学系を介してその基板ステージ上の第１、又は第２の基準マークとそのマスク上の位置合わせ用マークとの位置ずれ量を検出する際のその第１、又は第２の基準マークの位置を調整する場合には、そのマスクとして低反射レチクルが使用されるような場合でも高精度にそのマスク上の位置合わせ用マークの位置を検出できる利点がある。
【００８２】
また、その透過型の第２の基準マークを複数個の透過型マークより形成した場合には、相対走査を行うときには検出信号のＳＮ比が向上し、画像処理方式のときには平均化効果が得られるため、それぞれマスクのアライメント、又はベースライン量の計測をより高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投影露光装置の実施の形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）は図１のウエハステージを示す平面図、（ｂ）は図１のレチクルステージを示す平面図、（ｃ）はレチクル１２上のアライメントマークの配列を示す平面図である。
【図３】（ａ）は基準マーク３５Ａ、及び空間像センサ用の開口パターン４１Ａを示す拡大平面図、（ｂ）はレチクル上のアライメントマーク２９Ａを示す拡大平面図である。
【図４】（ａ）はレチクル１２のウエハステージへの投影像を示す平面図、（ｂ）はウエハステージ上の透過型基板４０を示す平面図、（ｃ）は基準マーク板６上の基準マークの配置を示す平面図、（ｄ）はオフ・アクシス方式のアライメントセンサ用の基準マークの形状を示す図である。
【図５】（ａ）は基準マークの像３５ＡＲとアライメントマーク２９Ａとが重ね合わされた状態を示す拡大図、（ｂ）は図５（ａ）の像をレチクルアライメント系で撮像して得られる撮像信号を示す図、（ｃ）はレチクルの反射率が低い場合の撮像信号を示す図である。
【図６】レチクル１２と基準マーク板６とを相対走査する際の説明図である。
【図７】図１の投影露光装置における露光光の照明光学系、及び空間像センサを示す一部断面図を含む構成図である。
【図８】（ａ）はアライメントマークの像２９ＡＷと開口パターン４１Ａとを相対走査する様子を示す拡大図、（ｂ）はその相対走査によって空間像センサで検出される光電信号ＩＢを示す図、（ｃ）はその光電信号ＩＢの微分信号を示す図である。
【図９】本発明による実施の形態でレチクルアライメント系の計測値のオフセットを求める際の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）は基準マークの像３５ＡＲとアライメントマーク２９Ａとが１／２ピッチずれて重ね合わされた状態を示す拡大図、（ｂ）は図１０（ａ）の像をレチクルアライメント系で撮像して得られる撮像信号を示す図である。
【符号の説明】
４ Ｚθ軸駆動ステージ
５ ウエハ
６ 基準マーク板
７ ウエハ側の移動鏡
８ 投影光学系
１１ レチクル微小駆動ステージ
１２ レチクル
１７，１８ ミラー駆動装置
１９，２０ レチクルアライメント系
２１ レチクル側の移動鏡
２２Ａ 主制御系
２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄ アライメントマーク
３４ オフ・アクシス方式のアライメントセンサ
３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ 基準マーク
３７Ａ〜３７Ｄ 基準マーク
４０ 透過型基板
４１Ａ，４１Ｂ 開口パターン
４２Ａ，４２Ｂ 光ファイバ
６４Ａ，６４Ｂ 光電センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection used for transferring a mask pattern onto a photosensitive substrate in a photolithography process for manufacturing, for example, a semiconductor device, an imaging device (CCD, etc.), a liquid crystal display device, or a thin film magnetic head. More particularly, the present invention relates to a projection exposure apparatus provided with a mask alignment sensor or a photosensitive substrate alignment sensor.
[0002]
[Prior art]
Projection exposure apparatus (stepper, etc.) that transfers a reticle pattern as a mask to each shot area on a wafer (or glass plate, etc.) coated with a photoresist via a projection optical system when manufacturing semiconductor elements, etc. Is used. For example, since a semiconductor element is formed by stacking multiple layers of circuit patterns on a wafer in a predetermined positional relationship, when projecting and exposing circuit patterns of the second and subsequent layers onto a wafer, the circuit patterns on the wafer are already present. Therefore, it is necessary to perform alignment (alignment) between each shot region in which the pattern is formed and a reticle pattern to be exposed from now on with high accuracy.
[0003]
When performing such alignment, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-176468, first, an alignment mark formed on the reticle via a reticle-side alignment system and a wafer are placed. By detecting the amount of positional deviation from a predetermined reference mark on a reference mark plate fixed on the wafer stage, reticle alignment, which is alignment of the reticle with respect to the wafer stage, is performed. At this time, conventionally, a so-called stage light emission method is employed in which a reference mark for reticle alignment is illuminated from the bottom side of the reference mark plate with illumination light having the same wavelength as the exposure light. In the alignment system on the reticle side, the reference mark is used. The passing illumination light was detected.
[0004]
Next, coordinate detection of a predetermined alignment mark (wafer mark) on the wafer is performed via, for example, an off-axis type alignment sensor on the wafer side. In this case, by using another reference mark on the reference mark plate, a baseline amount that is a distance between the detection center of the wafer side alignment sensor and the center of the projection image of the reticle pattern (exposure center) is obtained. Is remembered. The process of measuring the baseline amount in this way is called a baseline check. Then, by driving the wafer stage based on the result of correcting the detected coordinates of the wafer mark with the baseline amount, the center of each shot area on the wafer is set to the exposure center with high accuracy, and exposure is performed. It was broken.
[0005]
In general, the coordinates of the wafer stage of the projection exposure apparatus are measured by a movable mirror fixed to the wafer stage and an external laser interferometer. The movable mirror is exposed to thermal deformation caused by exposure light exposure during exposure. If the positional relationship between the reference mark plate and the reference mark plate changes, the baseline amount substantially fluctuates and an overlay error occurs. For this reason, conventionally, the reference mark plate and the movable mirror are arranged close to each other on the wafer stage, and the change in the positional relationship between the two is considered to be negligible. Under this precondition, for example, reticle alignment and baseline check can be performed at high speed and almost simultaneously through the reference mark on the reference mark plate during wafer replacement without greatly driving the wafer stage. It was done.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional projection exposure apparatus, reticle alignment or the like is performed on the assumption that the positional relationship between the reference mark plate and the movable mirror does not change. However, with the recent miniaturization of device patterns, the overlay accuracy is becoming increasingly severe, and the position of the reference mark plate and the movable mirror caused by a slight temperature change of the wafer stage due to the irradiation heat of exposure light, etc. It has become possible that a change in the relationship leads to an overlay error that exceeds an allowable range.
[0007]
For example, when the movable mirror and the reference mark plate are held by a ceramic member having a low expansion coefficient, or the reference mark plate is made of quartz, the linear expansion coefficient of ceramics or quartz is 0.5 to 1.0 ppm. Since the baseline amount of the alignment sensor is about 60 mm and the temperature change of the wafer stage is about 0.2 ° C., the distance between the movable mirror and the reference mark plate changes by about 6 to 12 nm. Accordingly, the inclination angle between the movable mirror and the reference mark plate also changes. Recently, even such a change in the interval or change in the inclination angle has become a major obstacle in obtaining the necessary overlay accuracy. Therefore, it is required to perform reticle alignment and baseline check with higher accuracy.
[0008]
Further, the stage light emission method as described above, that is, the method of illuminating a predetermined reference mark from the bottom surface side of the reference mark plate on the wafer stage has the disadvantage that the mechanism of the wafer stage becomes complicated and large. Furthermore, although illumination light having the same wavelength as the exposure light is used in the stage light emission method, the illumination conditions such as the numerical aperture are fixed. In this regard, the projection exposure apparatus switches the numerical aperture of the projection optical system to increase the resolution, switches the σ value that is the coherence factor of the illumination optical system, and further switches to the annular illumination method and the modified illumination method. To be done. When the illumination conditions are switched in this way, the reticle is compared with the case where the normal illumination conditions are used due to a change in the telecentricity condition of the illumination optical system for exposure and a variation in distortion caused by slight aberration. The amount of positional deviation between the upper alignment mark and the reference mark may slightly change. However, in the stage light emission method, the illumination condition of the reference mark cannot be completely matched with the illumination condition in the illumination optical system of the exposure light, which may cause a measurement error during reticle alignment.
[0009]
In view of the above, the present invention is a projection capable of performing reticle alignment with high accuracy without illuminating the reference mark on the wafer stage side in the stage light emission method and even when the illumination condition of the exposure light is switched. It is a first object to provide an exposure apparatus.
A second object of the present invention is to provide a projection exposure apparatus capable of measuring the baseline amount of the alignment sensor on the wafer side with high accuracy even when the illumination conditions of the exposure light are switched.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The first projection exposure apparatus according to the present invention includes an illumination optical system (SL, 45, illuminating) a mask (12) on which alignment marks (29A to 29D, 30A to 30D) and a transfer pattern are formed with exposure light. 46, 49 to 53), a projection optical system (8) for projecting an image of the transfer pattern of the mask (12) onto the photosensitive substrate (5) under the exposure light, and the photosensitive substrate (5). In a projection exposure apparatus having a moving substrate stage (1 to 4), first reference marks (35A to 35D, 36A to 36D) formed on the substrate stage and formed on the substrate stage The second reference mark (41A, 41B) of the transmission type and the substrate disposed above the mask (12) through the projection optical system (8) under illumination light having the same wavelength range as the exposure light. Its first or second on stage The mask side alignment sensor (19, 20) for detecting the amount of positional deviation between the reference mark and the alignment mark (29A-29D, 30A-30D) on the mask (12), and in the same wavelength region as the exposure light And a space for detecting the projection image of the alignment mark on the mask (12) by the projection optical system (8) through the second reference mark (41A, 41B) under the illumination light of the same illumination condition. And image sensors (64A, 64B, 42A, 42B to 44A, 44B).
[0011]
According to the present invention, at the time of alignment of the mask (12), the mask side alignment sensors (19, 20) are incident on the mask (12) by an epi-illumination method using illumination light in the same wavelength region as the exposure light. The amount of positional deviation between the alignment marks (29A to 29D, 30A to 30D) and the corresponding first reference marks (35A to 35D, 36A to 36D) is detected. However, this may cause an alignment error when the illumination condition of the exposure light changes. Accordingly, the relative position between the alignment mark on the mask (12) and the second reference mark (41A, 41B) is determined by the aerial image sensor under the same illumination conditions as the exposure light actually used in advance. Then, the mask side alignment sensor (19, 20) also detects the relative position between the two, and stores the amount of deviation between the two relative positions as an offset. Then, the alignment (reticle alignment) of the mask is performed with high accuracy by correcting the position shift amount detected by the alignment sensor (19, 20) at the time of alignment of the mask with the offset.
[0012]
More specifically, the second projection exposure apparatus according to the present invention uses the first projection exposure apparatus to relatively scan the projection image of the alignment mark on the mask and the second reference mark (41A, 41B). Then, the first relative displacement amount between the mask (12) and the substrate stage is obtained from the detection signal obtained from the aerial image sensor, and is detected by the alignment sensor (19, 20) for the mask (12). Calculation control for obtaining a second relative displacement amount between the mask (12) and the substrate stage from the displacement amount between the alignment mark on the mask and the projected image of the second reference mark (41A, 41B). Means (22A) are provided. Further, an offset between the second relative positional deviation amount and the first relative positional deviation amount is obtained by the arithmetic control means (22A), and the mask is detected by the alignment sensor (19, 20) on the mask side. The positional deviation between the first alignment mark and the projected image of the first reference mark (35A to 35D, 36A to 36D) is corrected with an offset obtained by the arithmetic control means (22A).
[0013]
For example, a light quantity detection type photoelectric sensor is used as the aerial image sensor, the second reference mark (41A, 41B) is used as an opening pattern, and the mask (12) alignment sensor (19, 20) is subjected to image processing. It means the case where it is a method. With this configuration, the aerial image sensor performs relative scanning, and the alignment sensors (19, 20) use the second reference mark (41A, 41B) in common by sampling the image in a stationary state. it can.
[0014]
The third projection exposure apparatus according to the present invention is a substrate side alignment sensor (34) for detecting the position of the alignment mark on the photosensitive substrate (5) in the first or second projection exposure apparatus. ) And a third reference mark (37A-37D) is formed on the substrate stage in a predetermined positional relationship with respect to the first reference mark (35A-35D, 36A-36D), and the mask In parallel with detecting the amount of positional deviation between the alignment mark on the mask and the projected image of the first reference mark (35A-35D, 36A-36D) by the side alignment sensor (19, 20) By detecting the position of the third reference mark (37A to 37D) by the substrate side alignment sensor (34), the detection center of the substrate side alignment sensor (34) The relative distance between the center of the projection image onto the substrate stage of the mask (base line amount) and measures the.
[0015]
In this case, the distance between the first reference mark and the third reference mark, which are obtained in advance, is determined by the positional deviation amount detected by the mask side alignment sensor (19, 20) and the substrate side. By correcting with the amount of displacement detected by the alignment sensor (34), the baseline amount of the alignment sensor (34) is obtained. Furthermore, in the present invention, by correcting the detection result of the mask side alignment sensor (19, 20) via the second reference mark (41A, 41B), even if the illumination condition of the exposure light is switched, it is highly accurate. The baseline amount is determined.
[0016]
When the position of the substrate stage is measured with a laser interferometer, a movable mirror (7X) is installed on the substrate stage. In this case, it is desirable that the member (6) on which the first reference mark and the third reference mark are formed is formed integrally with the movable mirror (7X) from a material having a low expansion coefficient. Thereby, the influence of thermal deformation due to the irradiation heat of the exposure light is reduced.
[0017]
In the present invention described above, the exposure light is used as the illumination light for the mask side alignment sensor (19, 20) and the aerial image sensor, and the mask side alignment sensor (19, 20) is used as the illumination light. A retracting device (17, 18) for retracting from the optical path of the exposure light may be provided. In this case, when the aerial image sensor is used, the alignment sensor (19, 20) is retracted from the optical path of the exposure light via the retracting device, and when the detection by the alignment sensor (19, 20) is performed, the alignment is performed. By returning the sensors (19, 20) to the optical path of the exposure light, the illumination optical system for the exposure light can be used in common.
[0018]
Further, depending on the reflectance of the mask (12), the first or second reference on the substrate stage via the projection optical system (8) using the alignment sensor (19, 20) on the mask side. You may make it adjust the position of the 1st or 2nd reference | standard mark at the time of detecting the positional offset amount of a mark and the mark for alignment on the mask. For example, when the alignment sensor (19, 20) is an image processing method, the position of the first or second reference mark is set so that the contrast of the image obtained according to the reflectance of the mask (12) becomes the highest. By adjusting, even when, for example, a low-reflection reticle is used as the mask (12), the mask is aligned with high accuracy.
[0019]
The transmissive second reference marks (41A, 41B) are preferably formed from a plurality of transmissive marks (openings). This means that the second reference mark is made into a multi-mark, and the amount of misalignment obtained for each transmission type mark is averaged so that the amount of misalignment can be detected with higher accuracy, mask alignment, etc. Is performed with higher accuracy.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In this example, the present invention is applied to a step-and-scan projection exposure apparatus.
FIG. 1 shows a projection exposure apparatus of this example. In FIG. 1, a reticle 12 is formed by a rectangular illumination area (hereinafter referred to as a “slit illumination area”) by exposure light EL from an illumination optical system not shown in FIG. The upper pattern is illuminated, and an image of the pattern is projected onto the wafer 5 coated with the photoresist via the projection optical system 8. Examples of the exposure light EL include i-line (wavelength 365 nm) of a mercury lamp, excimer laser light such as KrF excimer laser (wavelength 248 nm) or ArF excimer laser (wavelength 193 nm), harmonics of metal vapor laser light, or YAG laser. Can be used. At this time, the wafer 5 is synchronized with the slit 12 of the exposure light EL being scanned at a constant speed V in the forward direction (or the backward direction) with respect to the paper surface of FIG. Is a constant speed V / M in the rear direction (or front direction) with respect to the paper surface of FIG. 1 (1 / M is a reduction magnification of the projection optical system 8, for example, takes a value of 1/4, 1/5, etc.). Scanned. In the following description, the Z axis is taken parallel to the optical axis AX of the projection optical system 8, the X axis is taken parallel to the paper surface of FIG. 1 within the plane perpendicular to the Z axis, and the Y axis is taken perpendicular to the paper surface of FIG. To do.
[0021]
First, the stage system for the reticle 12 and the wafer 5 will be described. A reticle Y-axis drive stage 10 is placed on the reticle support base 9 so as to be movable in a direction parallel to the Y-axis (Y direction), and a reticle micro-drive stage 11 is placed on the reticle Y-axis drive stage 10. A reticle 12 is held on the reticle microdrive stage 11 by vacuum suction or the like. The reticle micro-drive stage 11 controls the position of the reticle 12 with a small amount and with high accuracy in the X direction, the Y direction, and the rotation direction (θ direction) with respect to the reticle Y-axis drive stage 10. A movable mirror 21 is disposed on the reticle microdrive stage 11, and the positions of the reticle microdrive stage 11 in the X direction, Y direction, and θ direction are constantly monitored by a laser interferometer 14 disposed on the reticle support base 9. ing. The movable mirror 21 is a generic term for two orthogonal movable mirrors, and the laser interferometer 14 is a generic term for a triaxial laser interferometer (see FIG. 2B). The position information obtained by the laser interferometer 14 is supplied to a main control system 22A that controls the overall operation of the apparatus. The main control system 22A controls the operations of the reticle Y-axis drive stage 10 and the reticle microdrive stage 11 via the reticle drive device 22D. A reticle stage is composed of the reticle support base 9, reticle Y-axis drive stage 10, and reticle microdrive stage 11.
[0022]
On the other hand, a wafer Y-axis drive stage 2 is mounted on the wafer support 1 so as to be movable in the Y direction, and a wafer X-axis drive stage 3 is mounted thereon so as to be movable in the X direction. A Zθ-axis drive stage 4 is provided, and a wafer 5 is held on the Zθ-axis drive stage 4 by vacuum suction. The movable mirror 7 is also fixed on the Zθ-axis drive stage 4, and the positions of the Zθ-axis drive stage 4 in the X direction, Y direction, and θ direction are monitored by a laser interferometer 13 arranged outside. The position information obtained by the above is also supplied to the main control system 22A. The movable mirror 7 is also a generic term for two orthogonal movable mirrors, and the laser interferometer 13 is a generic term for a 4-axis laser interferometer (see FIG. 2A). The main control system 22A controls the positioning operation of the wafer Y-axis drive stage 2, the wafer X-axis drive stage 3, and the Zθ-axis drive stage 4 via the wafer drive device 22B. A wafer stage is composed of the wafer support 1, the wafer Y-axis drive stage 2, the wafer X-axis drive stage 3, and the Zθ-axis drive stage 4.
[0023]
Further, in order to take a correspondence between the wafer coordinate system defined by the coordinates measured by the wafer-side laser interferometer 13 and the reticle coordinate system defined by the coordinates measured by the reticle-side laser interferometer 14, A reference mark plate 6 is fixed in the vicinity of the wafer 5 on the Zθ-axis drive stage 4. The surface of the reference mark plate 6 is set to the same height as the surface of the wafer 5, and various reference marks are formed on this surface as will be described later. The reference mark plate 6 of this example is integrated with a movable mirror 7 (more precisely, an X-axis movable mirror 7X as shown in FIG. 2A), and is used for reticle alignment and baseline check. The movable mirror 7 and the reference mark plate 6 of this example are formed of glass ceramics having a linear expansion coefficient smaller than that of quartz (for example, “Zerodur”, a trade name of Schott) can be used. Glass ceramics have a very low linear expansion coefficient, but are not suitable for applications that allow exposure light to pass through because the transmittance of i-line and excimer laser light from mercury lamps, which are commonly used exposure light, is low. is there. Further, as a method of integrating the movable mirror 7 and the reference mark plate 6, (1) a method of integrally forming the movable mirror 7 and the reference mark plate 6 with one material, and (2) a movable mirror 7 A method of bonding the reference mark plate 6 separately and then bonding them together. (3) After forming the movable mirror 7 and the reference mark plate 6 separately, for example, the reference mark plate 6 with respect to the movable mirror 7. (4) A method in which the movable mirror 7 and the reference mark plate 6 are formed separately and then, for example, the reference mark plate 6 is pressed against the movable mirror 7 and joined. Any of these methods may be used.
[0024]
Further, a pair of reticle alignment systems 19 and 20 are arranged above the reticle 12 of this example, and these reticle alignment systems 19 and 20 are detected by illumination light having the same wavelength as the exposure light EL, respectively. An epi-illumination system for illuminating a target mark and an alignment microscope for capturing an image of the detection target mark are included. This alignment microscope includes an imaging optical system and an image sensor. In this case, the deflection mirrors 15 and 16 for guiding the detection light from the reticle 12 to the reticle alignment systems 19 and 20 are movably arranged, and when the exposure sequence is started, the command from the main control system 22A is Thus, the deflecting mirrors 15 and 16 are retracted from the optical path of the exposure light EL by the mirror driving devices 17 and 18, respectively. Further, an off-axis alignment sensor 34 for observing alignment marks (wafer marks) on the wafer 5 is disposed on the side surface portion of the projection optical system 8 in the Y direction.
[0025]
Next, the configuration of the laser interferometer on the reticle stage side and the laser interferometer on the wafer stage side will be described with reference to FIG.
FIG. 2A is a plan view of the wafer stage. In FIG. 2A, a reference mark plate 6 is fixed in the vicinity of the wafer 5 on the Zθ-axis drive stage 4. Further, an X-axis moving mirror 7X extending in the Y direction and a Y-axis moving mirror 7Y extending in the X direction are fixed to the −X direction and + Y direction ends of the Zθ-axis driving stage 4, respectively. The reference mark plate 6 is integrated with 7X. Further, an image of a part of the pattern of the reticle 12 is projected onto the slit-like exposure region 32W on the wafer 5, and the observation regions 19W and 20W at both ends of the exposure region 32W are respectively the reticle alignment systems 19 and 20 of FIG. It is an observation area.
[0026]
Further, the movable mirror 7X has laser beams LWX and LW with an interval IL along an optical path parallel to the X axis and passing through the optical axis AX of the projection optical system 8 and the detection center (reference point) of the alignment sensor 34, respectively. of Is irradiated, and two laser beams LWY1 and LWY2 having an interval IL are irradiated along the optical path parallel to the Y axis to the movable mirror 7Y. Laser beam LWX, LW of , LWY1 and LWY2 are respectively supplied from the interferometers constituting the laser interferometer 13 of FIG. 1, and at the time of exposure, the coordinate value XW measured by the interferometer using the laser beam LWX is used as the X coordinate of the Zθ-axis drive stage 4. A coordinate value Y measured by an interferometer that is used and uses laser beams LWY1 and LWY2 as Y-coordinates, respectively. 1 , Y 2 Mean value YW (= (Y 1 + Y 2 ) / 2) is used. For example, the coordinate value Y 1 And Y 2 The rotation angle (the amount of displacement in the θ direction) of the Zθ-axis drive stage 4 is measured from the difference between them. Based on these coordinates, the position and rotation angle of the XY plane of the Zθ-axis drive stage 4 are controlled.
[0027]
In particular, the Y direction which is the scanning direction uses an average value of the measurement results of two interferometers, thereby mitigating errors due to air fluctuations during scanning exposure due to the averaging effect. Further, the position in the X direction when using the off-axis alignment sensor 34 is set so that the so-called Abbe error does not occur. of It is the structure controlled based on the measured value of the exclusive interferometer which uses this. A coordinate system (XW, YW) composed of the X coordinate XW and the Y coordinate YW of the wafer stage measured by the laser interferometer 13 is called a “wafer coordinate system”.
[0028]
FIG. 2B is a plan view of the reticle stage. In FIG. 2B, a reticle micro-driving stage 11 is placed on the reticle Y-axis driving stage 10, and the reticle 12 is held thereon. Yes. Further, an X-axis moving mirror 21x extending in the Y direction and two Y-axis moving mirrors 21y1 and 21y2 are fixed to the + X direction end and the + Y direction end of the reticle micro-driving stage 11, respectively. The movable mirror 21x is irradiated with a laser beam LRx parallel to the X axis, and the movable mirrors 21y1 and 21y2 are irradiated with laser beams LRy1 and LRy2 parallel to the Y axis, respectively. Laser beams LRx, LRy1, and LRy2 are respectively supplied from the laser interferometer 14 of FIG. As in the wafer stage, the coordinate in the Y direction of the reticle microdrive stage 11 is the coordinate value y measured by two interferometers using the laser beams LRy1 and LRy2. 1 And y 2 Mean value YR (= (y 1 + Y 2 ) / 2) is used. Further, as the X-direction coordinate, a coordinate value XR measured by an interferometer using the laser beam LRx is used. For example, the coordinate value y 1 And y 2 The rotation angle of the reticle micro-drive stage 11 (the displacement amount in the θ direction) is measured from the difference between the two. A coordinate system (XR, YR) composed of the X coordinate XR and Y coordinate YR of the reticle stage measured by the laser interferometer 14 is called a “reticle coordinate system”.
[0029]
In this case, corner cube type reflecting elements are used as the moving mirrors 21y1 and 21y2 in the Y direction which is the scanning direction, and the laser beams LRy1 and LRy2 reflected by the moving mirrors 21y1 and 21y2 are reflected mirrors 39 and 38, respectively. It is reflected back at. That is, the Y-axis interferometer for the reticle is a double-pass interferometer, and is configured such that no positional deviation of the laser beam occurs even when the reticle micro-drive stage 11 rotates. The slit-shaped illumination area 32 on the reticle 12 is irradiated with the exposure light EL, and the observation areas 19R and 20R of the reticle alignment systems 19 and 20 are set at both ends of the illumination area 32. The illumination area 32 is conjugate with the exposure area 32W on the wafer 5 in FIG. 2A, and the observation areas 19R and 20R are the observation areas 19W and 20W on the Zθ-axis drive stage 4 on the wafer side in FIG. It is conjugate. Therefore, in this example, the reticle 12 and the Zθ-axis drive stage 4 shown in FIG. 2A can be observed through the observation regions 19R and 20R.
[0030]
Next, alignment marks and reference marks used when performing reticle alignment and baseline check in the projection exposure apparatus of this example will be described.
FIG. 2 (c) shows an arrangement of alignment marks (reticle marks) formed on the reticle 12, and in FIG. 2 (c), at the end of the reticle 12 in the + X direction at a constant pitch along the Y direction. The same alignment marks 29A to 29D are formed, and the alignment marks 30A to 30D are formed symmetrically with the alignment marks 29A to 29D at the end portion of the reticle 12 in the −X direction. By scanning the reticle 12 in the Y direction, the alignment marks 29A to 29D and 30A to 30D are formed so as to be within the observation regions 19R and 20R in FIG. As shown in an enlarged view in FIG. 3B, the alignment mark 29A includes a reflective cruciform pattern 61 (light-shielding on the wafer stage side) formed in a light-transmissive background, and the cruciform pattern. It is a multi-mark composed of four basic patterns 60X arranged so as to sandwich the pattern 61 in the X direction and four basic patterns 60Y arranged so as to sandwich the cross-shaped pattern 61 in the Y direction. . The basic pattern 60X is a line-and-space pattern in which three linear reflective patterns extending in the Y direction are arranged at a constant pitch in the X direction. The basic pattern 60Y is a line obtained by rotating the basic pattern 60X by 90 °.・ And space pattern. The cross pattern 61 and the basic patterns 60X and 60Y are formed by evaporating a chromium film, for example. The basic patterns 60X and 60Y in this example are limit resolution marks formed at a pitch close to the limit of the resolution of the projection optical system 8, so that reticle alignment can be performed with high accuracy according to the actual exposure pattern. It has become.
[0031]
4A shows a reticle image 12W obtained by projecting the reticle 12 onto the reference mark plate 6 of FIG. 2A. In FIG. 4A, alignment marks 29A to 29D and 30A to 30D are shown. , Mark images 29AW to 29DW and mark images 30AW to 30DW are shown. These mark images 29AW to 29DW and 30AW to 30DW are respectively projected to positions that fit within both ends of the slit-shaped exposure region 32W when the reticle 12 is moved in the Y direction.
[0032]
FIG. 4C shows the arrangement of the reference marks on the reference mark plate 6 in FIG. 2A. In FIG. 4C, the mark image 29AW in FIG. Reference marks 35A to 35D and 36A to 36D are formed in substantially the same arrangement as ˜29DW and 30AW to 30DW, respectively. At the time of reticle alignment, these reference marks are illuminated from above the reticle 12 by illumination light having an exposure wavelength by the reticle alignment systems 19 and 20. The shapes of the fiducial marks 35A to 35D and 36A to 36D are the same, and the fiducial mark 35A is formed in a reflective film having a high reflectivity with respect to exposure light, such as a chromium film, as shown in FIG. The square opening pattern 62C, four square opening patterns 62X arranged to sandwich the opening pattern 62C in the X direction, and four arrays arranged to sandwich the opening pattern 62C in the Y direction. This is a multi-mark composed of a square opening pattern 62Y. That is, the reference mark 35A is a mark in which square opening patterns 62C, 62X, and 62Y each having a low reflectance with respect to exposure light are arranged in a cross shape, and the cross pattern 61 in the alignment mark 29A in FIG. When the aperture pattern 62C is positioned within the projection image on the reticle, the images of the other aperture patterns 62X and 62Y are set so as to overlap with parts of the basic patterns 60X and 62Y, respectively.
[0033]
As an example, when one of the reticle alignment systems 19 in FIG. 1 overlaps the alignment mark 29A on the reticle 12 in FIG. 2C and the reference mark 35A on the reference mark plate 6 in FIG. An image as shown in FIG. 5 (a) is obtained. In FIG. 5A, an image 62CR (square dark portion) of the opening pattern in the center of the reference mark 35A overlaps the cross-shaped pattern 61 in the center of the alignment mark 29A, and the basic patterns 60X and 60Y of the alignment mark 29A overlap. Also, the images 62XR and 62YR of the opening pattern of the reference mark 35A overlap each other. In the reticle alignment system 19, the images in the observation field SX that is elongated in the X direction and the image in the observation field SY that is elongated in the Y direction are scanned in the X and Y directions, respectively, along the images of the plurality of opening patterns of the reference mark 35A. Thus, an imaging signal is generated. An observation region 19R in FIG. 2B is configured by the observation fields SX and SY.
[0034]
In this case, since the images 62CR and 62XR of the opening pattern of the reference mark 35A are dark portions, and the cross pattern 61 and the basic pattern 60X of the alignment mark 29A are patterns that reflect exposure light, they are images in the observation field SX. As shown in FIG. 5B, the image pickup signal IA obtained by scanning the X in the X direction has a high level in the low level region of the signal 67 whose level varies periodically corresponding to the image of the reference pattern 35A. This is a signal in which the pulse signals 66A to 66E for level are superimposed. In addition, the magnification between the pixel pitch on the image sensor in the reticle alignment system 19 and the coordinate interval between the two points on the corresponding wafer stage (interval on the wafer coordinate system) is obtained and stored in advance. In the signal processing system of the reticle alignment system 19, the imaging signal IA is A / D converted, and the converted imaging signal IA is stored in the memory in correspondence with the X coordinate in the wafer coordinate system. The origin in this case may be the first pixel of the image sensor, for example. Thereafter, in the signal processing system, for example, the imaging signal IA is binarized by slicing the imaging signal IA at a predetermined threshold level IA1, and the position of the image of the reference mark 35A and the position of the alignment mark 29A is determined from the binarized signal. To detect.
[0035]
As an example, for the image 35AR of the reference mark 35A, the coordinates of the midpoint of the region where the binary imaging signal is low level “0” are regarded as the X coordinates of the images 62CR and 62XR of the respective opening patterns, and the alignment mark For 29A, the coordinates of the midpoint of a narrow area where the binary imaging signal is high level “1” are regarded as the X coordinate of each linear pattern. As a result, as shown in FIG. 5B, the position of the image of the opening pattern at the left end in the reference mark image 35AR is xA, and the positions of the three linear patterns of the basic pattern at the left end of the alignment mark 29A are xA1 to xA3, and the positional deviation amount ΔXA in the X direction of the basic pattern with respect to the image of the opening pattern is as follows.
[0036]
ΔXA = xA− (xA1 + xA2 + xA3) / 3 (1)
Similarly, the positional deviation amounts ΔXB to ΔXE of the other basic pattern 60X and the cross pattern 61 of the alignment mark 29A with respect to the other opening pattern image of the reference mark image 35AR are also obtained. Then, an average value ΔX (a value converted on the wafer coordinate system) of these positional deviation amounts ΔXA to ΔXE is regarded as a positional deviation amount in the X direction of the alignment mark 29A with respect to the reference mark 35A. As a result, a multi-mark averaging effect can be obtained, and the amount of positional deviation can be obtained with high accuracy. The positional deviation amount ΔX can also be regarded as a relative coordinate in the X direction of the center of the alignment mark 29A with respect to the center of the reference mark 35A. As shown in FIG. 5B, the center of the image of the reference mark 35A is the origin of the relative coordinates (positional deviation amount ΔX). Similarly, by processing the imaging signal in the observation visual field SY, a positional deviation amount (relative coordinate) ΔY in the Y direction of the alignment mark 29A with respect to the reference mark 35A is detected. Similarly, misregistration amounts are detected for other reference marks and alignment marks.
[0037]
Recently, however, a so-called low-reflection reticle having a pattern formed of a low-reflection chrome film, for example, may be used as the reticle 12. When such a low-reflection reticle is used, the reflectance of the alignment mark 29A in FIG. 5A is also low, so that the imaging signal IA of the image in the observation field SX is as shown in FIG. In addition, the levels of the pulse signals 66A to 66E are lowered. For this reason, even if the imaging signal IA is sliced at the threshold level IA1 and binarized, the portions of the pulse signals 66A to 66E may all become low level “0”. In order to avoid this, in FIG. 5A, the position of the alignment mark 29A may be shifted from the reference mark image 35AR by 1/2 pitch in the X direction and Y direction, respectively.
[0038]
FIG. 10A shows a state in which the position of the alignment mark 29A is shifted by ½ pitch in the X direction and the Y direction with respect to the reference mark image 35AR. In FIG. The basic patterns 60X and 60Y are positioned between the opening pattern images 62XR and 62YR of the reference mark image 35AR, respectively.
[0039]
FIG. 10B shows an imaging signal IA of an image in the observation field SX of the reticle alignment system 19 of FIG. 10A. In FIG. 10B, the signal 67 corresponding to the reference mark image 35AR is shown. Pulse signals 66A ′ to 66E ′ which are low levels corresponding to the alignment marks 29A are superimposed on the high level region. At this time, since the reflectance of the alignment mark 29A is small, the pulse signals 66A ′ to 66E ′ are also binarized by binarizing the imaging signal IA at the threshold level IA1. Therefore, when a low-reflection reticle is used, the amount of positional deviation of the alignment mark 29A with respect to the reference mark 35A is made highly accurate by superimposing the image of the reflection area around each opening pattern of the reference pattern 35A on the alignment mark 29A. Can be detected. In FIG. 10A, the cross pattern 61 of the alignment mark 29A is out of the observation field SX. However, in the case of detecting the position in the X direction, the reference mark image 35AR is shifted in the −Y direction, and the reference mark image 35AR is shifted. The cross pattern 61 may be stored between the opening pattern images of the mark image 35AR. This further increases the averaging effect.
[0040]
Returning to FIG. 4C, the reference mark 37 </ b> A is formed on the reference mark plate 6 at a position separated from the middle point of the reference marks 35 </ b> A and 36 </ b> A by the interval IL in the Y direction that is the scanning direction. The interval IL is equal to the baseline amount, which is the interval between the optical axis AX of the projection optical system 8 in FIG. 1 and the detection center of the off-axis type alignment sensor 34. Similarly, the reference marks 37B, 37C, and 37D are located at positions separated from each other by a distance IL in the Y direction from the midpoint of the reference marks 35B, 36B, the midpoint of the reference marks 35C, 36C, and the midpoint of the reference marks 35D, 36D, respectively. Is formed. As shown in FIG. 4D, the reference marks 37A to 37D use corresponding lattice points in the lattice pattern 69 formed at a predetermined pitch in the X direction and the Y direction, and the reference marks 37A to 37D. Are detected by the alignment sensor 34 of FIG. The alignment sensor 34 forms images of the reference marks 37A to 37D on an internal index mark plate, and relays the image of the reference mark and the image of the index mark onto an image pickup device made up of a two-dimensional CCD. By processing the image pickup signal from the image pickup device with an attached signal processing system, a two-dimensional position shift amount of the reference mark image with respect to the index mark is obtained, and this position shift amount is supplied to the main control system 22A. Is done. The same applies to the case where the alignment sensor 34 detects the position of the alignment mark (wafer mark) on the wafer 5. In the main control system 22A, the amount of positional deviation is added to the X and Y coordinates of the Zθ-axis drive stage 4 as necessary, so that the arrangement coordinates of the detection target mark in the wafer coordinate system (XW, YW) are changed. Can be sought.
[0041]
By the way, the reticle alignment systems 19 and 20 in this example perform epi-illumination with illumination light having an exposure wavelength. Therefore, if reticles having different thicknesses or reticles having a taper are used, the reticle alignment systems 19 and 20 are used. The image formation surfaces of the alignment marks 29A to 29D and 30A to 30D on the reticle and the image formation surfaces of the reference marks 35A to 35D and 36A to 36D on the reference mark plate 6 are defocused with respect to the image pickup surface of the image pickup device. As a result, an offset may remain in the detected positional deviation amount. Further, the actual exposure light illumination optical system has a larger coherence factor (σ value) than the illumination systems in the reticle alignment systems 19 and 20, and further increases the resolution without making the depth of focus of the projection optical system 8 too shallow. Therefore, mechanisms such as modified illumination and annular illumination are also provided. Therefore, the amount of positional deviation between the reference marks 35A to 35D and 36A to 36D and the alignment marks 29A to 29D and 30A to 30D under actual exposure light, and the amount of positional deviation detected by the reticle alignment systems 19 and 20 There is also a possibility that an offset due to a difference in distortion or the like occurs between the two. As described above, if the offset with respect to the actual misalignment amount is mixed in the misalignment amount detected by the reticle alignment systems 19 and 20, the reticle alignment and the baseline amount cannot be measured with high accuracy. When overlay exposure is performed, an overlay error occurs. In this example, a transmissive reference mark plate and an aerial image sensor are provided as follows in order to obtain the offset of the reticle alignment systems 19 and 20.
[0042]
That is, as shown in FIG. 2A, a transmissive substrate 40 made of a material that transmits exposure light is fixed in the vicinity of the reference mark plate 6 on the Zθ-axis drive stage 4 of the wafer stage of this example. . The surface of the transmissive substrate 40 is set to the same height as the surface of the wafer 5, and as shown in FIGS. 2A and 4B, the light shielding film on the surface of the transmissive substrate 40 has an X direction. Two identical opening patterns 41A and 41B are formed at the same interval as the reference marks 35A and 36A (see FIG. 4C). Since the movable mirrors 7X and 7Y and the reference mark plate 6 of this example do not need to transmit the exposure light, they can be formed from a material having a very low expansion coefficient even if the transmittance to the exposure light in the ultraviolet region is small like glass ceramics. On the other hand, since the transmissive substrate 40 needs to transmit exposure light in the ultraviolet region such as i-line or excimer laser light, it is formed of quartz that can transmit such exposure light and has a small linear expansion coefficient. ing.
[0043]
In addition, the opening patterns 41A and 41B on the transmissive substrate 40 have the same shape as the reference marks 35A to 35D and 36A to 36D on the reference mark plate 6. That is, as shown in FIG. 3A, the opening pattern 41A includes a square small opening pattern 63C formed in the light shielding film, and four pieces arranged so as to sandwich the small opening pattern 63C in the X direction. The multi-mark is composed of a square small opening pattern 63X and four square small opening patterns 63Y arranged so as to sandwich the small opening pattern 63C in the Y direction. The small opening patterns 63C, 63X, and 63Y Are the same size and arrangement as the opening patterns 62C, 62X, 62Y constituting the reference mark 35A. Therefore, when the image of the alignment mark 29A in FIG. 3B is projected onto the transmission substrate 40, if the image of the cross-shaped pattern 61 at the center overlaps the small opening pattern 63C at the center of the opening pattern 41A, the other The projected images of the basic patterns 60X and 60Y overlap the small aperture patterns 63X and 63Y, respectively. Further, an aerial image sensor is disposed at the bottom of the transmissive substrate 40.
[0044]
FIG. 7 shows the configuration of the illumination optical system and the aerial image sensor of the projection exposure apparatus of this example. In FIG. 7, the light source includes a light source, various optical filters, a shaping optical system for shaping the cross-sectional shape of the light beam, and the like. Exposure light EL having a predetermined cross-sectional shape and a predetermined illuminance distribution is applied to the fly-eye lens 53 from the system SL, and a large number of secondary light sources are formed on the exit surface of the fly-eye lens 53. The exit surface is an optical Fourier transform surface (pupil surface) with respect to the pattern formation surface of the reticle 12, and a revolver 51 having an aperture stop is rotatably disposed on the exit surface. Around the revolver 51, there is an ordinary circular aperture stop, a small circular aperture stop for a small coherence factor (σ value), a ring-shaped aperture stop, and an aperture for deformed illumination comprising four eccentric small circular apertures. A diaphragm or the like is arranged at equal angular intervals, and the main control system 22A rotates the revolver 51 via the illumination condition switching unit 52, so that a desired aperture diaphragm (σ diaphragm) is set on the exit surface of the fly-eye lens 53. It is configured to be able to.
[0045]
The exposure light EL that has passed through one aperture stop in the revolver 51 passes through the first relay lens 50, the deflection mirror 49, the movable imaging blind 47, the second relay lens 46, and the condenser lens 45, and the pattern of the reticle 12. The slit-like illumination area on the formation surface (lower surface) is illuminated with a uniform illuminance distribution. The arrangement plane of the movable imaging blind 47 is conjugate with the pattern forming plane of the reticle 12, and the movable imaging blind 47 is perpendicular to the two movable blades 47a and 47b arranged in the X direction and the plane of FIG. The illumination area on the reticle 12 is determined by an opening surrounded by two movable blades (not shown) arranged in the Y direction. Further, when the scanning exposure is started and ended, the two movable blades in the Y direction of the movable imaging blind 47 are gradually opened and gradually closed via the control unit 48, respectively, so that the original on the reticle 12 is restored. A pattern other than the circuit pattern is configured not to be transferred onto the wafer 5. At the time of scanning exposure, the wafer 5 is placed in the exposure field of the projection optical system 8, and a pattern image of the reticle 12 is projected onto the slit-like exposure area on the wafer 5 via the projection optical system 8. The wafer 5 is scanned in the Y direction with respect to the projection optical system 8.
[0046]
On the other hand, when measuring the offset of the reticle alignment systems 19 and 20 and using the aerial image sensor, the deflection mirrors 15 and 16 for the reticle alignment systems 19 and 20 are provided by the mirror driving devices 17 and 18 of FIG. Each is retracted out of the optical path of the exposure light EL. Then, as shown in FIG. 7, for example, alignment marks 29A and 30A on the reticle 12 are set in the same area as the observation areas 19R and 20R (see FIG. 2B) of the reticle alignment systems 19 and 20, and the exposure light Opening patterns 41A and 41B on the transmissive substrate 40 are set near positions where the images of the alignment marks 29A and 30A are projected via the projection optical system 8 under EL. The opening patterns 41 </ b> A and 41 </ b> B are arranged in the direction orthogonal to the scanning direction of the reticle 12 at the same interval as the interval between the observation regions of the reticle alignment systems 19 and 20.
[0047]
Then, the exposure light EL transmitted through the opening patterns 41A and 41B is reflected by the deflection mirrors 44A and 44B inside the Zθ-axis drive stage 4 at the bottom of the transmission substrate 40, and is transmitted through the condenser lenses 43A and 43B. It is incident on one end of the fibers 42A and 42B. The other ends of the optical fibers 42A and 42B are installed outside the Zθ-axis drive stage 4, and the exposure light emitted from the other ends of the optical fibers 42A and 42B passes through a relay optical system (not shown), respectively, Light is received by photoelectric sensors 64A and 64B made of a multiplier or the like, and photoelectric signals from the photoelectric sensors 64A and 64B are supplied to the signal processing system 65. The aerial image sensor is composed of the deflection mirrors 44A and 44B, the condenser lenses 43A and 43B, the optical fibers 42A and 42B, and the photoelectric sensors 64A and 64B. Although the optical fibers 42A and 42B are used here, the light beam that has passed through the aperture pattern may be relayed to the photoelectric sensors 64A and 64B by an optical lens.
[0048]
Since the photoelectric sensors 64A and 64B of the aerial image sensor of this example are of a light quantity detection type, in order to detect the positional relationship between the opening patterns 41A and 41B and the alignment marks 29A and 29B, the reticle stage or the wafer stage is driven. Therefore, it is necessary to relatively scan both. A position detection method in this case will be described with reference to FIG.
[0049]
FIG. 8A shows a state in which an image 29AW of the alignment mark 29A on the reticle 12 is projected onto the opening pattern 41A on the transmissive substrate 40 of FIG. 7, and in FIG. 8A, the mark image 29AW is projected. The middle cross-shaped pattern image 61W is located between the central small opening pattern 63C and the small opening pattern on the −Y direction side. A photoelectric signal IB obtained by photoelectrically converting the exposure light transmitted through the entire opening pattern 41A is supplied to the signal processing system 65 from the photoelectric sensor 64A shown in FIG. In this state, in this example, the mark image 29AW is scanned in the + X direction by the opening pattern 41A by moving, for example, the Zθ-axis drive stage 4 in FIG. 1 in the + X direction.
[0050]
FIG. 8B shows a change in the photoelectric signal IB from the photoelectric sensor 64A obtained when the aperture pattern 41A is scanned in this manner. In FIG. 8B, the horizontal axis indicates that the aperture pattern 41A is stationary. In this case, the positional deviation amount in the X direction of the center of the mark image 29AW with respect to the center of the opening pattern 41A, that is, the relative coordinate RX in the X direction of the mark image 29AW with respect to the opening pattern 41A is shown. However, at the stage of sampling the photoelectric signal IB, the signal processing system 65 in FIG. 7 performs A / D conversion on the photoelectric signal IB and stores the converted photoelectric signal IB in the memory simply corresponding to the X coordinate of the wafer coordinate system. do it. Since the mark image 29AW is a set of three line-and-space pattern images, the photoelectric signal IB changes from a high level to three levels to become a bottom value IB1, and then changes to three levels again. It is a high level. Further, when the opening pattern 41A is scanned with respect to the mark image 29AW, the photoelectric signal IB changes in a stepped manner even when one to three basic pattern images 60XW are applied to any of the small opening patterns 63C and 63X. However, since the bottom value at this time is higher than the bottom value IB1 in FIG. 8B, it can be easily determined.
[0051]
After the scanning is completed, the signal processing system 65 differentiates the photoelectric signal IB with the X coordinate of the wafer coordinate system to obtain a differential signal dIB / dX shown in FIG. 8C, and this differential signal becomes a negative pulse. X coordinates xB1, xB2, and xB3, and X coordinates xB4, xB5, and xB6 whose differential signals are positive pulses are obtained. Thereafter, when the average value XB of these X coordinates is calculated as follows, the average value XB is calculated as X in the wafer coordinate system when the center of the mark image 29AW is aligned with the center of the opening pattern 41A in the X direction. It can be regarded as coordinates.
[0052]
XB = (xB1 + xB2 + ... + xB5 + xB6) / 6 (2)
Further, the value of the X axis XR of the reticle coordinate system that defines the position of the reticle 12 at this time is expressed as XR. 0 Assuming that the X coordinate XW of the wafer coordinate system and the reduction magnification (1 / M) of the projection optical system 8 are used, the relative coordinate RX on the horizontal axis in FIG. 8B is as follows.
[0053]
RX = (XW−XB) + (XR−XR 0 ) / M (3)
In the expression (3), it is considered that a reverse image is projected by the projection optical system 8. The relative coordinates RX can be regarded as a positional deviation amount in the X direction of the center of the alignment mark 29A with respect to the center of the opening pattern 41A. At this time, the opening pattern 41A is multi-marked, and the photoelectric signal IB in FIG. 8B is a sum signal for four line-and-space patterns, so that the SN ratio of the photoelectric signal IB is high. The relative coordinates RX are obtained with high accuracy. Similarly, in FIG. 8A, the position of the alignment mark 29A in the Y direction with respect to the opening pattern 41A is obtained by scanning the mark image 29AW with the opening pattern 41A in the -Y direction and taking in the photoelectric signal IB of the photoelectric sensor 64A. A relative coordinate RY in the Y direction, which is a deviation amount, can also be detected. Similarly, the relative coordinates (RX, RY) of the alignment mark 30A with respect to the other reference mark 41B on the transmissive substrate 40 can also be detected from the photoelectric signal of the photoelectric sensor 64B of FIG. These relative coordinates are supplied to the main control system 22A of FIG. The relative coordinates may be obtained by scanning the reticle 12 instead of the transmissive substrate 40.
[0054]
In this example, after the measurement by the aerial image sensor is completed, in FIG. 7, the deflection mirrors 15 and 16 are returned to the optical path of the exposure light EL, and the reticle alignment systems 19 and 20 in FIG. The upper opening patterns 41A and 41B are replaced with the reference marks 35A and 36A on the reference mark plate 6 of FIG. 4C, and the relative coordinates (positional deviation amounts) of the alignment marks 29A and 30A with respect to the opening patterns 41A and 41B are obtained. measure. This measurement method is the same as the method described with reference to FIG. 5, and the offset of the reticle alignment systems 19 and 20 can be obtained from the relative coordinates and the relative coordinates detected by the aerial image sensor. Instead of the alignment marks 29A and 30A, other alignment marks 29B, 30B to 29D and 30D on the reticle 12 in FIG. 2C may be used. In this case, since the two opening patterns 41A and 41B for the aerial image sensor of the present example are arranged separately in the non-scanning direction, by moving the reticle 12 in the Y direction, an arbitrary pair of alignment marks and The amount of misalignment with the opening patterns 41A and 41B can be measured in a short time in parallel.
[0055]
Hereinafter, with reference to the flowchart of FIG. 9, an example of the operation in the case of performing reticle alignment and baseline check by obtaining the offset of the reticle alignment systems 19 and 20 will be described.
First, in step 101 of FIG. 9, as shown in FIG. 7, the reticle alignment systems 19 and 20 are observed with the deflection mirrors 15 and 16 of the reticle alignment systems 19 and 20 retracted from the optical path of the exposure light EL. The alignment marks 29A and 30A of the reticle 12 are moved within the same area. Further, the opening patterns 41A and 41B on the transmission substrate 40 are moved near the positions where the alignment marks 29A and 30A are projected, and the irradiation of the exposure light EL is started. For example, the Zθ-axis drive stage 4 on the wafer stage side is moved. By driving, the mark image 29AW is scanned with the opening pattern 41A as shown in FIG. At this time, the image 30AW of the alignment mark 30A is also scanned with the opening pattern 41B. Note that the reticle stage may be driven to move the alignment marks 29A, 30A side. The photoelectric signals from the photoelectric sensors 64A and 64B in the aerial image sensor of FIG. 7 are sampled by the signal processing system 65, and the centers of the opening patterns 41A and 41B and the mark images 29AW and 30AW are The X coordinate of the wafer coordinate system when the center coincides is detected. Next, the mark image is scanned in the Y direction with the opening patterns 41A and 41B, and similarly, the Y coordinate of the wafer coordinate system when the centers of the opening patterns 41A and 41B and the centers of the mark images 29AW and 30AW coincide is detected. To do.
[0056]
Then, the Zθ-axis driving stage 4 of the wafer stage is driven in the X and Y directions so that the centers of the opening patterns 41A and 41B are set near the centers of the mark images 29AW and 30AW. Let At this time, the reticle 12 is also stationary. In this state, as shown in the equation (3), the main control system 22A has relative coordinates (x11, y11) of the center of the image of the alignment mark 29A with respect to the center of the opening pattern 41A. Then, the relative coordinates (x12, y12) of the center of the image of the alignment mark 29B with respect to the center of the opening pattern 41B are calculated, and these relative coordinates (x1i, y1i) (i = 1, 2) are stored in the internal memory.
[0057]
Next, in step 102, the deflection mirrors 15 and 16 of the reticle alignment systems 19 and 20 are returned to the optical path of the exposure light EL, and irradiation of the exposure light EL is stopped. Start light irradiation. Then, the projected images of the aperture patterns 41A and 41B and the images of the alignment marks 29A and 30A are picked up by the image pickup elements of the reticle alignment systems 19 and 20, the image pickup signals are sampled, and the sampled image pickup signals are processed. Thus, the relative coordinate (position shift amount) (x21, y21) of the alignment mark 29A with respect to the center of the reference mark 41A (x21, y21) and the relative coordinate of the alignment mark 29B with respect to the center of the reference mark 41B in the wafer coordinate system ( (Position displacement amount) (x22, y22) is detected, and the detected relative coordinates (x2i, y2i) (i = 1, 2) are supplied to the main control system 22A. Note that the detection method at this time is the same as that in the case where the image of the opening pattern 41A in FIG. 8A is present instead of the image 35AR of the reference mark 35A in FIG. What is necessary is just to process the imaging signal IA like 5 (b). In this example, since the opening patterns 41A and 41B on the transmissive substrate 40 have the same shapes as the reference marks 35A to 35D and 36A to 36D on the reference mark plate 6, the detection of the reference marks 35A to 35D and 36A to 36D is performed. Relative coordinates with respect to the opening patterns 41A and 41B can be detected in exactly the same manner as in the case of performing it.
[0058]
If the contrast of the imaging signal IA shown in FIG. 5B is poor, for example, the alignment marks 29A and 30A are finely moved in the non-measurement direction (the Y direction when measuring the positional deviation amount in the X direction). Thus, a position where a good imaging signal IA can be obtained may be searched. When the position of the reticle 12 or the transmissive substrate 40 is adjusted in this way, the relative coordinates (x1i, y1i) obtained in step 101 are obtained according to the adjusted position using the equation (3) or the like. It is necessary to replace with relative coordinates. When a low-reflection reticle is used as the reticle 12, the opening patterns 41A and 41B and the alignment marks 29A and 30A are shifted by a ½ pitch as described with reference to FIG. Detection may be performed. Also in this case, it is necessary to replace the relative coordinates (x1i, y1i) obtained in step 101.
[0059]
Next, in step 103, the main control system 22A determines the relative coordinates (x2i, y2i) obtained using the reticle alignment systems 19 and 20 in step 102, and the relative coordinates (x2i, y2i) obtained using the aerial image sensor in step 101. Relative coordinate difference S which is a difference from x1i, y1i), that is, (x2i−x1i, y2i−y1i) (i = 1, 2) is obtained and stored in the memory. This relative coordinate difference S is detected by the reticle alignment systems 19 and 20, that is, the difference between the relative coordinates detected by the reticle alignment systems 19 and 20 with respect to the relative coordinates detected under the exposure light EL during actual exposure. This corresponds to the offset of the amount of misalignment. When obtaining the relative coordinate difference S, other alignment marks 29B, 30B to 29D, 30D may be used instead of the alignment marks 29A, 30A.
[0060]
Then, in a state where the alignment marks 29A and 30A on the reticle 12 are in the observation regions 19R and 20R of the reticle alignment systems 19 and 20 in FIG. The reference marks 35A and 36A on the plate 6 are moved to the observation areas 19W and 20W (see FIG. 2A) on the wafer stage conjugate with the observation areas 19R and 20R, respectively.
[0061]
FIG. 6A shows a state in which the image of the alignment mark on the reticle 12 and the reference mark on the reference mark plate 6 have been moved into the corresponding observation area, as shown in FIG. 6A. The mark image 29AW and the reference mark 35A can be simultaneously observed in the observation area 19W, and the mark image 30AW and the reference mark 36A can be simultaneously observed in the observation area 20W. Further, as shown in FIG. 6C, the observation regions 19W and 20W are respectively located at positions that cross the optical axis in the exposure field of the projection optical system 8, and are within the observation region of the off-axis type alignment sensor 34. The reference mark 37A is received. After that, in step 105, the imaging signals of the images observed in the reticle alignment systems 19 and 20 (images as shown in FIG. 5A) are processed, and the positional deviation amount of the mark image 29AW with respect to the reference mark 35A, and The positional deviation amount of the mark image 30AW with respect to the reference mark 36A is obtained, and these positional deviation amounts are supplied to the main control system 22A in FIG. At the same time, the off-axis type alignment sensor 34 captures an image of the corresponding reference mark 37A, and the position of the reference mark 37A obtained by processing this image pickup signal is shifted from the detection center (the center of the index mark). The amount is supplied to the main control system 22A.
[0062]
Thereafter, in the same manner as the scanning exposure in step 106, the reticle micro-drive stage 11 in FIG. 2B is moved in the −Y direction in synchronization with the movement of the Zθ-axis drive stage 4 in FIG. 2A in the + Y direction. Move to. Thereby, as shown in FIG. 6B, both the reference mark plate 6 and the reticle image 12W move in the + Y direction. At this time, since the observation regions 19W and 20W of the reticle alignment systems 19 and 20 and the observation region of the off-axis alignment sensor 34 are fixed, the observation regions 19W and 20W and the observation region of the alignment sensor 34 are From a mark group (mark images 29AW, 30AW and reference marks 35A, 36A, 37A) to which a reference sign A is attached to a mark group (mark images 29DW, 30DW and reference marks 35D, 36D, 37D) to which a reference sign D is attached Will move. At this time, when the mark groups having the reference numerals B, C, and D sequentially enter the observation areas 19W and 20W and the observation area of the alignment sensor 34, the Zθ-axis drive stage 4 and the reticle microdrive stage 11 are used. The position of each mark is detected with the.
[0063]
In this case, assuming that the state of FIG. 6A is the first stationary position, the mark group existing in the observation areas 19W and 20W and the observation area of the alignment sensor 34 is marked with a symbol B at the second stationary position. A group, that is, the mark images 29BW and 30BW in FIG. 4A and the reference marks 35B, 36B, and 37B in FIG. 4C. Then, the reticle alignment systems 19 and 20 obtain the positional deviation amounts of the mark images 29BW and 30BW with respect to the reference marks 35B and 36B and supply them to the main control system 22A, and the alignment sensor 34 obtains the positional deviation amounts of the corresponding reference marks 37B. To the main control system 22A. By repeating the above sequence with the third stationary position and the fourth stationary position (state shown in FIG. 6B), mark groups (mark images 29CW and 30CW and reference mark 35C) denoted by reference symbol C are added. , 36C, 37C), and the mark group to which the symbol D is attached, position measurement is performed by the reticle alignment systems 19 and 20 and the alignment sensor 34, respectively. With the alignment sensor 34, the amount of displacement in the wafer coordinate system measured for the eight mark images 29AW to 30DW by the reticle alignment systems 19 and 20 is (ΔXn, ΔYn) (n = 1 to 8). The amount of positional deviation from the detection center in the wafer coordinate system measured with respect to the reference mark is (ΔAXi, ΔAYi) (i = 1 to 4).
[0064]
Next, at step 107, the main control system 22A subtracts the relative coordinate difference S obtained at step 103 from the positional deviation amounts (ΔXn, ΔYn) (n = 1 to 8) detected by the reticle alignment systems 19 and 20, respectively. Thus, the amount of displacement (ΔXn ′, ΔYn ′) after subtraction is stored. As a result, the offset of the measurement values of the reticle alignment systems 19 and 20 is corrected. In subsequent step 108, the main control system 22 </ b> A performs dynamic reticle alignment by calculating the corrected positional deviation amount and the positional deviation amount detected by the alignment sensor 34. At this time, in this example, in order to increase the alignment accuracy, as an example, a coordinate system determined by the arrangement direction of the reference marks on the reference mark plate 6 in FIG. 4C (hereinafter referred to as a “reference mark plate coordinate system”). ) To perform reticle alignment. The coordinate system of the reference mark plate is such that, for example, a straight line passing through the reference marks 35A and 36A on the reference mark member 6 is abscissa (this is referred to as XS axis), and a straight line passing through the reference marks 35A and 35D is ordinate (YS A coordinate system (referred to as axes) (XS, YS). Further, with respect to the coordinate system (XS, YS) of the reference mark plate, scaling (linear expansion / contraction) in the XS direction and YS direction of the coordinate system in which the reticle coordinate system (XR, YR) is projected onto the reference mark plate 6 is performed. Rx, Ry, rotation (rotation) is θ, orthogonality error is ω, and offsets in the XS and YS directions are Ox and Oy. In this case, the orthogonality error ω is a rotation angle of the axis obtained by projecting the Y axis of the reticle coordinate system with respect to the YS axis, that is, a rotation error in the scanning direction of the reticle stage.
[0065]
Further, the design coordinates in the coordinate system obtained by projecting the reticle coordinate system of the mark images 29AW to 30DW of FIG. 4A onto the reference mark plate 6 are (Dxn, Dyn) (n = 1 to 8). The coordinates on the coordinate system (XS, YS) of the reference marks 35A to 36D to be set are (Exn, Eyn). At this time, the corrected positional deviation amounts (ΔXn ′, ΔYn ′) measured by the reticle alignment systems 19 and 20 are used in the coordinate system (XS, YS) of the reference mark plate 6 of the mark images 29AW to 30DW. The actually measured coordinates (Dxn ′, Dyn ′) are approximately as follows.
[0066]
Dxn ′ = Exn + ΔXn ′ (4A)
Dyn ′ = Eyn + ΔYn ′ (4B)
At this time, the reference marks of the mark images 29AW to 30DW are calculated from the above-described six conversion parameters (Rx, Ry, θ, ω, Ox, Oy) and the design coordinates (Dxn, Dyn) of the mark images 29AW to 30DW. The calculated coordinates (Fxn, Fyn) on the plate coordinate system (XS, YS) are expressed as follows.
[0067]
Fxn = Rx · Dxn−Rx (ω + θ) · Dyn + Ox (5A)
Fyn = Ry · θ · Dxn + Ry · Dyn + Oy (5B)
Further, the difference between the calculated coordinates (Fxn, Fyn) and the actually measured coordinates (Dxn ′, Dyn ′) in the XS direction and the YS direction of the mark images 29AW to 30DW, that is, the nonlinear error (εxn, εyn) is as follows. become that way.
[0068]
εxn = Fxn−Dxn ′ (6A)
εyn = Fyn−Dyn ′ (6B)
Then, the main control system 22A in FIG. 1 uses the least square method so that the sum of squares of the eight mark images 29AW to 30DW of the nonlinear error (εxn, εyn) is minimized. The values of parameters Rx, Ry, θ, ω, Ox, Oy are determined.
[0069]
Next, in step 109, the reticle coordinate system (XR, Ry) has coordinates obtained by multiplying the determined scaling Rx, Ry by the coordinates of the reticle coordinate system (XR, YR), and the determined rotation θ is set to zero. The coordinate system obtained by rotating YR) is newly set as the reticle coordinate system (XR, YR), and thereafter, the reticle micro-drive stage 11 (reticle 12) is scanned along the new coordinate system. This means that the reticle 12 is scanned so that the alignment marks 29A to 29D in FIG. 2C move along the arrangement direction of the reference marks 35A to 35D on the reference mark plate 6 in FIG. To do. Note that the offsets Ox and Oy are not necessarily corrected here because they are corrected by wafer alignment.
[0070]
As a result, the pattern of the reticle 12 is scanned along the reference marks 35A to 36D arranged in a rectangle on the reference mark plate 6, and the shape of the shot area exposed on the wafer is an accurate rectangle. It becomes. Further, even when the tilt angle between the moving mirror 7X on the wafer stage side and the reference mark plate 6 is changed, the reference mark on the reference mark plate 6 is used as a reference, so that it is not affected by the change in the tilt angle. There is also an advantage.
[0071]
Next, the routine proceeds to step 110, where the main control system 22A, the corrected positional deviation amounts (ΔXn ′, ΔYn ′) (n = 1 to 8) measured by the reticle alignment systems 19 and 20, and the alignment sensor 34. The base line amounts (BEX, BEY) of the alignment sensor 34 in the X direction and Y direction are calculated by performing arithmetic processing on the positional deviation amounts (ΔAXi, ΔAYi) (i = 1 to 4) measured in step (1). That is, the positional deviation amounts of the mark images 29AW and 30AW with respect to the reference marks 35A and 36A in FIG. 4C are (ΔBX1, ΔBY1), (ΔBX2, ΔBY2) and measured by the alignment sensor 34 with respect to the corresponding reference marks 37A. Assuming that the amount of misregistration is (ΔAX1, ΔAY1), the baseline amounts (BEX1, BEY1) for the mark group with the symbol A are as follows.
[0072]
BEX1 = (ΔBX1 + ΔBX2) / 2−ΔAX1 (7A)
BEY1 = IL + (ΔBY1 + ΔBY2) / 2−ΔAY1 (7B)
Similarly, baseline amounts (BEX2, BEY3) to (BEX4, BEY4) for the other three mark groups are also calculated. Then, by averaging these four baseline amounts, the baseline amounts (BEX, BEY) of the alignment sensor 34 in the X direction and the Y direction are calculated. In this way, in this example, since the baseline amount is obtained by averaging the measurement data for the four mark groups, the baseline amount can be measured with high accuracy by the averaging effect.
[0073]
Further, in step 107, the positional deviation amount measured by the reticle alignment systems 19 and 20 is corrected by the relative coordinate difference S obtained in step 103, so that the baseline under the actual exposure light EL is obtained. Quantity is required with high accuracy. Therefore, even when the reticle 12 on the reticle stage is replaced with a reticle having a different thickness, or when the revolver 51 of the illumination optical system in FIG. 7 is rotated and set to deformed illumination, annular illumination, or the like, By executing the process of obtaining the relative coordinate difference S in steps 101 to 103 in FIG. 9 and correcting the measurement values of the reticle alignment systems 19 and 20 in step 107, the reticle alignment can be executed with high accuracy and high accuracy. The baseline amount can be obtained.
[0074]
At this time, the stage light emission method is not used in this example, and the aerial image sensor only needs to receive the illumination light that has passed through the opening pattern inside the wafer stage, so that the wafer stage can be simplified and compact. Can be
For example, when the reticle is replaced, usually, the process of obtaining the relative coordinate difference S in steps 101 to 103 in FIG. 9 is performed by any pair of alignment marks on the reticle (for example, the alignment mark 29A in FIG. 2C). , 30A). This is because the same alignment mark on the reticle and the same opening pattern 41A, 41B on the transmission substrate 40 are used during measurement by the aerial image sensor and the reticle alignment systems 19 and 20 in FIG. This is because the relative coordinate difference S can be measured with high accuracy by the averaging effect by multi-mark measurement without being affected by the error.
[0075]
However, for example, when the thickness of the reticle 12 varies depending on the position, that is, when the thickness of the reticle 12 has a taper, two sets of alignment marks 29A, 29A, 29B on the reticle 12 in FIG. The relative coordinate differences SA and SD may be measured for 30A, 29D, and 30D, respectively. At this time, the relative coordinate differences SB and SC of the two sets of alignment marks 29B, 30B and 29C and 30C in the middle in the scanning direction can be obtained by, for example, proportionally distributing the relative coordinate differences SA and SD. Then, when correcting the positional deviation amount in step 107 of FIG. 9, the alignment marks 29A, 30A to 29D, and 30D may be individually corrected using the relative coordinate differences SA to SD. Thereby, even when the thickness of the reticle 12 has a taper, it is possible to accurately correct the amount of positional deviation obtained by the reticle alignment systems 19 and 20.
[0076]
When the reticle alignment system 19 shown in FIG. 1 observes the image 35AR of the reference mark 35A and the alignment mark 29A by epi-illumination as shown in FIG. 5A, the imaging from the image sensor in the reticle alignment system 19 is performed. The signal is usually subjected to auto gain control (AGC). Therefore, when the reflectance of the reflective film surrounding the reference mark 35A on the reference mark plate 6 is low and the reflectance of the alignment mark 29A is high on the reticle 12, the imaging signal IA in FIG. As greatly amplified. For this reason, the portions of the pulse signals 66A to 66E are saturated, and there is a possibility that the amount of positional deviation cannot be detected accurately. Therefore, it is desirable to provide a light quantity variable mechanism in the epi-illumination system in the reticle alignment systems 19 and 20 so as to control the light quantity of the illumination light so that the signal corresponding to the alignment mark of the reticle 12 is not saturated.
[0077]
In the above-described embodiment, the reticle alignment systems 19 and 20 are each independently provided with an illumination system. For example, in FIG. 7, the deflection mirrors 15 and 16 are half mirrors for the exposure light EL, thereby providing a light source system. The illumination optical system for exposure light composed of SL to condenser lens 15 may also be used as the epi-illumination system for reticle alignment systems 19 and 20. In this case, when the reticle alignment systems 19 and 20 are used, the deflection mirrors 15 and 16 are arranged in the optical path of the exposure light EL, and when the aerial image sensor is used, the deflection mirror 15 extends from the optical path of the exposure light EL. , 16 are retracted, the illumination optical system of the exposure light EL can be used in common, and the configuration of the reticle alignment systems 19, 20 can be simplified.
[0078]
Further, although the above-described embodiment is an application of the present invention to a step-and-scan type projection exposure apparatus, it is obvious that the present invention can also be applied to a batch exposure type projection exposure apparatus such as a stepper. is there. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can have various configurations without departing from the gist of the present invention.
[0079]
【The invention's effect】
According to the first projection exposure apparatus of the present invention, for example, the alignment mark on the mask and the second reference mark are detected by the aerial image sensor under the same illumination conditions as the exposure light actually used in advance. The relative position can be detected, the mask side alignment sensor can detect the relative position of both, and the amount of deviation between the two relative positions can be stored as an offset. Then, the first or second reference mark on the substrate stage (wafer stage) side is illuminated by the stage light emission method by correcting the positional deviation amount detected by the alignment sensor at the time of alignment of the mask with the offset. Even if the exposure light illumination conditions are switched, the mask thickness changes (including the case with a taper), or defocusing occurs in the alignment sensor on the mask side, the accuracy is high. Further, there is an advantage that mask alignment (reticle alignment) can be performed. As a result, the substrate stage can be reduced in size and weight.
[0080]
According to the second projection exposure apparatus of the present invention, for example, the aerial image sensor is a light quantity detection type, the second reference mark is an opening pattern, and the alignment sensor is an image processing type. There is an advantage that the second reference mark can be easily used in common for the aerial image sensor and the alignment sensor.
According to the third projection exposure apparatus of the present invention, the measurement value of the alignment sensor of the mask is corrected in advance using the aerial image sensor, and the corrected measurement value and the alignment sensor on the substrate side are corrected. By using the measured value, there is an advantage that the baseline amount of the alignment sensor on the substrate side can be measured with high accuracy even when the illumination condition of the exposure light is switched.
[0081]
In addition, when the exposure light is used as illumination light for the mask side alignment sensor and the aerial image sensor, respectively, and a retraction device is provided for retracting the mask side alignment sensor from the optical path of the exposure light. Since the illumination optical system for exposure light can be used in common, the entire optical system can be simplified.
Further, according to the reflectance of the mask, the first or second reference mark on the substrate stage and the alignment mark on the mask via the projection optical system using the alignment sensor on the mask side In the case of adjusting the position of the first or second reference mark when detecting the positional deviation amount with respect to the mask, even when a low-reflection reticle is used as the mask, the mask is accurately detected. There is an advantage that the position of the alignment mark can be detected.
[0082]
Further, when the transmissive second reference mark is formed of a plurality of transmissive marks, the SN ratio of the detection signal is improved when performing relative scanning, and an averaging effect is obtained when using the image processing method. Therefore, the alignment of the mask or the measurement of the baseline amount can be performed with higher accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an example of an embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention.
2A is a plan view showing the wafer stage of FIG. 1, FIG. 2B is a plan view showing the reticle stage of FIG. 1, and FIG. 2C is a plan view showing the arrangement of alignment marks on the reticle 12; .
3A is an enlarged plan view showing a reference mark 35A and an opening pattern 41A for the aerial image sensor, and FIG. 3B is an enlarged plan view showing an alignment mark 29A on the reticle.
4A is a plan view showing a projection image of a reticle 12 onto a wafer stage, FIG. 4B is a plan view showing a transmission substrate 40 on the wafer stage, and FIG. 4C is a reference on a reference mark plate 6; FIG. 4D is a plan view showing the arrangement of marks, and FIG. 4D is a view showing the shape of a reference mark for an off-axis type alignment sensor.
5A is an enlarged view showing a state in which a reference mark image 35AR and an alignment mark 29A are superimposed, and FIG. 5B is an image obtained by imaging the image of FIG. 5A with a reticle alignment system. The figure which shows a signal, (c) is a figure which shows an imaging signal in case the reflectance of a reticle is low.
FIG. 6 is an explanatory diagram when the reticle 12 and the reference mark plate 6 are relatively scanned.
7 is a block diagram including a partial cross-sectional view showing an illumination optical system of exposure light and an aerial image sensor in the projection exposure apparatus of FIG. 1. FIG.
8A is an enlarged view showing a state in which the alignment mark image 29AW and the opening pattern 41A are relatively scanned, and FIG. 8B is a diagram showing a photoelectric signal IB detected by the aerial image sensor by the relative scanning. (C) is a figure which shows the differential signal of the photoelectric signal IB.
FIG. 9 is a flowchart showing an example of an operation when obtaining an offset of a measurement value of a reticle alignment system in the embodiment according to the present invention.
10A is an enlarged view showing a state in which the reference mark image 35AR and the alignment mark 29A are overlapped with a ½ pitch shift, and FIG. 10B is an enlarged view of the image of FIG. 10A in the reticle alignment system. It is a figure which shows the imaging signal obtained by imaging.
[Explanation of symbols]
4 Zθ axis drive stage
5 Wafer
6 Reference mark plate
7 Wafer side moving mirror
8 Projection optical system
11 Reticle micro-drive stage
12 Reticles
17, 18 Mirror drive device
19, 20 Reticle alignment system
21 Reticle side moving mirror
22A Main control system
29A-29D, 30A-30D Alignment mark
34 Off-axis alignment sensor
35A-35D, 36A-36D Reference mark
37A-37D fiducial mark
40 Transmission type substrate
41A, 41B opening pattern
42A, 42B optical fiber
64A, 64B photoelectric sensor

Claims (6)

位置合わせ用マーク及び転写用パターンが形成されたマスクを露光光で照明する照明光学系と、前記露光光のもとで前記マスクの前記転写用パターンの像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記感光基板を移動する基板ステージとを備えた投影露光装置において、
前記基板ステージ上に形成された第１の基準マークと、
前記基板ステージ上に形成された透過型の第２の基準マークと、
前記マスクの上方に配置され、前記露光光と同じ波長域の照明光のもとで前記投影光学系を介して前記基板ステージ上の前記第１又は第２の基準マークと前記マスク上の位置合わせ用マークとの位置ずれ量を検出するマスク側のアライメントセンサと、
前記露光光と同じ波長域で、且つ同じ照明条件の照明光のもとで前記マスク上の位置合わせ用マークの前記投影光学系による投影像を前記第２の基準マークを介して検出する空間像センサと、を設けたことを特徴とする投影露光装置。An illumination optical system for illuminating the mask on which the alignment mark and the transfer pattern are formed with exposure light, and a projection optical system for projecting an image of the transfer pattern on the mask onto the photosensitive substrate under the exposure light And a projection exposure apparatus comprising a substrate stage for moving the photosensitive substrate,
A first reference mark formed on the substrate stage;
A transmissive second reference mark formed on the substrate stage;
Positioning above the mask and alignment on the mask with the first or second reference mark on the substrate stage via the projection optical system under illumination light having the same wavelength range as the exposure light An alignment sensor on the mask side that detects the amount of positional deviation from the mark for use,
An aerial image in which a projection image by the projection optical system of the alignment mark on the mask is detected through the second reference mark in the same wavelength range as the exposure light and under illumination light under the same illumination conditions. A projection exposure apparatus comprising: a sensor; 請求項１記載の投影露光装置であって、
前記マスク上の位置合わせ用マークの投影像と前記第２の基準マークとを相対走査したときに前記空間像センサから得られる検出信号より第１の相対位置ずれ量を求めると共に、
前記マスク側のアライメントセンサにより検出される前記マスク上の位置合わせ用マークと前記第２の基準マークの投影像との位置ずれ量から求められる第２の相対位置ずれ量と、前記第１の相対位置ずれ量とのオフセットを求める演算制御手段を設け、
前記マスク側のアライメントセンサにより検出される前記マスク上の位置合わせ用マークと前記第１の基準マークの投影像との位置ずれ量を前記演算制御手段により求められるオフセットで補正することを特徴とする投影露光装置。The projection exposure apparatus according to claim 1,
Obtaining a first relative displacement amount from a detection signal obtained from the aerial image sensor when the projected image of the alignment mark on the mask and the second reference mark are relatively scanned;
A second relative positional shift amount obtained from a positional shift amount between the alignment mark on the mask detected by the mask side alignment sensor and the projected image of the second reference mark, and the first relative Arithmetic control means for obtaining an offset with the amount of displacement is provided,
A positional deviation amount between the alignment mark on the mask detected by the mask side alignment sensor and the projected image of the first reference mark is corrected with an offset obtained by the arithmetic control means. Projection exposure apparatus. 請求項１、又は２記載の投影露光装置であって、
前記感光基板上の位置合わせ用マークの位置を検出するための基板側のアライメントセンサを配置し、
前記基板ステージ上に前記第１の基準マークに対して所定の位置関係で第３の基準マークを形成しておき、
前記マスク側のアライメントセンサにより前記マスク上の位置合わせ用マークと前記第１の基準マークの投影像との位置ずれ量を検出するのと並行に、前記基板側のアライメントセンサにより前記第３の基準マークの位置を検出することによって、前記基板側のアライメントセンサの検出中心と前記マスクの前記基板ステージ上への投影像の中心との相対間隔を計測することを特徴とする投影露光装置。The projection exposure apparatus according to claim 1 or 2,
Arranging a substrate side alignment sensor for detecting the position of the alignment mark on the photosensitive substrate,
Forming a third reference mark on the substrate stage in a predetermined positional relationship with respect to the first reference mark;
In parallel with detecting the amount of positional deviation between the alignment mark on the mask and the projection image of the first reference mark by the mask side alignment sensor, the substrate side alignment sensor detects the third reference. A projection exposure apparatus that measures a relative distance between a detection center of an alignment sensor on the substrate side and a center of a projection image of the mask on the substrate stage by detecting a position of a mark. 請求項１、２、又は３記載の投影露光装置であって、
前記マスク側のアライメントセンサ、及び前記空間像センサ用の照明光としてそれぞれ前記露光光を使用し、
前記マスク側のアライメントセンサを前記露光光の光路から退避させるための退避装置を設けたことを特徴とする投影露光装置。The projection exposure apparatus according to claim 1, 2, or 3,
Using the exposure light as illumination light for the alignment sensor on the mask side and the aerial image sensor,
A projection exposure apparatus comprising a retracting device for retracting the mask side alignment sensor from the optical path of the exposure light. 請求項１、２、３、又は４記載の投影露光装置であって、
前記マスクの反射率に応じて、前記マスク側のアライメントセンサを用いて前記投影光学系を介して前記基板ステージ上の前記第１、又は第２の基準マークと前記マスク上の位置合わせ用マークとの位置ずれ量を検出する際の前記第１、又は第２の基準マークの位置を調整することを特徴とする投影露光装置。The projection exposure apparatus according to claim 1, 2, 3, or 4,
According to the reflectance of the mask, the first or second reference mark on the substrate stage and the alignment mark on the mask via the projection optical system using the mask side alignment sensor A projection exposure apparatus that adjusts the position of the first or second reference mark when detecting the amount of misregistration. 請求項１〜５の何れか一項記載の投影露光装置であって、
前記透過型の第２の基準マークを複数個の透過型マークより形成したことを特徴とする投影露光装置。A projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A projection exposure apparatus, wherein the transmissive second reference mark is formed of a plurality of transmissive marks.
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