JPH08162391A - 投影露光装置 - Google Patents

投影露光装置

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JPH08162391A
JPH08162391A JP6304524A JP30452494A JPH08162391A JP H08162391 A JPH08162391 A JP H08162391A JP 6304524 A JP6304524 A JP 6304524A JP 30452494 A JP30452494 A JP 30452494A JP H08162391 A JPH08162391 A JP H08162391A
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レチクルアライメント光学系、及びウエハア
ライメント光学系の両方を合焦状態で使用して、レチク
ルのパターンの露光中心と、ウエハアライメント光学系
の検出中心との間隔(ベースライン量)を正確に検出す
る。 【構成】 レチクル2の下方に投影光学系1が配置さ
れ、投影光学系1の下方にXYステージ10が配置され
ている。XYステージ10上に3個の上下動機構9A〜
9Cを介してZレベリングテーブル5が載置され、Zレ
ベリングテーブル5上に基準パターン板6とウエハWを
保持するウエハホルダ7とが並列に固定されている。基
準パターン板6上に、レチクルアライメント光学系4
A,4B用の指標マーク18A,18Bと、ウエハアラ
イメント光学系12用の基準マーク17とが形成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子、又
は液晶表示素子等のパターンをリソグラフィ工程で製造
する際に、感光基板上にマスクパターンを露光するため
に使用される投影露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にLSI等の半導体素子等は、ウエ
ハ(又はガラスプレート等)上に多数層の回路パターン
を積み重ねて形成されるため、それらの製造の際に使用
される投影露光装置には、それまでの工程で回路パター
ンが形成されているウエハ上の各ショット領域と、これ
から露光するマスクとしてのレチクルのパターンとを位
置合わせ(アライメント)するためのアライメント装置
が備えられている。
【0003】図6は、従来のアライメント装置を備えた
投影露光装置を示し、この図6において、投影光学系1
の上方の不図示のレチクルステージ上にレチクル2が保
持されている。また、投影光学系1の下方に載物台25
が配置され、載物台25はZステージ24を介してXY
ステージ10上に固定されている。投影光学系1の光軸
AX1に平行にZ軸が取られ、Z軸に垂直な平面内で図
6の紙面に平行にY軸が、図6の紙面に垂直な方向にX
軸がそれぞれ取られ、XYステージ10は、X軸に平行
な方向(X方向)及びY方向に載物台25を移動させ、
Zステージ24はZ方向に載物台25を移動させるもの
である。
【0004】次に、アライメント装置の検出系として、
レチクル2の上方にレチクルアライメント光学系4が配
置され、投影光学系1のY方向の側面部にオフ・アクシ
ス方式のウエハアライメント光学系12が備えられてい
る。また、載物台25上には、不図示のレベリングテー
ブルと並列に基準パターン板6が設けられ、不図示のレ
ベリングテーブル上に感光基板としてウエハが載置され
ている。その基準パターン板6上には、レチクルアライ
メントの基準となる指標マーク27、及びウエハアライ
メントの基準となる基準マーク26が形成され、例えば
指標マーク27は底面側から露光用の照明光と同じ波長
の照明光により、投影光学系1側に照明されている。ま
た、レチクル2のパターン面に転写用の原版パターンに
隣接する領域で、且つレチクルアライメント光学系4の
観察視野内にアライメントマーク28が形成されてい
る。
【0005】そして、XYステージ10を所定位置に位
置決めすると、基準パターン板6上の指標マーク27は
レチクルアライメント光学系4で投影光学系1を通して
観察可能となり、このとき同時にウエハアライメント光
学系12では基準マーク26を観察できるように構成さ
れていた。この状態で、レチクルアライメント光学系4
により、指標マーク27に対するアライメントマーク2
8の位置ずれ量を検出し、並行してウエハアライメント
光学系12により基準マーク26に対するこのウエハア
ライメント光学系12の観察中心の位置ずれ量を検出す
ることにより、基準パターン板6に対するレチクル2の
位置と、基準パターン板6に対するウエハアライメント
光学系12の位置とが同時に計測されていた。
【0006】更に、予め指標マーク27と基準マーク2
6との間隔が正確に計測されており、その間隔及び検出
された位置ずれ量より、レチクル2のパターンの露光中
心とウエハアライメント光学系12の検出中心との間
隔、即ち所謂ベースライン量も求められていた。このよ
うにベースライン量が求められると、後はウエハアライ
メント光学系12により計測されたウエハの各ショット
領域の座標値を、そのベースライン量で補正して得られ
る座標値に基づいてXYステージ10を駆動することに
より、ウエハ上の各ショット領域をそれぞれレチクル2
のパターンの投影位置に正確に重ね合わせることができ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の投
影露光装置では、基準パターン板6上のマークに基づい
てウエハアライメント光学系12のベースライン量が計
測されていた。しかしながら、従来の基準パターン板6
はZステージ24上の載物台25上に固定されていたた
め、Z方向への位置調整は行えるが、傾斜角の調整がで
きないという不都合があった。
【0008】このため、例えば大気圧変動、又は露光用
の照明光の照射による投影光学系1への熱的負荷等によ
って、投影光学系1の像面、即ちレチクルアライメント
光学系4のベストフォーカス面と、ウエハアライメント
光学系12のベストフォーカス面と間に相対的なずれが
生じると、基準パターン板6の表面を両光学系のベスト
フォーカス面に対して同時に合焦させることができなか
った。この結果、レチクルアライメント光学系4、又は
ウエハアライメント光学系12の少なくとも一方は、デ
フォーカスした状態でベースライン量を計測せざるを得
なかった。
【0009】この場合、図6に示すように、例えば基準
パターン板6の表面がレチクルアライメント光学系4に
対して合焦位置にあり、ウエハアライメント光学系12
に対してΔZだけデフォーカスした位置にあると、先ず
第1にはウエハアライメント光学系12で得られる信号
のコントラストが低下し、計測再現性が損なわれるとい
う不都合がある。第2には、仮にYZ平面内でウエハア
ライメント光学系12の光軸AX2が傾斜して、テレセ
ントリック性(テレセントリシティ)が悪化していると
きに、ΔZだけのデフォーカスがあると、ほぼその傾斜
角とデフォーカス量ΔZとの積で与えられるY方向への
計測誤差ΔYが生じてしまうという不都合がある。
【0010】本発明は斯かる点に鑑み、レチクルの位置
検出用のアライメント光学系、及びウエハの位置検出用
のアライメント光学系の両方を合焦状態で使用でき、そ
の結果としてレチクルのパターンの露光中心と、ウエハ
の位置検出用のアライメント光学系の検出中心との間隔
(ベースライン量)を常に正確に検出できる投影露光装
置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、マスク(2)上の転写用のパターンの像を感光基
板(W)上に投影する投影光学系(1)と、その感光基
板を投影光学系(1)の光軸に垂直な平面内で移動する
基板ステージ(10)と、この基板ステージにより感光
基板(W)と共に移動され、第1及び第2の基準パター
ン(18A,17)が形成された基準パターン部材
(6)と、感光基板(W)上に形成された位置合わせ用
のマークの位置を計測する基板側のアライメント用計測
手段(12)と、マスク(2)上に形成された位置合わ
せ用のマーク(3A)と基準パターン部材(6)上に形
成された第1の基準パターン(18A)との相対位置関
係を投影光学系(1)を介して計測するマスク側のアラ
イメント用計測手段(4A)とを有し、第1の基準パタ
ーン(18A)に対するマスク(2)の相対的な位置ず
れ量をマスク側のアライメント用計測手段(4A)によ
り計測するのと並行して、第2の基準パターン(17)
の位置を基板側のアライメント用計測手段(12)によ
り計測することにより、マスク(2)と基板側のアライ
メント用計測手段(12)との相対的な位置関係(ベー
スライン量等)を求める投影露光装置において、基板ス
テージ(10)上に、基準パターン部材(6)の表面の
投影光学系(1)の光軸方向の位置、及び傾斜角を調整
する高さ傾斜補正テーブル(5)を設けたものである。
【0012】この場合、高さ傾斜補正テーブル(5)上
に基準パターン部材(6)と並列に感光基板(W)も載
置されることが望ましい。また、基準パターン部材
(6)の投影光学系(1)に対する合焦点からの焦点ず
れ量を検出する焦点位置検出手段(13,15)と、こ
の焦点位置検出手段の検出結果より基準パターン部材
(6)の基板側のアライメント用計測手段(12)に対
する合焦点からの焦点ずれ量を算出するオフセット演算
手段(16)とを設け、焦点位置検出手段(13,1
5)の検出結果、及びオフセット演算手段(16)の演
算結果に基づいて高さ傾斜補正テーブル(5)を介して
基準パターン部材(6)の高さ及び傾斜角を調整するよ
うにしてもよい。
【0013】この場合、そのオフセット演算手段(1
6)は、大気圧の変化や露光用の照明光の照射等による
投影光学系(1)の像面の変動量や、大気圧の変化等に
よる基板側のアライメント用計測手段(12)の合焦点
の変動量でその焦点ずれ量を補正することが望ましい。
【0014】
【作用】斯かる本発明によれば、高さ傾斜補正テーブル
(6)上に基準パターン部材(6)が設置されているた
め、例えばマスク(2)の位置と基板側のアライメント
用計測手段(12)の検出中心との間隔(ベースライン
量)を計測する際には、基準パターン部材(6)の観察
面がマスク側のアライメント用計測手段(4A)のベス
トフォーカス位置、及び基板側のアライメント用計測手
段(12)のベストフォーカス位置を通るように、基準
パターン部材(6)の高さ及び傾斜角を設定する。これ
により、両方のアライメント用計測手段(4A,12)
でデフォーカスによる計測再現性の悪化がなくなり、且
つ光学系の光軸の倒れ角(テレセントリシティ)とデフ
ォーカスとの積で与えられる計測誤差の混入が回避され
る。
【0015】
【実施例】以下、本発明による投影露光装置の一実施例
につき図1〜図5を参照して説明する。図1は本実施例
の投影露光装置の要部を示し、この図1において、レチ
クル2の下方に投影光学系1が配置されている。ここ
で、投影光学系1の光軸に平行にZ軸を取し、Z軸に垂
直な平面の直交座標系をX軸、及びY軸とする。このと
き、レチクル2のパターン領域のX軸に平行な方向(X
方向)の両側に十字型の遮光パターンよりなるアライメ
ントマーク3A及び4Bが形成され、アライメントマー
ク3A及び3Bの上方にそれぞれレチクルアライメント
光学系4A及び4Bが配置されている。
【0016】また、投影光学系1に関してレチクル2と
共役な側に、X軸に平行な方向(X方向)、及びY方向
に移動自在なXYステージ10が配され、XYステージ
10上にフォーカス調整、及びレベリング調整用の3個
の上下動機構9A,9B,9Cを介してZレベリングテ
ーブル5が支持されている。3個の上下動機構9A〜9
Cは、主制御系11からの制御信号のもとで、互いに独
立にZ方向に所定範囲内で伸縮できるように構成されて
いる。これによりZレベリングテーブル5を投影光学系
1の光軸に平行なZ方向に移動できると共に、Zレベリ
ングテーブル5の傾斜角を投影光学系1の像面付近で微
調整できるようになっている。また、XYステージ10
の2次元座標は不図示のレーザ干渉計により計測され、
この計測結果に基づいて主制御系11がXYステージ1
0の動作を制御する。
【0017】本例のZレベリングテーブル5上には基準
パターン板6とウエハホルダ7とが並列に固定され、露
光時にはウエハホルダ7上に露光対象のウエハWが吸着
保持される。ウエハWの表面を投影光学系1の像面に合
致させたときに、基準パターン板6の表面もその像面に
ほぼ合致するように、基準パターン板6の高さ、及びウ
エハホルダ7の高さが設定されている。また、露光時に
はウエハホルダ7が投影光学系1の露光フィールド内に
設定され、不図示の照明光学系からの露光用の照明光の
もとで、レチクル2のパターンの投影光学系1を介した
像がウエハWの各ショット領域に投影露光される。
【0018】本例の基準パターン板6上には、レチクル
アライメント用の1対の指標マーク18A及び18B
と、ウエハアライメント用の基準マーク17とが形成さ
れている。指標マーク18A及び18Bは、レチクルア
ライメント時には、それぞれ底面側から露光用の照明光
と同じ波長帯の照明光で投影光学系1側に照明される。
また、投影光学系1の−Y方向の側面部にオフ・アクシ
ス方式のウエハアライメント光学系12が設けられてい
る。
【0019】図2は、基準パターン板6上の指標マーク
及び基準マークを対応するアライメント光学系での観察
像の形で示し、この図2において、図1のレチクルアラ
イメント光学系4A及び4Bのそれぞれの観察視野4A
a及び4Ba内に、図1の指標マーク18Aの投影光学
系1を介した像18AP、及び指標マーク18Bの像1
8BPが形成されている。指標マーク18A及び18B
は、共通にX方向に所定間隔で離れた2本の線状パター
ン、及びY方向に所定間隔で離れた2本の線状パターン
より構成されている。レチクルアライメント時には、観
察視野4Aa及び4Ba内にそれぞれ図1のレチクル2
のアライメントマーク3A及び3Bが納まり、図1のレ
チクルアライメント光学系4A,4Bはそれぞれ指標マ
ークの像18AP,18BP及びアライメントマーク3
A,3Bの像を撮像する。これら撮像信号を処理するこ
とにより、基準パターン板6上の指標マーク18A,1
8Bを基準とするアライメントマーク3A,3Bの位置
ずれ量が検出され、この検出結果が主制御系11に供給
される。
【0020】一方、図1のウエハアライメント光学系1
2の観察視野12a内に、図1の基準マーク17の像1
7Pが形成され、ウエハアライメント光学系12では、
内部に配置された指標マーク19及びその像17Pの像
を撮像素子により撮像する。この撮像信号を処理するこ
とにより基準マーク17に対する指標マーク19の位置
ずれ量が検出され、この検出結果が主制御系11に供給
される。
【0021】また、図2において、指標マーク18A及
び18B(図2ではこれらの像18AP及び18BPで
表されている)の中心を通る直線はX軸に平行であり、
基準マーク17(図2ではこの像17Pで表されてい
る)の中心を通りY軸に平行な直線が指標マーク18
A,18Bの中心の中点を通る、即ち基準マーク17の
中心を通りY軸に平行な直線から指標マーク18A,1
8Bの中心までの間隔が共にL1 となるように配置され
ている。更に、指標マーク18A,18Bの中心を通り
X軸に平行な直線から基準マーク17までの間隔はL0
となるように配置されている。
【0022】図1に戻り、レチクルアライメント時に
は、XYステージ10を駆動することにより、基準パタ
ーン板6の指標マーク18A及び18Bがそれぞれレチ
クル2上のアライメントマーク3A及び3Bとほぼ共役
な位置に来るように、基準パターン板6が位置決めされ
る。この際に、一方のレチクルアライメント光学系4A
は、投影光学系1を介した指標マーク18Aの像とアラ
イメントマーク3Aとを同時に観察でき、他方のレチク
ルアライメント光学系4Bは、投影光学系1を介した指
標マーク18Bの像とアライメントマーク3Bとを同時
に観察できるようになっている。更に、この状態で同時
に、基準パターン板6上の基準マーク17をウエハアラ
イメント光学系12にて観察できるように構成されてい
る。
【0023】次に、ウエハWの表面、又は基準パターン
板6の表面のZ方向の位置(フォーカス位置)を検出す
るためのフォーカス位置検出系(以下、「AFセンサ」
という)の構成につき説明する。先ず、AFセンサの送
光系13から射出されたウエハW上のフォトレジストに
対して非感光性の検出光により、投影光学系1の光軸に
対して斜めに投影光学系1の露光フィールドの中央(光
軸上)の計測点にスリット像14が投影される。図1で
はそのスリット像14が、基準パターン板6上の指標マ
ーク18A,18Bの中点付近に投影されている。その
基準パターン板6上の中点でのフォーカス位置をそれぞ
れ指標マーク18A,18Bでのフォーカス位置と近似
的にみなすことができる。その計測点からの反射光が、
受光系15内の振動スリット板上にスリット像を再結像
し、その振動スリット板を通過した光束が、受光系15
内の光電検出器により光電変換され、この光電変換信号
が内部の同期検波回路において、振動スリット板の駆動
信号に同期して同期検波され、得られたフォーカス信号
AFがオフセット演算部16に供給される。
【0024】この場合、基準パターン板6の表面のフォ
ーカス位置が変化するとそのフォーカス信号SAFが所定
範囲内でほぼ線形に変化するため、逆にそのフォーカス
信号SAFから基準パターン板6のフォーカス位置が検出
される。また、予め露光開始前に、基準パターン板6の
表面が投影光学系1の像面、即ちレチクルアライメント
光学系4A,4Bのベストフォーカス面に合致している
状態で、そのフォーカス信号SAFが0となるように光学
系の調整が行われている。従って、オフセット演算部1
6ではそのフォーカス信号SAFの値から、基準パターン
板6の表面の投影光学系1の像面からのずれ量(デフォ
ーカス量)ΔZ1 を求めて主制御系11に供給する。更
に本例では、予め上下動機構9A〜9Cが所定の基準の
高さにある状態で、投影光学系1の像面のフォーカス位
置と、ウエハアライメント光学系12のベストフォーカ
ス面のフォーカス位置とのずれ量がフォーカスオフセッ
トδOFF として記憶され、そのデフォーカス量ΔZ1
フォーカスオフセットδOF F を加算して得られたデフォ
ーカス量(ΔZ1 +δOFF )が、ウエハアライメント光
学系12に対する基準パターン板6のデフォーカス量と
して主制御系11に供給される。
【0025】主制御系11では、レチクルアライメント
時に、オフセット演算部16からの2つのデフォーカス
量ΔZ1 及び(ΔZ1 +δOFF )に基づいて3個の上下
動機構9A〜9Cの高さ(伸縮量)を調整して、基準パ
ターン板6の高さ及び傾斜角の調整を行う。なお、ウエ
ハアライメント光学系12内にも焦点位置検出系を独立
に設け、この焦点位置検出系により基準パターン板6の
表面のフォーカス位置のウエハアライメント光学系12
のベストフォーカス面からのデフォーカス量を直接検出
してもよい。
【0026】主制御系11は大気圧変動、投影光学系1
への露光光照射といった、投影光学系1の像面変動をひ
きおこす各種の要因を監視しており、投影光学系1を含
むレチクルアライメント光学系4A,4Bのベストフォ
ーカス面の位置の変動量ΔZ R を算出している。従っ
て、実際のレチクルアライメント光学系4A,4Bのベ
ストフォーカス面のデフォーカス量は(ΔZ1 −Δ
R )となる。また、大気圧等によるウエハアライメン
ト光学系12のベストフォーカス面の変動量も問題とな
るときには、主制御系11はその変動量ΔZW の算出も
行う。この場合のウエハアライメント光学系12のデフ
ォーカス量は(ΔZ1 +δOFF −ΔZW )となる。主制
御系11はこれらの補正後のデフォーカス量に基づいて
基準パターン板6の高さ及び傾斜角を制御する。
【0027】ここで、図3を参照して、本実施例で使用
されている上下動機構9A〜9Cの構成例につき説明す
る。図3は、上下動機構9Aの断面図であり、この図3
において、図1のXYステージ10上に駆動機構ハウジ
ング40が固定され、駆動機構ハウジング40内に送り
ねじ41が回転自在に収納され、送りねじ41の左端に
カップリング42を介してロータリモータ43が接続さ
れ、送りねじ41の右端にカップリング44を介して回
転角検出用のロータリエンコーダ45が接続されてい
る。また、送りねじ41にナット39が螺合され、ナッ
ト39に支柱38を介して上端が傾斜した斜面部36が
固定され、斜面部36の上端に回転体35Aが接触して
いる。回転体35Aは、図1のZレベリングテーブル5
内に回転自在に、且つ横方向には移動できないように埋
め込まれている。
【0028】また、斜面部36は直線ガイド37に沿っ
て送りねじ41に平行な方向に移動できるように支持さ
れている。この場合、図1の主制御系11からの駆動指
令がロータリモータ43に供給され、ロータリモータ4
3は指示された駆動回転角速度で送りねじ41を回転す
る。これにより、ナット39が送りねじ41に沿ってR
方向に移動し、斜面部36も送りねじ41に沿って移動
する。従って、斜面部36の上端に接触する回転体35
Aは、回転しながら駆動機構ハウジング40に対して上
下方向(Z方向)に変位する。また、送りねじ43の回
転角をロータリエンコーダ45により計測することによ
り、回転体35Aの上下方向への変位量が検出される。
他の上下動機構9B,9Cも同じ構成である。
【0029】なお、上下動機構9A〜9Cは、図3のよ
うにロータリーモータを使用する方式の外に、例えばピ
エゾ素子等から構成してもよい。上述の如く構成された
本例の投影露光装置の動作につき図4のフローチャート
を参照して説明する。以下の動作説明では、図1におい
て、ウエハWの各ショット領域にはそれまでの工程によ
り回路パターンが形成されていると共に、その各ショッ
ト領域にはそれぞれ位置合わせ用のマーク(ウエハマー
ク)が形成されているものとして、それら各ショット領
域とレチクル2のパターンの投影像とを正確に重ね合わ
せて露光を行う場合につき説明する。
【0030】先ず、図4のステップ101において、レ
チクルアライメントを行う。即ち、図1のレチクルアラ
イメント光学系4A,4Bから基準パターン板6上の指
標マーク18A,18Bがそれぞれ観察できるようにX
Yステージ10を位置決めする。更に、主制御系11
は、オフセット演算部16から供給されるレチクルアラ
イメント光学系4A,4Bに対するデフォーカス量ΔZ
1 に基づいて、上下動機構9A〜9Cの伸縮量を制御
し、基準パターン板6の表面をレチクルアライメント光
学系4A,4Bに合焦させる。この状態で、レチクルア
ライメント光学系4A及び4Bの観察視野内で、基準パ
ターン板6上のレチクルアライメント用の指標マーク1
8A及び18Bの像に対して、それぞれレチクル2上の
アライメントマーク3A及び3Bがほぼ重なるようにレ
チクル2の位置を微調整する。これで、レチクルアライ
メントが完了する。
【0031】次のステップ102において、ベースライ
ン計測を行う。即ち、レチクル2のパターンの投影像の
中心から、ウエハアライメント光学系12の観察中心ま
でのX方向、及びY方向への相対的な距離(ベースライ
ン量)を求める。このため先ず、主制御系11は、オフ
セット演算部16から供給されるウエハアライメント光
学系12に対する基準パターン板6のデフォーカス量
(ΔZ1 +δOFF )をも用いて、レチクルアライメント
光学系4A,4Bと同時に、ウエハアライメント光学系
12に対しても同時に基準パターン板6の表面が合焦す
るように、上下動機構9A〜9Cの伸縮量を制御する。
【0032】図5は、同時に合焦が行われた状態を示す
側面図であり、この図5において、基準パターン板6の
表面(Zレベリングテーブル5の表面と平行)はXYス
テージ10の走り面に対してYZ平面内で反時計方向に
角度θだけ傾斜しており、これにより基準パターン板6
の表面にレチクルアライメント光学系4A,4Bの光軸
上のベストフォーカス点23A,23B、及びウエハア
ライメント光学系12の光軸上のベストフォーカス点2
2が位置している。また、レチクルアライメント光学系
4A,4Bのベストフォーカス点23A,23Bのフォ
ーカス位置と、ウエハアライメント光学系12のベスト
フォーカス点のフォーカス位置との差分ΔZ2 は、本例
では図1のオフセット演算部16内に記憶されているフ
ォーカスオフセットδOFF に主制御系11で露光光吸収
等による像面変動の補正をして求められる値である。
【0033】このように本例では、レチクルアライメン
ト光学系4A,4B、及びウエハアライメント光学系1
2の双方に対して合焦状態でベースライン計測が行われ
る。従って、デフォーカスによる計測誤差が生じないと
共に、仮にウエハアライメント光学系12の光軸がZ軸
に対して傾斜してテレセントリック性が崩れているとき
でも、その傾斜角とデフォーカス量との積にほぼ比例す
る計測誤差が生じない利点がある。
【0034】次に、図2は合焦状態でのレチクルアライ
メント光学系4A,4B、及びウエハアライメント光学
系12による観察視野を示し、この図2において、レチ
クルアライメント光学系4A及び4Bの対応する観察視
野内4Aa及び4Ba内には、それぞれレチクル2上の
アライメントマーク3A及び3Bと、基準パターン板6
上に形成された指標マークの像18AP及び18BPと
が重ねて観察される。同時に、ウエハアライメント光学
系12の観察視野12a内には、ウエハアライメント光
学系の内部の指標マーク19と、基準パターン板6上に
形成された基準マークの像17Pとが重ねて観察でき
る。
【0035】ここで、画像処理等の手法を用いて、基準
パターン板6上の指標マーク18Aに対するアライメン
トマーク3AのX方向及びY方向へのずれ量(ΔXr1
ΔY r1)、指標マーク18Bに対するアライメントマー
ク3Bのずれ量(ΔXr2,ΔYr2)、及び基準パターン
板6上の基準マーク17に対するウエハアライメント光
学系12の指標マーク19のずれ量(ΔXw ,ΔYw
を求める。なお、図2では、説明の便宜上、+X方向及
び+Y方向へのずれ量を符号無しの値で示し、−X方向
及び−Y方向へのずれ量にマイナス符号を付して表して
いる。
【0036】この実施例においては、レチクルアライメ
ント光学系4A,4Bは2系統用いられており、上記の
計測結果から基準パターン板6に対するレチクル2のパ
ターンの投影像の中心のX方向及びY方向への位置ずれ
量ΔXr ,ΔYr は、次のようになる。 ΔXr =1/2(ΔXr1+ΔXr2) (1) ΔYr =1/2(ΔYr1+ΔYr2) (2)
【0037】また、本実施例においては図2に示すよう
に、レチクルアライメント用の指標マーク18A,18
B(これらの像18AP,18BPで表されている)の
中点と、ウエハアライメント用の基準マーク17(この
像17Pで表されている)との相対距離は、X方向に関
しては0、Y方向に関してはL0 である。しかし、ベー
スライン計測時において図5に示すように、基準パター
ン板6の表面がXYステージ10の走り方向に対して角
度θで傾斜しているとすると、XYステージ10の走り
面に射影された指標マーク18A,18Bの中点と基準
マーク17とのX方向、及びY方向への相対距離δx,
δyは、次のようになる。
【0038】δx=0 (3) δy=Lcos θ (4) 以上より、求めるX方向、及びY方向へのベースライン
量Bx,Byは、それぞれ次のように表される。 Bx=δx+ΔXr −ΔXw =1/2(ΔXr1+ΔXr2)−ΔXw (5) By=δy+ΔYr −ΔYw =Lcos θ+1/2(ΔYr1+ΔYr2)−ΔYw (6) 以上で、ベースライン計測が完了する。
【0039】次に、図4のステップ103において、図
1のウエハホルダ7上に露光対象のウエハWが載置さ
れ、次のステップ104において、ウエハアライメント
が行われる。ウエハアライメント工程では、ウエハW上
の各ショット領域に付設されたウエハマーク(ウエハア
ライメントマーク)中の所定個数のウエハマークの位置
を、XYステージ10をステッピング駆動しつつウエハ
アライメント光学系12を介して測定する。この計測の
際もベースライン計測時と同様に、ウエハマークはウエ
ハアライメント光学系12に対して合焦するよう、上下
動機構9A〜9Cが駆動される。これは、ベースライン
計測時と同じくデフォーカスによる計測再現性の悪化や
テレセントリック性の崩れによる誤差の混入を防ぐため
である。
【0040】以上のような計測の結果、ウエハアライメ
ント光学系12を基準としたウエハW上の各ウエハマー
クの配列、即ち前工程でウエハW上に形成されたショッ
ト領域の配列(ショット配列)が求まる。この計測結果
とステップ102で求めたベースライン量とより、レチ
クル2のパターンの投影像を基準としたショット配列が
求められる。これに基づき、ステップ105において、
ステップ・アンド・リピート方式でウエハW上の各ショ
ット領域に順次レチクル2のパターンの投影像を露光す
ることで、ウエハWに対する一連の処理が完了する。次
のステップ106で他に露光すべきウエハがあるかどう
かを判定し、露光すべきウエハがあるときにはステップ
103に戻ってウエハの交換を行ってからウエハアライ
メント及び露光を繰り返し、ステップ106で露光すべ
きウエハが尽きたときに工程が終了する。
【0041】なお、上述実施例ではレチクルアライメン
ト光学系4A,4B、及びウエハアライメント光学系1
2共に撮像方式、即ちFIA(Field Image Alignment
)方式となっている。しかしながら、例えばウエハア
ライメント光学系12として、回折格子状のウエハマー
クに対して複数方向からレーザビームを照射し、同一方
向に発生する回折光の干渉光の位相からそのウエハマー
クの位置を検出する2光束干渉方式のアライメント系を
使用する場合にも、本発明が適用できる。
【0042】更に、レチクルアライメント光学系4A,
4Bとして、ウエハステージを走査してウエハステージ
上の発光スリットの位置をレチクルの上方で検出する所
謂ISS(Imaging Slit Sensor )方式のアライメント
系を使用し、ウエハアライメント光学系12としてドッ
トパターン列からなるウエハマークをスリット状に集光
されたレーザビームで相対走査する所謂LSA(レーザ
・ステップ・アライメント)方式のアライメント系を使
用するような場合にも、本発明が適用できる。
【0043】また、上述実施例で使用されているZレベ
リングテーブル5は、フォーカス調整とレベリング調整
との両方が同時にできるが、その代わりに、Zステージ
上にレベリング調整のみができるレベリングテーブルを
載置した構成のステージを使用してもよい。更に、レベ
リングテーブルを2つに分けて、ウエハの傾斜補正と基
準パターン板6の傾斜補正とを独立のレベリングテーブ
ルで行うようにしてもよい。但し、1つのZレベリング
テーブル5でウエハと基準パターン板6との両方のフォ
ーカス位置、及び傾斜角の調整を行う場合には構成が簡
略である。
【0044】このように、本発明は上述実施例に限定さ
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。
【0045】
【発明の効果】本発明によれば、ベースライン計測時に
計測対象となる基準パターン部材(基準パターン板)
を、複数のアライメント用計測手段に対して同時に合焦
させることができる。従って、マスク側のアライメント
用計測手段(レチクルの位置検出用のアライメント光学
系)、及び基板側のアライメント用計測手段(ウエハの
位置検出用のアライメント光学系)の両方を合焦状態で
使用でき、その結果としてマスクのパターンの露光中心
と、基板側のアライメント用計測手段の検出中心との間
隔(ベースライン量)を常に正確に検出できる利点があ
る。
【0046】そのため、アライメント用計測手段の光軸
の倒れ(テレセントリック性の崩れ)がある場合でも、
ほぼデフォーカス量とそのテレセントリック性の崩れ量
との積で与えられる計測誤差の混入を抑えることができ
る。また、高さ傾斜補正テーブル上に基準パターン部材
と並列に感光基板も載置するときには、ステージ系の構
成が簡略である。
【0047】また、基準パターン部材の投影光学系に対
する合焦点からの焦点ずれ量を検出する焦点位置検出手
段と、この焦点位置検出手段の検出結果より基準パター
ン部材の基板側のアライメント用計測手段に対する合焦
点からの焦点ずれ量を算出するオフセット演算手段とを
設け、その焦点位置検出手段の検出結果、及びそのオフ
セット演算手段の演算結果に基づいてその高さ傾斜補正
テーブルを介してその基準パターン部材の高さ及び傾斜
角を調整するときには、1つの焦点位置検出系を使用す
るだけで2つのアライメント用計測手段に対する合焦を
正確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一実施例の要部を
示す斜視図である。
【図2】ベースライン計測時のレチクルアライメント光
学系、及びウエハアライメント光学系による観察視野内
の各マーク(又は各マークの像)の様子を示す図であ
る。
【図3】図1中の上下動機構9Aの構成例を示す一部を
断面とした図である。
【図4】実施例におけるベースライン計測を含む露光時
の動作の一例を示すフローチャートである。
【図5】実施例におけるベースライン計測時の基準パタ
ーン板6の傾斜状態を示す側面図である。
【図6】従来の投影露光装置におけるベースライン計測
時の基準パターン板6の状態を示す側面図である。
【符号の説明】 1 投影光学系 2 レチクル 3A,3B アライメントマーク 4A,4B レチクルアライメント光学系 5 Zレベリングテーブル 6 基準パターン板 7 ウエハホルダ 9A〜9C 上下動機構 10 XYステージ 13 AFセンサの送光系 15 AFセンサの受光系 16 オフセット演算部 17 ウエハアライメント用の基準マーク 18A,18B レチクルアライメント用の指標マーク 19 ウエハアライメント用の指標マーク

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マスク上の転写用のパターンの像を感光
    基板上に投影する投影光学系と、 前記感光基板を前記投影光学系の光軸に垂直な平面内で
    移動する基板ステージと、 該基板ステージにより前記感光基板と共に移動され、第
    1及び第2の基準パターンが形成された基準パターン部
    材と、 前記感光基板上に形成された位置合わせ用のマークの位
    置を計測する基板側のアライメント用計測手段と、 前記マスク上に形成された位置合わせ用のマークと前記
    基準パターン部材上に形成された前記第1の基準パター
    ンとの相対位置関係を前記投影光学系を介して計測する
    マスク側のアライメント用計測手段と、を有し、 前記第1の基準パターンに対する前記マスクの相対的な
    位置ずれ量を前記マスク側のアライメント用計測手段に
    より計測するのと並行して、前記第2の基準パターンの
    位置を前記基板側のアライメント用計測手段により計測
    することにより、前記マスクと前記基板側のアライメン
    ト用計測手段との相対的な位置関係を求める投影露光装
    置において、 前記基板ステージ上に、前記基準パターン部材の表面の
    前記投影光学系の光軸方向の位置、及び傾斜角を調整す
    る高さ傾斜補正テーブルを設けたことを特徴とする投影
    露光装置。
  2. 【請求項2】 前記高さ傾斜補正テーブル上に前記基準
    パターン部材と並列に前記感光基板も載置されることを
    特徴とする請求項1記載の投影露光装置。
  3. 【請求項3】 前記基準パターン部材の前記投影光学系
    に対する合焦点からの焦点ずれ量を検出する焦点位置検
    出手段と、 該焦点位置検出手段の検出結果より前記基準パターン部
    材の前記基板側のアライメント用計測手段に対する合焦
    点からの焦点ずれ量を算出するオフセット演算手段とを
    設け、 前記焦点位置検出手段の検出結果、及び前記オフセット
    演算手段の演算結果に基づいて前記高さ傾斜補正テーブ
    ルを介して前記基準パターン部材の高さ及び傾斜角を調
    整することを特徴とする請求項1、又は2記載の投影露
    光装置。
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