JPS63224326A

JPS63224326A - 露光装置

Info

Publication number: JPS63224326A
Application number: JP62058658A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1987-03-13
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1988-09-19
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: US4897553A; JP2550974B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野］本発明は被露光パターンを有する、レチクル等パターン
基板上のパターンをウェハ等の被露光基板上に転写する
際に、位置検出を行なうための位置検出装置を有する露
光装置に関するものである。

〔従来の技術〕

この種露光装置は、位置検出装置としてパターン転写の
ための投影光学系の光軸に直交する方向での位置検出を
行なう装置と、投影光学系の光軸の方向での位置検出を
行なう装置とを有する。さて、前者の位置検出を行なう
装置は、露光波長を用いた位置検出装置と非露光波長を
用いた位置検出装置の両方を持っており、ステージ上に
設けられた基準マークをステージを走らせることによっ
て２つの位置検出装置によって検出し、２つの位置検出
装置の検出位置の相対的な距離（ベースライン）をステ
ージの位置座標をモニターすることによって、ステージ
の移動量から計測し、レチクルのレチクルマークを露光
波長を用いた位置検出装置によってステージの基準マー
クに合わせ、非露光波長を用いた位置検出装置によって
ウェハマークを検出し、上述の相対距離（ベースライン
）だけステージを移動することによって、間接的に露光
波長の位置検出装置に対してレチクルマークとウェハマ
ークとを位置合わせしたのと同様の効果を出していた。

ところが従来の装置ではレチクルをレチクルホルダーに
載置する際に相対距離の計測（ベースライン計測）を行
うのみであり、ウェハの位置合せ及び露光のシーケンス
ではレチクル設定時の相対距離を信用してレチクルを観
察することがなかった。

詳述すれば、前者はレチクルアライメントシーケンスで
あり、レチクルホルダーにレチクルを載置し、レチクル
をＸ、Ｙ、θアライメントする。

その後、倍率の計測を行ない、レチクルとステージの基
準マークとを合焦し、２つの位置検出装置の相対距離を
計測する。また、後者のウェハ露光シーケンスでは、ウ
ェハホルダーにウェハを載置し、ウェハをＸ、Ｙ、θグ
ローバルアライメントする。その後、各チップ毎のアラ
イメントを非露光波長を用いて行い、相対距離の補正後
露光する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の如き従来の技術に於いては、レチクルとステージ
の基準マークとを同一の光学系を通して同時に観察する
過程をレチクルの載置時にしか行なわないので、光学系
の経時変化によってウェハの位置検出がオフセットを持
ち、位置検出精度が向上しないという問題点があった。

一方、ウェハの交換ごとに２つの位置検出装置（倍率計
測もしくはベースライン計測に用いる。

）の相対距離を計測（これは露光光軸に直交する面内で
の位置検出）したり、合焦状態の計測（これは露光光軸
方向での位置検出）、を行うことはスループットを低下
させることになり、行なわれていなかった。

本発明はこの様な従来の問題点に鑑みてなされたもので
、光学系の経時変化に依存せず、さらにスルーブツトの
低下がない位置検出精度の高い露光装置を得ることを目
的とする。

〔問題点を解決する為の手段］上記問題点の解決の為に本発明では、被露光基板の受渡
し位置において、ステージの基準マークが位置検出装置
で観察できる様な配置にして、被、露光基板の交換の際
に、２つの位置検出装置の間隔や合焦状態の検出を行な
えるようにしたので、装置の経時変化の影響を減少させ
て位置検出精度を向上させ、かつ処理能力を低下させる
ことがない。

（作用）本発明は、ステージ上の露光済被露光基板を未露光の被
露光基板と交換する際に、２つの位置検出装置の相対距
離の計測や、合焦位置の計測を行なっている。

そして、計測された相対距離は、被露光基板の各チップ
毎の位置合わせ時に補正量として加味され、計測された
合焦位置は、パターン基板と被露光基板とを共役になす
ために用いられる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例であって、非露光波長を
用いた位置検出装置（ｌ、２．３．４．５．６．７．８
．１７．３０）の検出領域にステージ２１上の基準マー
ク領域１８があり（すなわち、ステージ２１は受渡位置
にある）、ステージ２１上のウェハ（数置光ウェハ）２
３と次に露光する為のウェハ（未露光ウェハ）２４がウ
ェハアーム２５とアーム駆動装置２６によって交換され
る時の状態を示した構成図である。レーザチューブエよ
り照射されたビーム（非露光波長）はシリンドリカルレ
ンズ２（通常、レーザチューブ１とシリンドリカルレン
ズ２の間にはビームエキスパンダーが設けられるが、第
１図では省略しである）によって帯状のビームとなり、
ハーフミラ−３を通過後、反射板４によって偏向される
。偏光されたビームは、投影レンズ１７によってステー
ジ２１の基準マーク領域１８の水平位置合せマーク１８
０近傍に帯状のスポットｌａとして形成される。（第３
図）この時制御装置３０は、マーク１８０がスポット１
ａを走査する様にステージの駆動装置２９に駆動指令信
号を出力する（その結果、マーク１８０は第３図の矢印
Ｘの方向に移動する。）、マーク１８０は第４図に示し
たようにステージ２１に形成したスリットであり、マー
ク１８０のエッヂＦＬ、ＦＲからの散乱光（第１図の破
線）は投影レンズ１７を通って、ミラー４及びハーフミ
ラ−３によって偏向され、波長選択フィルター３１を通
った後、シリンドリカルレンズ５を通って空間フィルタ
ー６まで戻ってくる。空間フィルター６で正反射はカッ
トされ、ディテクター７には散乱光のみが検出される。

また、波長選択フィルター３１はマーク１８０を下方か
ら通過した光源２０からの光をカットする。ここにおい
て、光源２０からの光の波長は露光波長に設定されてい
る。光源２０からの光は光ファイバー１９によってマー
ク１８０の下方に導かれる。制御装置３０の指令によっ
て波形処理装置８は干渉計２８が発するパルス間隔でサ
ンプリング及び位置解析を行なう。すなわち、マーク１
８０がレーザスポット１ａを走査すると、ディテクター
７からは第５図（Ａ）の信号が得られるから、信号のピ
ーク位置がマーク１８０のエツジＦＬ、ＦＲに対応して
いる。従って、干渉計２８からのパルスの計数によって
スポットｌａの位置を知ることができる。第６図はレチ
クル９の上方からステージ２１を見た図であるが、ステ
ージ２１上には水平位置合せマークがＸ、Ｙ方向に一対
になって３組１８−１，１８−２．１８−３設けられて
いる。ステージ２１の走査によりマーク１８−１．１Ｂ
−２，１８−３が第６図の経路■−■の様に各マーク１
Ｂ−Ｌ　　１８−２．１８−３に対応させて設けたスポ
ット１ａ−１，１ａ−２，１ａ−３を傾めに走査した後
、ステージ２１が経路■−■の走査を行なうと、露光用
照明と同じ波長をもつ光源２０（露光光源でもよい）か
らの照明光はファイバー１９を通ってマーク１８０下か
らマーク（スリット状である）１８０を照明し、投影レ
ンズ１７を通っ・た後マーク１８−１．１８−２．１８
−３の形状でレチクル９上に結像する。この光はレチク
ル９を透過してミラー１１、対物レンズ１３、ハーフミ
ラ−３２、対物レンズ１４を通ってディテクター１５に
よって受光され、波形処理装置１６によって、サンプリ
ング及び位置解析が行なわれる。すなわち、第６図で説
明すると、レチクルマークＲＲ，ＲＬとマーク１８−１
．１日−３が重なっていない場合、第５図（Ｂ）に示し
たように、マーク１８−１．１８−３の光量がディテク
ター１５で検出され、レチクルマークＲＲ，ＲＬとマー
ク１８−Ｌ　　１８−３が重なると、マーク１８−１．
１８−３はレチクルマークＲＲ，ＲＬで遮光され、ディ
テクター１５に達する光量はほとんどなくなる。従って
ディテクター１５の出力の最低値となるステージの位置
が、レチクルマークＲＲ，ＲＬとマーク１８−１．１８
−３の重なった位置である。第６図では上述したように
、水平位置合せマークとして３つの発光型標準マーク１
８−１．１８−２．１８−３があり、ステージ２】の２
回の斜め走査（■−■、■−■）によって相対距離計測
、倍率計測が行える構成になっている。スポット１ａ−
１，１ａ−２，１ａ−３はウェハの位置合わせ用スポッ
ト（アライメントスポット）であり、スポット１ａ−１
はウェハのＹ方向アライメント、スポット１ａ−２はウ
ェハのＸ方向アライメント、スポット１ａ−３はウェハ
のθ方向アライメントのためのものである。

相対距離計測は、第５図（Ａ）のピークＦＬ、ＦＲの中
間のステージ座標値と、第５図（Ｂ）最低レベルの座標
値との差が、露光波長を用いた位置検出装置（２０，１
９，１１，１３，３２，１４，１５，１６，３０，２８
，２９）と非露光波長を用いた位置検出装置（１，２，
３，４，５，３１，６，７，８，３０，２８，２９）と
の相対的な距離に相当する。

また第７図は第１図、第２図に示した光路長変換部材３
４の拡大平面図である（なお第１図では、第２図の部材
３２．３３．３４．３５を省略しである。）。この部材
３４はガラス厚が異なるガラス板Ａ５Ｂ、Ｃ，ＤＳＥ、
Ｆを有し、モータ３４ａに結合したロータリーエンコー
ダによってその位置がサンプリングできる様になってい
る。また、撮像管３５は、ステージ２１が水平位置合せ
マーク１８−１．１８−２．１８−３を第６図の■の位
置に移動すると基準マーク領域１８上に水平位置合せマ
ーク１８０とは別に設けられたフォーカス用基準マーク
３６とレチクル上のフォーカス用レチクルマーク３７と
を対物レンズ３３を通して同時に観察できる様になって
いる（第８図参照）。

なお、第８図（Ａ）の領域Ｐは撮像管３５の撮像面であ
り、また、フォーカス用基準マーク３６の像３６はマー
ク１８０と兼用でき、フォーカス用レチクルマーク３７
もレチクルマーク１０と兼用できる。但し、本例のよう
に、両者を別マークとし、フォーカス用マーク３６．３
７を、水平位置合せマーク１８、レチクルマーク１０よ
り幅の狭いパターンとすれば、焦点深度が浅くなるので
、合焦位置の検出精度が向上する。波形処理装置１６は
、部材３４が回転して光路に各Ａ、Ｂ、Ｃ１Ｄ、Ｅ、Ｆ
の位置が通過したと同時に撮像管３５の信号を領域サン
プリングし、１つのガラス板に対して第８図（Ｂ）の如
き信号を得、マーク３６．３７のコントラスト検出を行
なう。それによって、各ガラス厚（横軸）に対するコン
トラスト（＠１軸）を得て第９図の様なグラフを作成し
、その頂点を検出することによってフォーカス用基準マ
ーク３６、フォーカス用レチクルマーク３７の合焦位置
（１＋　、ｑｚを求め、レチクル９及び水平位置合せマ
ーク１８０上に換算して各々のフォーカス値を決定する
様な構成になっている（水平位置合せマーク１８０の表
面はウェハ２２の表面と同じ高さ）。合焦動作は、上述
のフォーカス値に基づいて、まず、対物レンズ１３を移
動してフォーカス用レチクルマーク３７を撮像管３５の
撮像面に共役にしくその結果、ディテクター１５もフォ
ーカス用レチクルマーク３７、すなわちレチクルマーク
１０と共役になる）、その後、ステージ２１を不図示の
上下動装置により上下動させ、レチクル９と水平位置合
せマーク１８０とを共役にする。

また、照明用レンズ１２は、不図示の露光光源からの光
をレチクル９に導くもので、それによって、レチクル９
のパターンが投影レンズ１７によってウェハ２３上のチ
ップに縮小投影される（但し、第１図、第２図ではウェ
ハ２３は露光位置にはない）。なお、１０はレチクルマ
ーク、２３はウェハマークである。

このような構成だから、ウェハ２３の各チップの露光が
完了すると制御装置３０は、駆動装置２゛９にステージ
２１をウェハの受渡位置に移動するための移動指令信号
を入力し、ステージ２１の座標を監視している干渉計２
８からの信号によって、ステージ２１が受渡位置にきた
ことを検知するとステージ２１を停止する。そして、駆
動制御装置２７にウェハ交換のための指令信号を入力し
、その結果、アーム駆動装置２６がウェハアーム２５を
駆動し、未露光ウェハ２４を数置光ウェハ２３と交換す
る。一方、制御袋Ｗ３０は、数置光ウェハ２３がステー
ジ２１から取り除かれ、未露光ウェハ２４がステージ２
１に載置される間の時間を利用して、前述の相対位置検
出及び合焦位置検出の動作を行なう。すなわち、制御装
置３０は、数置光ウェハ２２がウェハ除去用アームに受
渡れ、このアームが所定位置に移動した信号によって、
駆動装置２９に、ステージ２１を第６図の経路■−■−
■のように動作させるような信号を入力する。また、モ
ータ３４ａを回転させる。その結果、波形処理装置８．
１６は前述の動作を行ない、制ｉｎ装置３０には前述の
相対位置、合焦位置の情報が入力される。制御装置３０
はこれら計測情報が入力されると、第６図の経路■−■
によってステージ２１を受渡位置に戻すように駆動装置
２９に指令信号を入力する。制御装置３０は干渉計２８
からの座標によってステージ２１が受渡位置にあること
を確認する。

一方、未露光ウェハ２４は、ウェハアーム２５によって
ステージ２１上に載置され、ステージ２１の検出器もし
くはウェハアーム２５の位置検出器からの信号により、
制御袋Ｗ３０はステージ２１に未露光ウェハ２４が載置
されたことを知り、所定の露光シーケンスに入る。すな
わち、あらかじめ定めた手順によって、順次ステージ２
１が移動されるようにステップを送りし、各チップ毎に
アライメント、露光を繰り返す。

なお、以上の説明では、ウェハ２３．２４の受渡シーケ
ンスと、相対位置検出及び合焦位置検出のシーケンスと
は並行して行なわれていたが、数置光ウェハ２３をステ
ージ２１から取除いてから未露光ウェハ２４をステージ
に載せるまでの時間が、相対位置検出及び合焦位置検出
のシーケンスが終了するまでの時間より短い場合は、未
露光ウェハ２４の載置動作を、相対位置検出及び合焦位
置検出のシーケンスが終了した信号によって始めるよう
にしてもよい。

また、以上の実施例では、撮像管３５がフォーカス用レ
チクルマーク３７と、フォーカス用基準マーク３６とを
同時に観察していたが、レチクル９と投影レンズ１７と
の間に反射鏡を出入りさせ、はぼ光軸からフォーカス用
基準マーク３６を観察できるようになせば、温度変化の
影響を最も受は易く、かつ投影においても最も必要な部
分である投影レンズ１７の中央付近の合焦状態を知るこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上の様に本発明によれば被露光基板の交換ごとに所望
の計測等の実行を行なえるから、経時変化による装置の
精度悪化を防ぐことができ、しかも被露光基板を交換し
ている間に実行しているのでスルーブツトの低下なく、
経時変化を除去できるという利点をもつ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例の構成図で、ウェハアライ
メント光学系で基準マークの位置を計測している所を示
す図、第２図は第１図と同じ構成図であり、レチクルマ
ークと基準マークの位置を計測している所を示す図、第
３図は基準マークがスポットを走査する様子を示す図、
第４図は基準マークの断面図、第５図（Ａ）は第２図の
計測で得られる波形図、第５図（Ｂ）は第１図の計測で
得られる波形図、第６図はステージの移動を示す説明図
、第７図はフォーカス計測に用いる光路長変換部材の拡
大平面図、第８図（Ａ）は２つのフォーカスマークと撮
像面との関係を示す図、第８図（Ｂ）は描像管から得ら
れる波形図、第９図は第８図（Ｂ）で得られた波形のコ
ントラストを縦軸にとって得られるグラフ、である。〔主要部分の符号の説明〕

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定の基準マークを形成したステージと、前記ス
テージを移動させるための駆動手段と、前記ステージが
前記駆動手段により所定の受渡位置に移動されると、前
記ステージ上に被露光基板を受渡す受渡手段と、被露光
パターンを有するパターン基板を前記ステージ上の被露
光基板に投影する投影光学系と、前記基準マークを検出
し、所定の位置合せシーケンスを実行する実行手段と、
を有する露光装置において、前記ステージが前記受渡位置にくると、前記基準マーク
が前記検出手段による検出領域の中又はその近傍にくる
ように、前記検出領域と前記基準マークとの位置関係を
定め、前記受渡手段による受渡し動作中に前記実行手段
に前記所定の位置合せシーケンスを実行せしめる制御手
段を設けたことを特徴とする露光装置。
（２）前記基準マークは、前記投影光学系の光軸に直交
する面内での位置合せを行なうためのマークであり、前
記実行手段は、前記マークを非露光波長を用いて検出す
る第１検出装置と、前記マークを露光波長を用いて検出
する前記第１検出装置とは別の位置に検出領域を有する
第２検出装置とを有し、前記マークを前記第１検出装置
が検出する第１位置と前記マークを前記第２検出装置が
検出する第２位置とで前記ステージを移動し、前記第１
位置と前記第２位置との間で移動した前記ステージの移
動量から前記第１検出装置と前記第２検出装置の相対間
隔を求めることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載の露光装置。
（３）前記基準マークは、前記投影光学系の光軸方向で
の位置合せを行なうためのマークであり、前記実行手段
は前記マークの合焦状態から得られた補正信号に応じて
、前記パターン基板の前記被露光パターンを前記被露光
パターンに結像させるように制御することを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載の露光装置。