JPH09199573A - Positioning stage apparatus and aligner using the same - Google Patents

Positioning stage apparatus and aligner using the same

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JPH09199573A
JPH09199573A JP2186296A JP2186296A JPH09199573A JP H09199573 A JPH09199573 A JP H09199573A JP 2186296 A JP2186296 A JP 2186296A JP 2186296 A JP2186296 A JP 2186296A JP H09199573 A JPH09199573 A JP H09199573A
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JP
Japan
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stage
wafer
positioning stage
light
exposure
Prior art date
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Pending
Application number
JP2186296A
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Japanese (ja)
Inventor
Kensho Murata
憲昭 村田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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Publication of JPH09199573A publication Critical patent/JPH09199573A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To correct an Abbe error in a wafer stage. SOLUTION: A wafer stage 4 for holding a wafer W1 has an XY stage 10, a leveling stage 11, and a wafer chuck 12, a tilt angle of the leveling stage 11 being adjusted based on an output of a wafer focus sensor 7. A laser beam M1 for measurement of positions of the wafer W1 in X and Y directions is partly separated as a monitor beam M2 by a half mirror 9a, and guided to a position sensor 9b to measure a positional displacement of the monitor beam M2 and to calculate an Abbe error on the basis of the measured displacement and the tilt angle of the leveling stage 11.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路を
製造するための露光装置等に用いられる高精度の位置決
めステージ装置およびこれを用いた露光装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a highly accurate positioning stage device used in an exposure apparatus or the like for manufacturing a semiconductor integrated circuit, and an exposure apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路を製造するための露光装
置は、ウエハ等基板の複数の露光領域を順次投影光学系
の結像面に移動させて露光するステップアンドリピート
方式の露光装置(ステッパ)が主流であり、このような
露光装置においては、前記基板をレチクル等原版に対し
て高精度で位置決めするための位置決めステージ装置を
必要とする。
2. Description of the Related Art An exposure apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit is a step-and-repeat type exposure apparatus (stepper) in which a plurality of exposure regions of a substrate such as a wafer are sequentially moved to an image plane of a projection optical system for exposure. However, such an exposure apparatus requires a positioning stage device for positioning the substrate with respect to an original plate such as a reticle with high accuracy.

【0003】図4は一般的なステッパを説明するもの
で、これは、光源101から発生される露光光の光軸0
に沿って配設されたレチクルステージ102、投影光学
系103、ウエハステージ104を有し、ウエハステー
ジ104は、公知のXYステージ110と、これに載置
されたレベリングステージ111と該レベリングステー
ジ111に保持されたウエハチャック112を備えてい
る。
FIG. 4 illustrates a general stepper, which is the optical axis 0 of the exposure light generated from the light source 101.
A reticle stage 102, a projection optical system 103, and a wafer stage 104 are arranged along the wafer stage 104. The wafer stage 104 includes a well-known XY stage 110, a leveling stage 111 mounted on the XY stage 110, and the leveling stage 111. The held wafer chuck 112 is provided.

【0004】XYステージ110の底面110aは高い
面精度(平坦度と平滑度)に仕上げ加工され、露光装置
の定盤105の上面に設けられた案内面105aに対向
しており、該案内面105aとXYステージ110の底
面110aの間は、図示しない静圧空気軸受によって非
接触に保たれている。また、XYステージ110は、露
光光の光軸0(Z軸)に垂直な2軸(X軸、Y軸)の方
向にそれぞれリニアモータ等によって直線駆動されるX
ステージとYステージからなり、Yステージは、定盤1
05に立設されたYガイド106の側面の案内面106
aによって図示しない静圧空気軸受を介して非接触でY
軸方向に案内され、Xステージも、Yステージに立設さ
れたXガイドによって静圧空気軸受を介して非接触でX
軸方向に案内される。XYステージ104はこのように
定盤105上に非接触で支持され、前記リニアモータ等
によってXY平面内の任意の位置に高精度で位置決めさ
れる。
The bottom surface 110a of the XY stage 110 is finished with high surface accuracy (flatness and smoothness) and faces the guide surface 105a provided on the upper surface of the surface plate 105 of the exposure apparatus. The bottom surface 110a of the XY stage 110 and the bottom surface 110a of the XY stage 110 are kept in non-contact by a static pressure air bearing (not shown). The XY stage 110 is linearly driven by a linear motor or the like in the directions of two axes (X axis and Y axis) perpendicular to the optical axis 0 (Z axis) of the exposure light.
It consists of a stage and a Y stage, and the Y stage is a surface plate 1
Guide surface 106 on the side surface of the Y guide 106 that is erected on 05.
a through a static pressure air bearing (not shown) without contacting Y
It is guided in the axial direction, and the X stage is also in non-contact with the X guide installed upright on the Y stage via a static pressure air bearing.
Guided in the axial direction. The XY stage 104 is thus supported on the surface plate 105 in a non-contact manner, and is positioned with high accuracy at an arbitrary position in the XY plane by the linear motor or the like.

【0005】XYステージ110に載置されたレベリン
グステージ111は、その傾斜角度を微調節自在に構成
される。ウエハチャック112上のウエハW0 の表面に
うねりや傾斜があると、投影光学系103の結像面S0
すなわち焦点位置からウエハW0 の表面がずれて焦点ぼ
けを発生するおそれがある。そこで、ウエハフォーカス
センサ107を用いてウエハW0 の露光領域ごとにその
表面の傾きを検出し、該検出値に基づいてレベリングス
テージ111の傾斜角度を調節することで前記焦点ぼけ
を回避する。
The leveling stage 111 mounted on the XY stage 110 is constructed so that its tilt angle can be finely adjusted. If the surface of the wafer W 0 on the wafer chuck 112 has a waviness or an inclination, the image forming surface S 0 of the projection optical system 103 will be described.
That is, the surface of the wafer W 0 may deviate from the focus position and defocus may occur. Therefore, the wafer focus sensor 107 is used to detect the tilt of the surface of the wafer W 0 for each exposure area, and the tilt angle of the leveling stage 111 is adjusted based on the detected value to avoid the defocus.

【0006】近年では、半導体集積回路の必要線幅がサ
ブミクロン程度に縮小し、このために、投影光学系10
3には開口数(NA)が大きくて露光フィールドが広く
従って焦点深度の浅いものが用いられる傾向にある。そ
こでウエハW0 の各露光領域ごとにレベリングステージ
111の傾斜角度を調節して投影光学系103の結像面
0 に対するウエハW0 の表面の傾斜を零にする位置決
め工程が必要である。
In recent years, the required line width of a semiconductor integrated circuit has been reduced to about submicron. For this reason, the projection optical system 10
3 has a large numerical aperture (NA) and a wide exposure field, and therefore tends to have a shallow depth of focus. So positioning step to zero the inclination of the surface of the wafer W 0 for imaging surface S 0 of the tilt angle adjusting to the projection optical system 103 of the leveling stage 111 for each exposure area of the wafer W 0 is required.

【0007】光源101から発生された露光光は、レチ
クルステージ102に保持されたレチクルR0 の微細パ
ターンを投影光学系103を経てウエハW0 に投影し、
これを露光する。露光前や露光中のウエハW0 のXY方
向の位置は、レベリングステージ111と一体であるミ
ラー108に計測用のレーザ光M0 を照射し、その反射
光によって干渉縞を得る干渉計109によって計測され
る。XYステージ110は干渉計109の出力に基づい
て駆動され、このようにしてウエハW0 とレチクルR0
のアライメントが高精度で管理される。
The exposure light generated from the light source 101 projects a fine pattern of the reticle R 0 held on the reticle stage 102 onto the wafer W 0 via the projection optical system 103.
This is exposed. The position of the wafer W 0 in the XY directions before and during exposure is measured by an interferometer 109 which irradiates a mirror 108 integrated with the leveling stage 111 with a measurement laser beam M 0 and obtains an interference fringe by the reflected light. To be done. The XY stage 110 is driven based on the output of the interferometer 109, and thus the wafer W 0 and the reticle R 0 are processed.
The alignment of is managed with high accuracy.

【0008】ところが、ミラー108と一体であるレベ
リングステージ111は、前述のように、その傾斜角度
をウエハW0 の各露光領域の表面のうねりや傾斜に合わ
せて変化させるものであるため、干渉計109の計測値
にはレベリングステージ111の傾斜角度の変化に起因
する誤差、いわゆるアッベ誤差が発生する。
However, the leveling stage 111, which is integrated with the mirror 108, changes its tilt angle in accordance with the waviness and tilt of the surface of each exposure area of the wafer W 0 , as described above, and therefore, the interferometer. An error due to a change in the tilt angle of the leveling stage 111, a so-called Abbe error occurs in the measured value of 109.

【0009】図5に示すように、アッベ誤差△Lは以下
の式によって算出される。
As shown in FIG. 5, the Abbe error ΔL is calculated by the following equation.

【0010】 △L=νsinθ+(2Lc−Xm){1−cos(θ+β)} ・・・・・(1) ここで、ν:レーザ光M0 と投影光学系103の結像面
0 の高さの差 β:投影光学系103の結像面S0 に対するレーザ光M
0 の傾斜角度 θ:レベリングステージ111の傾斜角度 Lc:露光光の光軸0から干渉計109までの距離 Xm:露光光の光軸0からミラー108の反射面までの
距離 式(1)において、傾斜角度β、θはいずれも微小であ
るから、レーザ光M0と投影光学系103の結像面S0
の高さが同じでレーザ光M0 が投影光学系103の結像
面S0 に平行であれば、ν=0、β=0、従って、△L
≒0となってアッベ誤差に対する対策は不要となる。
ΔL = ν sin θ + (2Lc−Xm) {1-cos (θ + β)} (1) where ν: the height of the laser beam M 0 and the image plane S 0 of the projection optical system 103. Difference β: laser light M with respect to the image plane S 0 of the projection optical system 103
Inclination angle of 0 θ: Inclination angle of leveling stage 111 Lc: Distance from optical axis 0 of exposure light to interferometer 109 Xm: Distance from optical axis 0 of exposure light to reflection surface of mirror 108 In formula (1), Since the tilt angles β and θ are both very small, the laser beam M 0 and the image plane S 0 of the projection optical system 103 are not included.
Are the same and the laser light M 0 is parallel to the image plane S 0 of the projection optical system 103, ν = 0, β = 0, and therefore ΔL
Since ≈0, no countermeasure for Abbe error is required.

【0011】そこでステッパを設置するときにレーザ光
0 の高さと傾斜角度を投影光学系103の結像面S0
に対して上記のように厳密に合わせるか、あるいは、予
め、投影光学系103の結像面S0 に対するレーザ光M
0 の高さの差νと傾斜角度βを検出しておき、各露光サ
イクルごとに、式(1)によってアッベ誤差を算出して
干渉計109の計測値を補正する等の工夫がなされてい
る。
Therefore, when the stepper is installed, the height and tilt angle of the laser beam M 0 are set to the image plane S 0 of the projection optical system 103.
Or the laser light M for the image plane S 0 of the projection optical system 103 is adjusted in advance as described above.
The height difference 0 of 0 and the inclination angle β are detected, and the Abbe error is calculated for each exposure cycle by the equation (1) to correct the measurement value of the interferometer 109. .

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、ステッパを設置するときに計測用のレ
ーザ光を投影光学系の結像面の高さと傾斜角度に合わせ
る方法は、ステッパの周辺機器によるスペースの制約上
不可能であったり、ステッパの組立作業が極めて複雑に
なる等の不都合がある。加えてステッパを設置するとき
にレーザ光を投影光学系の結像面に合わせても、レーザ
光を発生するレーザヘッドが計測中に熱歪を起こしてそ
の発光方向が変化したり、あるいは露光中にステッパ本
体の熱歪等のために投影光学系の結像面の高さが変動す
ればアッベ誤差が発生するのを避けることができない。
However, according to the above-mentioned conventional technique, the method of adjusting the laser beam for measurement to the height and the tilt angle of the image plane of the projection optical system when the stepper is installed is the stepper periphery. There are inconveniences such as the impossibility of the space limitation of the equipment and the extremely complicated stepper assembly work. In addition, even if the laser light is aligned with the image plane of the projection optical system when the stepper is installed, the laser head that generates the laser light causes thermal distortion during measurement and its emission direction changes, or during exposure. In addition, if the height of the image plane of the projection optical system fluctuates due to thermal distortion of the stepper body, the Abbe error cannot be avoided.

【0013】また、予め計測用のレーザ光と投影光学系
の結像面の高さの差と傾斜角度を測定しておき、式
(1)によって補正する方法も、露光サイクルが進行す
るにつれてレーザヘッドの熱歪やステッパ本体の熱歪の
ためにレーザ光の発光方向等が変化すると適正な補正を
行なうことができない。
In addition, a method in which the difference in height between the measuring laser beam and the image plane of the projection optical system and the tilt angle are measured in advance and the correction is performed by the formula (1) is also performed as the exposure cycle progresses. If the emission direction of the laser light changes due to the thermal strain of the head or the thermal strain of the stepper body, proper correction cannot be performed.

【0014】本発明は、上記従来の技術の有する未解決
の課題に鑑みてなされたものであって、干渉計等の計測
値に含まれるアッベ誤差を適正に補正して極めて高精度
な位置決めを行なうことのできる位置決めステージ装置
およびこれを用いた露光装置を提供することを目的とす
るものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned unsolved problems of the prior art, and the Abbe error included in the measurement value of the interferometer or the like is appropriately corrected to perform extremely highly accurate positioning. An object of the present invention is to provide a positioning stage device that can be used and an exposure apparatus that uses the positioning stage device.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の位置決めステージ装置は、所定の基準面に
沿って移動自在である保持盤と、該保持盤の位置を計測
光によって計測する位置計測手段と、前記保持盤の前記
基準面に対する傾斜角度を調節するための傾斜角度調節
手段と、前記計測光の一部分をモニタ光として分離する
分離手段と、前記モニタ光の変位を検出する変位検出手
段を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a positioning stage device of the present invention measures a holding plate movable along a predetermined reference plane and the position of the holding plate by measuring light. Position measuring means, tilt angle adjusting means for adjusting the tilt angle of the holding plate with respect to the reference plane, separating means for separating a part of the measuring light as monitor light, and displacement for detecting displacement of the monitor light. It is characterized by having detection means.

【0016】変位検出手段の出力に基づいて位置計測手
段の出力を補正する補正手段が設けられているとよい。
Correction means for correcting the output of the position measuring means based on the output of the displacement detecting means may be provided.

【0017】分離手段がハーフミラーを有するとよい。The separating means may include a half mirror.

【0018】位置計測手段と分離手段と変位検出手段
が、低熱膨張材料で作られた支持体によって支持されて
いるとよい。
The position measuring means, the separating means, and the displacement detecting means may be supported by a support made of a low thermal expansion material.

【0019】[0019]

【作用】計測光によって保持盤の位置を計測する位置計
測手段の出力は、基準面に対する保持盤の傾斜角度が変
化するとアッベ誤差を発生するため、保持盤の傾斜角度
に基づいてアッベ誤差を算出し、位置計測手段の出力を
補正する。ところが、計測光の発光方向等が変動すると
このためにアッベ誤差が変化して適正な補正ができな
い。
The output of the position measuring means for measuring the position of the holding plate by the measuring light causes an Abbe error when the tilt angle of the holding plate changes with respect to the reference plane. Therefore, the Abbe error is calculated based on the tilt angle of the holding plate. Then, the output of the position measuring means is corrected. However, if the emission direction of the measurement light or the like changes, the Abbe error changes accordingly, and proper correction cannot be performed.

【0020】そこで、計測光の一部分をモニタ光として
分離し、変位検出手段に導入してその変位を検出し、得
られた検出値に基づいて正確なアッベ誤差を算出し、位
置計測手段の出力を補正する。このようにして保持盤の
位置を正確に測定し、保持盤の位置決めを高精度で行な
うことができる。
Therefore, a part of the measuring light is separated as monitor light, introduced into the displacement detecting means to detect the displacement, an accurate Abbe error is calculated based on the detected value, and the output of the position measuring means is outputted. To correct. In this way, the position of the holding plate can be accurately measured and the holding plate can be positioned with high accuracy.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0022】図1は一実施例による露光装置を示すもの
で、これは、光源1から発生される露光光の光軸0に沿
って配設されたレチクルステージ2および投影光学系3
等を備えた露光手段と、ウエハステージ4を有し、ウエ
ハステージ4は、公知のXYステージ10と、これに載
置された傾斜角度調節手段であるレベリングステージ1
1と該レベリングステージ11に保持された保持盤であ
るウエハチャック12を備えている。
FIG. 1 shows an exposure apparatus according to one embodiment, which comprises a reticle stage 2 and a projection optical system 3 arranged along an optical axis 0 of the exposure light emitted from a light source 1.
A wafer stage 4 is provided with an exposure unit including the above, and the like. The wafer stage 4 includes a known XY stage 10 and a leveling stage 1 mounted on the XY stage 10 as an inclination angle adjusting unit.
1 and a wafer chuck 12 which is a holding plate held by the leveling stage 11.

【0023】XYステージ10の底面10aは高い面精
度(平坦度と平滑度)に仕上げ加工され、露光装置の支
持体である定盤5の上面に設けられた案内面5aに対向
しており、該案内面5aとXYステージ10の底面10
aとの間は、図示しない静圧空気軸受によって非接触に
保たれている。また、XYステージ10は、露光光の光
軸0(Z軸)に垂直な2軸(X軸、Y軸)の方向にそれ
ぞれリニアモータ等によって直線駆動されるXステージ
とYステージからなり、Yステージは、定盤5に立設さ
れたYガイド6の側面の案内面によって図示しない静圧
空気軸受を介して非接触でY軸方向に案内され、Xステ
ージも、Yステージに立設されたXガイドによって静圧
空気軸受を介して非接触でX軸方向に案内される。XY
ステージ4はこのように定盤5上に非接触で支持され、
前記リニアモータ等によってXY平面内の任意の位置に
高精度で位置決めされる。
The bottom surface 10a of the XY stage 10 is finished with high surface accuracy (flatness and smoothness) and faces the guide surface 5a provided on the upper surface of the surface plate 5 which is the support of the exposure apparatus. The guide surface 5a and the bottom surface 10 of the XY stage 10
The portion a is kept in non-contact with a static pressure air bearing (not shown). The XY stage 10 includes an X stage and a Y stage that are linearly driven by linear motors or the like in the directions of two axes (X axis and Y axis) perpendicular to the optical axis 0 (Z axis) of the exposure light. The stage is guided in the Y-axis direction in a non-contact manner through a static pressure air bearing (not shown) by a side guide surface of a Y guide 6 provided upright on the surface plate 5, and the X stage is also provided upright on the Y stage. The X guide is guided in the X axis direction in a non-contact manner via the hydrostatic air bearing. XY
The stage 4 is thus supported on the surface plate 5 in a non-contact manner,
The linear motor or the like allows highly accurate positioning at any position in the XY plane.

【0024】XYステージ10に載置されたレベリング
ステージ11は、その傾斜角度を微調節自在に構成され
る。ウエハチャック12上のウエハW1 の表面にうねり
や傾斜があると、基準面である投影光学系3の結像面S
1 すなわち焦点位置からウエハW1 の表面がずれて焦点
ぼけを発生するおそれがある。そこで、ウエハフォーカ
スセンサ7を用いてウエハW1 の露光領域ごとにその表
面の傾きを検出し、該検出値に基づいてレベリングステ
ージ11の傾斜角度を調節することで前記焦点ぼけを回
避する。
The tilting angle of the leveling stage 11 mounted on the XY stage 10 is finely adjustable. When the surface of the wafer W 1 on the wafer chuck 12 has a waviness or an inclination, the image forming plane S of the projection optical system 3 which is the reference plane is formed.
1 That is likely to generate a defocus offset surface of the wafer W 1 from the focal position. Therefore, the wafer focus sensor 7 is used to detect the tilt of the surface of the wafer W 1 for each exposure area, and the tilt angle of the leveling stage 11 is adjusted based on the detected value to avoid the defocus.

【0025】近年では、半導体集積回路の必要線幅がサ
ブミクロン程度に縮小し、このために、投影光学系3に
は開口数(NA)が大きくて露光フィールドが広く従っ
て焦点深度の浅いものが用いられる傾向にある。そこで
ウエハW1 の各露光領域ごとにレベリングステージ11
の傾斜角度を調節して投影光学系3の結像面S1 に対す
るウエハW1 の表面の傾斜を零にする工程が必要であ
る。
In recent years, the required line width of a semiconductor integrated circuit has been reduced to about submicron, and for this reason, the projection optical system 3 has a large numerical aperture (NA) and a wide exposure field, and thus has a shallow depth of focus. Tend to be used. Therefore, the leveling stage 11 is provided for each exposure area of the wafer W 1.
The step of adjusting the tilt angle of the wafer W 1 to zero with respect to the image plane S 1 of the projection optical system 3 is required.

【0026】光源1から発生された露光光は、レチクル
ステージ2に保持されたレチクルR1 の微細パターンを
投影光学系2を経てウエハW1 に投影し、これを露光す
る。露光前や露光中のウエハW1 のXY方向の位置は、
レベリングステージ11と一体であるミラー8aに計測
光であるレーザ光M1 を照射し、その反射光によって干
渉縞を得る位置計測手段である干渉計8bによって計測
される。XYステージ10は干渉計8bの出力に基づい
て駆動され、このようにしてウエハW1 とレチクルR1
のアライメントが高精度で管理される。
The exposure light generated from the light source 1 projects a fine pattern of the reticle R 1 held on the reticle stage 2 onto the wafer W 1 through the projection optical system 2 and exposes it. The position of the wafer W 1 in the XY directions before and during exposure is
Irradiating a laser beam M 1 is the measurement light to the mirror 8a is integral with the leveling stage 11, is measured by the interferometer 8b is a position measuring means for obtaining an interference fringe by the reflected light. The XY stage 10 is driven based on the output of the interferometer 8b, and thus the wafer W 1 and the reticle R 1 are
The alignment of is managed with high accuracy.

【0027】なお、干渉計8bやレーザ光M1 を発生す
るレーザヘッド8cは、定盤5と一体である支持部材に
よって支持される。
The interferometer 8b and the laser head 8c for generating the laser beam M 1 are supported by a supporting member which is integral with the surface plate 5.

【0028】前述のようにミラー8と一体であるレベリ
ングステージ11は、その傾斜角度をウエハW1 の各露
光領域の表面のうねりや傾斜に合わせて変化させるもの
であるため、干渉計8bの計測値にはレベリングステー
ジ11の傾斜角度の変化に起因する誤差、いわゆるアッ
ベ誤差が発生する。
As described above, the leveling stage 11 which is integrated with the mirror 8 changes its inclination angle in accordance with the waviness and inclination of the surface of each exposure region of the wafer W 1. Therefore, the measurement of the interferometer 8b is performed. An error due to a change in the tilt angle of the leveling stage 11, that is, an Abbe error occurs in the value.

【0029】アッベ誤差は式(1)によって算出される
ものであるから、予め投影光学系3の結像面S1 に対す
るレーザ光M1 の高さの差νと傾斜角度βを検出してお
けば、レベリングステージ11の傾斜角度θが変化する
たびに式(1)によってアッベ誤差△Lを算出して干渉
計8bの計測値を補正できる。
Since the Abbe error is calculated by the equation (1), the height difference ν and the tilt angle β of the laser beam M 1 with respect to the image plane S 1 of the projection optical system 3 should be detected in advance. For example, each time the tilt angle θ of the leveling stage 11 changes, the Abbe error ΔL can be calculated by the equation (1) to correct the measurement value of the interferometer 8b.

【0030】ところが、レーザ光M1 を発生するレーザ
ヘッド8cの熱歪や露光中のステッパ本体の熱歪等によ
って投影光学系3の結像面S1 に対するレーザ光M1
相対位置が変わると、式(1)のνやβの値が変化して
正確なアッベ誤差△Lを算出できない。そこで計測用の
レーザ光M1 の光路に分離手段であるハーフミラー9a
を設け、これによってレーザ光M1 の一部分をモニタ光
2 として分離して定盤5上の光電センサ(変位検出手
段)であるポジションセンサ9bに導入し、図2に示す
ように、ポジションセンサ9bの検出面におけるモニタ
光M2 の変位であるずれ量τを検出する。投影光学系3
の結像面S1 に対するレーザ光M1 の高さの差νと傾斜
角度βとポジションセンサ9bの検出面におけるレーザ
光M1 のモニタ光M2 のずれ量τの間には以下の関係が
成立する。
However, when the relative position of the laser beam M 1 to the image plane S 1 of the projection optical system 3 changes due to thermal strain of the laser head 8c which generates the laser beam M 1 or thermal strain of the stepper body during exposure. , The values of ν and β in the equation (1) change, and an accurate Abbe error ΔL cannot be calculated. Therefore, a half mirror 9a as a separating means is provided in the optical path of the measurement laser beam M 1.
By this, a part of the laser light M 1 is separated as monitor light M 2 and introduced into a position sensor 9b which is a photoelectric sensor (displacement detecting means) on the surface plate 5, and as shown in FIG. A shift amount τ which is a displacement of the monitor light M 2 on the detection surface 9b is detected. Projection optical system 3
The relationship between the height difference ν of the laser light M 1 with respect to the image forming surface S 1 and the inclination angle β and the shift amount τ of the monitor light M 2 of the laser light M 1 on the detection surface of the position sensor 9b is as follows. To establish.

【0031】 τ=(Lh+Ls+Lp)Tanβ・・・・・(2) ここで、Lh:干渉計8bからレーザヘッド8cまでの
距離 Ls:干渉計8bからハーフミラー9aまでの距離 Lp:ハーフミラー9aからポジションセンサ9bまで
の距離 また、干渉計8bからミラー8aまでの距離をLdとす
れば、 ν=(Lh+Ld)Tanβ・・・・・(3) であるから式(2)と式(3)から ν=(Lh+Ld)/(Lh+Ls+Lp)×τ・・・・・(4) また、式(2)においてβ≒0であるから以下のように
近似できる。
Τ = (Lh + Ls + Lp) Tanβ (2) Here, Lh: Distance from interferometer 8b to laser head 8c Ls: Distance from interferometer 8b to half mirror 9a Lp: From half mirror 9a Distance to Position Sensor 9b Further, if the distance from the interferometer 8b to the mirror 8a is Ld, then ν = (Lh + Ld) Tanβ (3) Since equation (2) and equation (3) ν = (Lh + Ld) / (Lh + Ls + Lp) × τ (4) Further, since β≈0 in the equation (2), it can be approximated as follows.

【0032】 β=1/(Lh+Ls+Lp)×τ・・・・・(5) すなわち、ウエハW1 の各露光領域を露光する前や露光
中に、ポジションセンサ9bの検出値τを用いて式
(4)および(5)からνとβを算出し、式(1)によ
ってアッベ誤差△Lを算出して干渉計8bの計測値を自
動的に補正する補正手段を設ければ、ウエハステージ4
によるウエハW1 の位置決め精度を大幅に向上させ、レ
チクルR1 に対するアライメントを安定して高精度で管
理できる。
Β = 1 / (Lh + Ls + Lp) × τ (5) That is, before or during the exposure of each exposure region of the wafer W 1 , using the detection value τ of the position sensor 9b, the expression ( 4) and (5), ν and β are calculated, the Abbe error ΔL is calculated by the equation (1), and a correction means for automatically correcting the measurement value of the interferometer 8b is provided.
Therefore, the positioning accuracy of the wafer W 1 can be greatly improved, and the alignment with respect to the reticle R 1 can be stably controlled with high accuracy.

【0033】本実施例によれば、レベリングステージ1
1の傾斜角度の変化によるアッベ誤差△Lを正確に補正
してウエハW1 とレチクルR1 のアライメントを高精度
で管理することができるため、微細パターンの高精細化
が進んでも転写ずれを発生するおそれのない極めて高性
能な露光装置を実現できる。
According to this embodiment, the leveling stage 1
Since the Abbe error ΔL due to the change in the tilt angle of 1 can be accurately corrected and the alignment between the wafer W 1 and the reticle R 1 can be managed with high accuracy, transfer deviation occurs even if the fine pattern becomes finer. It is possible to realize an extremely high-performance exposure apparatus that is free from the risk of

【0034】なお、干渉計8bとポジションセンサ9b
との間のキャリブレーションは、予めマーキングされた
テスト用のウエハをウエハステージ4に載置し、レベリ
ングステージ11を傾斜させて図示しないアライメント
検出系によってテスト用のウエハのマークの位置ずれを
検出することによって行なわれる。また、式(1)にお
いてθ、βの値は微小であるから、テーラー展開によっ
て得られた以下の近似式(6)を式(1)の替わりに用
いてもよい。
Interferometer 8b and position sensor 9b
In the calibration between and, the pre-marked test wafer is placed on the wafer stage 4 and the leveling stage 11 is tilted to detect the positional deviation of the test wafer mark by an alignment detection system (not shown). It is done by In addition, since the values of θ and β in expression (1) are minute, the following approximate expression (6) obtained by Taylor expansion may be used instead of expression (1).

【0035】 △L={ν+(2Lc−Xm)β}θ・・・・・(6) ハーフミラー9aとポジションセンサ9bの間にはレー
ザ光M1 のモニタ光M2 の一部分がポジションセンサ9
bの受光面によって反射されて干渉計8bにゴーストを
発生させるおそれがある。そこで、ハーフミラー9aと
ポジションセンサ9bの間に窓9cを設けて前記ゴース
トの発生を防ぐ。さらに、ポジションセンサ9bの受光
面をレーザ光M1 のモニタ光M2 に対して垂直な位置か
らわずかに傾斜させたり、ポジションセンサ9bの受光
面に反射防止膜を設けることも、前記ゴーストを防ぐう
えで大きな効果がある。
ΔL = {ν + (2Lc−Xm) β} θ (6) A part of the monitor light M 2 of the laser light M 1 is located between the half mirror 9a and the position sensor 9b.
It may be reflected by the light receiving surface of b and cause a ghost in the interferometer 8b. Therefore, a window 9c is provided between the half mirror 9a and the position sensor 9b to prevent the occurrence of the ghost. Additionally, or is slightly inclined from a position perpendicular to the monitor light M 2 of the laser beam M 1 the light receiving surface of the position sensor 9b, also be provided an antireflection film on the light receiving surface of the position sensor 9b, preventing the ghost Has a great effect on

【0036】なお、レーザ光M1 による計測中に干渉計
8bやレーザヘッド8cやポジションセンサ9b等を支
持する支持部材や定盤5が著しい熱膨張を起すと前述の
ようなアッベ誤差の補正を適切に行なうことができな
い。そこで、定盤5等にはセラミック等の低熱膨張材料
を用いることが望ましい。
When the support member that supports the interferometer 8b, the laser head 8c, the position sensor 9b, and the surface plate 5 undergoes significant thermal expansion during measurement with the laser beam M 1, the Abbe error is corrected as described above. I can't do it properly. Therefore, it is desirable to use a low thermal expansion material such as ceramic for the surface plate 5 and the like.

【0037】図3は一変形例を示すもので、干渉計8b
と同様の干渉計28bにおいて、計測用のレーザ光M1
の一部分を参照光M3 として分離して、これを投影光学
系3の鏡筒に取り付けられた平面ミラー23によって反
射させるもので、参照光M3の一部分をハーフミラー2
9aによってモニタ光M4 として分離してポジションセ
ンサ29bに導入するように構成されている。
FIG. 3 shows a modification, which is an interferometer 8b.
In the interferometer 28b similar to the above, the measurement laser beam M 1
Separating the portion as the reference beam M 3, which is the one which reflected by a plane mirror 23 mounted on the barrel of the projection optical system 3, the reference light M 3 of the half mirror part 2
9a, the monitor light M 4 is separated and introduced into the position sensor 29b.

【0038】このように、干渉計の参照光を用いて式
(1)または式(6)のν、βを検出することもでき
る。
As described above, it is also possible to detect ν and β in the formula (1) or the formula (6) using the reference light of the interferometer.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.

【0040】ウエハステージの位置を計測する干渉計等
の計測値に含まれるアッベ誤差を常時適正に補正して極
めて高精度な位置決めを行なうことができる。このよう
な位置決めステージ装置を露光装置のウエハステージ等
に用いることで、極めて高精度な転写、焼き付けを実現
できる。また、アッベ誤差の補正をオンラインで行なう
ことができるため、測定のために半導体製造プロセス等
を中断する必要もなくなる。
An Abbe error included in a measurement value of an interferometer or the like for measuring the position of the wafer stage can always be properly corrected to perform extremely highly accurate positioning. By using such a positioning stage device for a wafer stage or the like of an exposure device, extremely highly accurate transfer and printing can be realized. Further, since the Abbe error can be corrected online, there is no need to interrupt the semiconductor manufacturing process or the like for measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】一実施例による露光装置を示す模式立面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic elevational view showing an exposure apparatus according to an embodiment.

【図2】図1の装置のポジションセンサの出力から計測
用のレーザ光の高さと傾斜角度を求める式を説明する図
である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an expression for obtaining a height and a tilt angle of a laser beam for measurement from an output of a position sensor of the apparatus shown in FIG.

【図3】一変形例を示す模式立面図である。FIG. 3 is a schematic elevational view showing a modified example.

【図4】一従来例を示す模式立面図である。FIG. 4 is a schematic elevation view showing one conventional example.

【図5】アッベ誤差を算出する式を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an expression for calculating an Abbe error.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 レチクルステージ 3 投影光学系 4 ウエハステージ 5 定盤 7 ウエハフォーカスセンサ 8a ミラー 8b,28b 干渉計 8c レーザヘッド 9a,29a ハーフミラー 9b,29b ポジションセンサ 11 レベリングステージ 12 ウエハチャック 1 Light Source 2 Reticle Stage 3 Projection Optical System 4 Wafer Stage 5 Surface Plate 7 Wafer Focus Sensor 8a Mirror 8b, 28b Interferometer 8c Laser Head 9a, 29a Half Mirror 9b, 29b Position Sensor 11 Leveling Stage 12 Wafer Chuck

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の基準面に沿って移動自在である保
持盤と、該保持盤の位置を計測光によって計測する位置
計測手段と、前記保持盤の前記基準面に対する傾斜角度
を調節するための傾斜角度調節手段と、前記計測光の一
部分をモニタ光として分離する分離手段と、前記モニタ
光の変位を検出する変位検出手段を有する位置決めステ
ージ装置。
1. A holding plate movable along a predetermined reference plane, position measuring means for measuring the position of the holding plate by measuring light, and adjusting a tilt angle of the holding plate with respect to the reference plane. 2. A positioning stage device having: the tilt angle adjusting means, the separating means for separating a part of the measurement light as monitor light, and the displacement detecting means for detecting the displacement of the monitor light.
【請求項2】 変位検出手段の出力に基づいて位置計測
手段の出力を補正する補正手段が設けられていることを
特徴とする請求項1記載の位置決めステージ装置。
2. The positioning stage apparatus according to claim 1, further comprising a correcting unit that corrects the output of the position measuring unit based on the output of the displacement detecting unit.
【請求項3】 分離手段がハーフミラーを有することを
特徴とする請求項1または2記載の位置決めステージ装
置。
3. The positioning stage device according to claim 1, wherein the separating means has a half mirror.
【請求項4】 位置計測手段と分離手段と変位検出手段
が、低熱膨張材料で作られた支持体によって支持されて
いることを特徴とする請求項1ないし3いずれか1項記
載の位置決めステージ装置。
4. The positioning stage apparatus according to claim 1, wherein the position measuring means, the separating means, and the displacement detecting means are supported by a support body made of a low thermal expansion material. .
【請求項5】 低熱膨張材料がセラミックであることを
特徴とする請求項4記載の位置決めステージ装置。
5. The positioning stage apparatus according to claim 4, wherein the low thermal expansion material is ceramic.
【請求項6】 変位検出手段が光電センサであることを
特徴とする請求項1ないし5いずれか1項記載の位置決
めステージ装置。
6. The positioning stage device according to claim 1, wherein the displacement detecting means is a photoelectric sensor.
【請求項7】 請求項1ないし6いずれか1項記載の位
置決めステージ装置と、これによって位置決めされた基
板を露光する露光手段を有する露光装置。
7. An exposure apparatus having the positioning stage apparatus according to claim 1 and an exposure unit that exposes a substrate positioned by the positioning stage apparatus.
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