JPH07142346A - Projection aligner - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To eliminate an accuracy due to a positional deviation of a focus without reducing a throughput by checking an inclination of a wafer, vertically moving the wafer based on mark alignment coordinates and a focus position on the wafer, and matching the mark to the focus position of an alignment sensor. CONSTITUTION:Focus positions of several points (3 or more points) from a wafer W are obtained by an AF sensor, and an inclined amount of the wafer W to a direction Z (a direction parallel to an optical axis AX of a projecting optical system 16) by using a minimum squaring method, etc., from the focus positions, and X-Y coordinate positions of the several points. When a searching alignment and/or fine alignment is conducted, a mark position is detected near a best focus position of an alignment sensor 27 at the alignment mark by vertically moving a Z stage from the focus position obtained at the times of measuring the X-Y coordinates of the alignment mark, measured oblique amounts and measuring the oblique amount.

Description

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

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、投影露光装置に関し、
特に半導体ウエハや液晶表示素子用プレート等の基板を
アライメントするために、基板上に形成されたアライメ
ントマークをオフ・アクシスのアライメントセンサーに
より検出する機能を備えた投影露光装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus,
In particular, the present invention relates to a projection exposure apparatus having a function of detecting an alignment mark formed on a substrate by an off-axis alignment sensor in order to align a substrate such as a semiconductor wafer or a liquid crystal display element plate.

【０００２】[0002]

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、マスク（以下、レチ
クルとする）のパターン像を投影光学系を介して感光材
が塗布された基板（以下ウェハとする）上の被露光領域
（ショット領域）に投影露光する投影露光装置が使用さ
れている。2. Description of the Related Art When a semiconductor device, a liquid crystal display device, or the like is manufactured by a photolithography process, a pattern image of a mask (hereinafter referred to as a reticle) is applied to a substrate (hereinafter referred to as a wafer) coated with a photosensitive material through a projection optical system. A projection exposure apparatus that performs projection exposure on an exposed area (shot area) above is used.

【０００３】従来の投影露光装置では、投影光学系の投
影視野内においてウェハの投影光学系の光軸に平行な方
向の位置（フォーカス位置）を検出するフォーカス位置
検出手段と、投影光学系の光軸に平行な方向にウェハを
上下させてフォーカス位置に投影光学系の結像面を合わ
せる高さ調整手段を含めたオートフォーカス機構が必須
のものである。最近では、投影光学系の高解像化のため
焦点深度が浅くなり、ウエハ面の凹凸、又は傾斜による
ウエハの露光領域内での解像度、及び投影像の線幅の均
一性の低下が問題になってきた。このため、露光位置ご
とに、ウエハの傾斜量を測定し、その傾斜を補正する機
構（オートレベリング機構）が提案されている。例え
ば、水平位置検出装置（オートレベリング機構）として
は特開昭58−113706号公報に開示されているように、斜
入射方式のコリメータ型のレベリング検出系と斜入射方
式の焦点検出系とを一体に組み合わせたものが知られて
いる。 ところで、近年、より高集積度のＩＣを製造す
るために露光光の波長を短波長化し、高解像を達成しよ
うとする傾向があり、例えば、露光光としてＫｒＦエキ
シマレーザー光（波長λ＝２４８．５ｎｍ）を用いるこ
とが検討されている。このＫｒＦエキシマレーザー光を
用いた投影露光装置の場合、露光光と異なる波長のアラ
イメント光によりＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式で
レチクルとウエハとのアライメント（位置合わせ）を行
うものとしても、その露光波長に近い適当な波長のアラ
イメント光の光源がない。そのため、露光波長とアライ
メント光の波長とが大きく異なり、色収差を良好に補正
したアライメント光学系を実現するのは実際上困難であ
る。In the conventional projection exposure apparatus, focus position detecting means for detecting the position (focus position) of the wafer in the direction parallel to the optical axis of the projection optical system within the projection field of the projection optical system, and the light of the projection optical system. An autofocus mechanism including a height adjusting unit that moves the wafer up and down in a direction parallel to the axis to align the image plane of the projection optical system with the focus position is essential. Recently, the depth of focus has become shallow due to the high resolution of the projection optical system, and problems such as unevenness in the wafer surface due to unevenness or inclination of the wafer surface and deterioration of the line width uniformity of the projected image have become problems. It's coming. Therefore, there has been proposed a mechanism (auto leveling mechanism) that measures the amount of tilt of the wafer for each exposure position and corrects the tilt. For example, as a horizontal position detecting device (auto leveling mechanism), as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-113706, an oblique incidence type collimator type leveling detection system and an oblique incidence type focus detection system are integrated. A combination of is known. By the way, in recent years, there is a tendency to shorten the wavelength of the exposure light to achieve a high resolution in order to manufacture an IC with higher integration. For example, as the exposure light, a KrF excimer laser light (wavelength λ = 248) is used. The use of 0.5 nm) is being considered. In the case of this projection exposure apparatus using the KrF excimer laser light, even if the reticle and the wafer are aligned (positioned) by the TTL (through the lens) method with alignment light having a wavelength different from that of the exposure light. There is no alignment light source with an appropriate wavelength close to the exposure wavelength. Therefore, the exposure wavelength and the wavelength of the alignment light are largely different, and it is practically difficult to realize an alignment optical system in which chromatic aberration is favorably corrected.

【０００４】また、エキシマレーザー光自体を用いてア
ライメントをするにしても、フォトレジストが露光され
ること、またエキシマレーザー自体がパルス光源で、パ
ルス毎の出力のばらつきが大きく精度上問題のあること
などから解決しなければならない点が多い。このような
ことから、遠紫外の光源を用いた投影露光装置において
は、投影光学系から一定間隔だけ離して配置され、専ら
ウエハ上のマーク（アライメントマーク）を検出する顕
微鏡を用いた、オフ・アクシス方式のマーク検出系（ア
ライメントセンサー）が有効である。オフ・アクシス方
式のアライメントセンサーであれば、露光波長や検出方
法に関する制約はほとんど無くなり、高い再現性のアラ
イメントが期待できるからである。Further, even if the alignment is performed using the excimer laser light itself, the photoresist is exposed, and the excimer laser itself is a pulse light source, and there is a large variation in output for each pulse, which is problematic in terms of accuracy. There are many points that have to be solved from such as. For this reason, in a projection exposure apparatus that uses a far-ultraviolet light source, an off-light detector that uses a microscope that is arranged at a fixed distance from the projection optical system and that exclusively detects marks (alignment marks) on the wafer is used. The axis type mark detection system (alignment sensor) is effective. This is because an off-axis type alignment sensor has almost no restrictions on the exposure wavelength and the detection method, and highly reproducible alignment can be expected.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
オフアクシス方式のアライメントセンサーを備えた投影
露光装置に於いては、露光位置（投影光学系の被露光領
域）のみでオートフォーカス(フォーカス位置合せ）及
びオートレベリング（ウェハ傾斜補正）を行う機構にな
っている。そのため、表面傾斜のあるウェハなどをアラ
イメントする場合、図５に示すようにアライメントマー
ク位置でフォーカスをかけないでマーク位置検出を行う
と、アライメントセンサー２７のベストフォーカス位置
６３に対してウェハＷの表面がずれた位置にくる事があ
る。そして、このまま計測を行うと、テレセンなどの影
響で精度の劣化を引きおこす。また、アライメントマー
クをフォーカス計測検出位置６２に移動させアライメン
トマーク位置にてアライメントセンサー２７のベストフ
ォーカス位置にフォーカスを合せてからアライメントセ
ンサー２７のマーク検出位置にアライメントマークを持
っていくとフォーカス計測位置６２とアライメントセン
サーのマーク検出位置６４の間をステージが移動するた
めスループットの低下となってしまうという問題があっ
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、スループットを低下させることなくフォーカスの
位置ずれによる精度劣化をなくすことを目的とする。However, in the projection exposure apparatus provided with the conventional off-axis type alignment sensor, autofocus (focus position adjustment) is performed only at the exposure position (the exposed area of the projection optical system). And a mechanism for performing automatic leveling (wafer inclination correction). Therefore, when aligning a wafer having a surface inclination, if the mark position detection is performed without focusing at the alignment mark position as shown in FIG. 5, the surface of the wafer W with respect to the best focus position 63 of the alignment sensor 27 is detected. There is a case that the position is shifted. Then, if the measurement is performed as it is, the accuracy is deteriorated due to the influence of telecentricity. Further, if the alignment mark is moved to the focus measurement detection position 62 and the best focus position of the alignment sensor 27 is focused at the alignment mark position and then the alignment mark is brought to the mark detection position of the alignment sensor 27, the focus measurement position 62 Since the stage moves between the mark detection position 64 and the mark detection position 64 of the alignment sensor, there is a problem that throughput is reduced. The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to eliminate accuracy deterioration due to focus position shift without reducing throughput.

【０００６】[0006]

【課題を解決する手段】第１の手段は、投影光学系の光
軸に平行な方向にウェハＷを位置決めする高さ調整手段
（Ｚステージ１７）と、投影光学系の投影視野内におい
てウェハＷの投影光学系の光軸に平行な方向のフォーカ
ス位置を計測するフォーカス位置検出手段（ＡＦセンサ
ー）と、投影光学系の光軸と垂直な面を基準としてウェ
ハステージ（ＸＹステージ１８）上に載置されたウェハ
Ｗの傾斜量を求める傾斜量測定手段（ＡＦセンサー、Ｘ
Ｙステージ１８、制御装置１４）と、投影光学系の投影
視野から所定間隔だけ離して配設されたマーク検出系
（アライメントセンサー２７）によってマークを検出す
るようにウェハステージを位置決めする際、予めフォー
カス位置検出手段によって求められたウェハＷ上の任意
の位置におけるフォーカス位置、傾斜量測定手段により
求められたウェハ傾斜量、及びウェハＷ上のマークの配
置情報（ＸＹ座標）に基づいて、マークとマーク検出系
との間隔を所定の値にするのに必要な高さ調整手段の移
動量を算出する演算手段とを備えて、マーク検出系のマ
ーク検出時のフォーカス合せを可能とした。The first means is height adjusting means (Z stage 17) for positioning the wafer W in a direction parallel to the optical axis of the projection optical system, and the wafer W in the projection visual field of the projection optical system. The focus position detecting means (AF sensor) for measuring the focus position in the direction parallel to the optical axis of the projection optical system and the wafer stage (XY stage 18) with the plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system as a reference. Inclination amount measuring means (AF sensor, X sensor) for obtaining the inclination amount of the placed wafer W.
When the wafer stage is positioned so as to detect the mark by the Y stage 18, the control device 14) and the mark detection system (alignment sensor 27) arranged at a predetermined distance from the projection visual field of the projection optical system, the focus is adjusted in advance. Based on the focus position at an arbitrary position on the wafer W obtained by the position detecting means, the wafer inclination amount obtained by the inclination amount measuring means, and the mark arrangement information (XY coordinates) on the wafer W, the marks and the marks are displayed. By providing a calculating means for calculating the amount of movement of the height adjusting means necessary to bring the distance to the detection system to a predetermined value, it is possible to perform focusing at the time of mark detection by the mark detection system.

【０００７】第２の手段は、投影光学系の光軸に平行な
方向にウェハＷを位置決めする高さ調整手段（Ｚステー
ジ１７）と、投影光学系の投影視野内においてウェハＷ
の投影光学系の光軸に平行な方向のフォーカス位置を計
測するフォーカス位置検出手段（ＡＦセンサー）と、投
影光学系の光軸と垂直な面を基準としてウェハステージ
上に載置されたウェハＷの傾斜量を求める傾斜量測定手
段（ＡＦセンサー、ＸＹステージ１８、制御装置１４）
と、ウェハＷの表面が前記投影光学系の光軸を基準にし
てウェハＷを傾斜させるウェハステージ上に配設された
基板傾斜補正手段（レベリングステージ１７ｌ）と、マ
ーク検出系によってマークを検出するようにウェハステ
ージを位置決めする際、傾斜量補正手段により求めた傾
斜量から基板傾斜補正手段によりウェハＷが投影光学系
の光軸に垂直になるように補正し、フォーカス位置検出
手段と高さ調整手段によりマークとマーク検出系との間
隔を所定の値になるようにウェハＷを上下させてから、
ウェハＷ上の位置合せ用のマークの位置をマーク検出系
で検出する動作を制御する制御手段とを有する投影露光
装置。The second means is height adjusting means (Z stage 17) for positioning the wafer W in a direction parallel to the optical axis of the projection optical system, and the wafer W in the projection visual field of the projection optical system.
Focus position detecting means (AF sensor) for measuring the focus position in the direction parallel to the optical axis of the projection optical system, and the wafer W placed on the wafer stage with the plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system as a reference. Amount measuring means (AF sensor, XY stage 18, controller 14) for obtaining the amount of inclination of
And a mark is detected by a mark detection system and a substrate inclination correction means (leveling stage 17l) arranged on a wafer stage in which the surface of the wafer W is inclined with respect to the optical axis of the projection optical system. When the wafer stage is positioned as described above, the wafer W is corrected by the substrate tilt correction unit from the tilt amount obtained by the tilt amount correction unit so as to be perpendicular to the optical axis of the projection optical system, and the focus position detection unit and the height adjustment are performed. The wafer W is moved up and down so that the distance between the mark and the mark detection system becomes a predetermined value by means,
A projection exposure apparatus having: a control unit that controls an operation of detecting a position of an alignment mark on the wafer W by a mark detection system.

【０００８】第３の手段は、投影光学系の光軸に平行な
方向にウェハＷを位置決めする高さ調整手段（Ｚステー
ジ１７）と、投影光学系の投影視野内においてウェハＷ
の投影光学系の光軸に平行な方向のフォーカス位置を計
測するフォーカス位置検出手段（ＡＦセンサー）と、投
影光学系の光軸と垂直な面を基準としてウェハステージ
（ＸＹステージ１８）上に載置されたウェハＷの傾斜量
を求める傾斜量測定手段（ＡＦセンサー、ＸＹステージ
１８、制御装置１４）と、傾斜量測定手段により求めら
れたウェハＷの傾斜量と予め記憶されたウェハＷの傾斜
量の許容値とを比較する比較手段と、前記マーク検出系
によって前記マークを検出するように前記ステージを位
置決めする際、比較手段によって傾斜量測定手段により
求められたウェハＷの傾斜量が大きいと判断された時、
マークとマーク検出系との間隔を所定の値になるように
フォーカス位置検出手段と高さ調整手段を制御してウェ
ハＷを上下させる動作を行う制御手段（主制御系１４）
を備えた投影露光装置。The third means is height adjusting means (Z stage 17) for positioning the wafer W in a direction parallel to the optical axis of the projection optical system, and the wafer W in the projection visual field of the projection optical system.
The focus position detecting means (AF sensor) for measuring the focus position in the direction parallel to the optical axis of the projection optical system and the wafer stage (XY stage 18) with the plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system as a reference. Inclination amount measuring means (AF sensor, XY stage 18, controller 14) for obtaining the inclination amount of the placed wafer W, and the inclination amount of the wafer W obtained by the inclination amount measuring means and the inclination of the wafer W stored in advance. When comparing the comparing means for comparing with the allowable value of the amount and the stage for positioning the stage so as to detect the mark by the mark detecting system, if the inclination amount of the wafer W obtained by the inclination measuring means by the comparing means is large. When judged,
Control means (main control system 14) for controlling the focus position detecting means and the height adjusting means to move the wafer W up and down so that the distance between the mark and the mark detecting system becomes a predetermined value.
A projection exposure apparatus.

【０００９】[0009]

【作用】本発明の第１の手段では、ウェハＷの傾斜を調
べ、そして位置検出を行うマーク位置座標とウェハＷ上
の任意の位置におけるフォーカス位置に基づいてウェハ
Ｗを上下させてアライメントセンサー２７のフォーカス
位置にマークを合せる様にした。According to the first means of the present invention, the alignment sensor 27 is operated by moving the wafer W up and down based on the mark position coordinates for checking the inclination of the wafer W and detecting the position and the focus position at an arbitrary position on the wafer W. The mark is aligned with the focus position of.

【００１０】本発明の第２の手段では、予めウェハＷの
傾斜を補正して１度だけアライメントセンサー２７のフ
ォーカス位置に合せる事によって全てのアライメントマ
ークのフォーカス位置合せができる様にした。本発明の
第３の手段では、ウェハＷの傾斜量を調べてその傾斜量
が予め設定してある設定値より大きい時は傾斜量を補正
して、１度だけアライメントセンサー２７のフォーカス
位置に合せる事によって、全てのアライメントマークの
フォーカス位置合せができるようにした。In the second means of the present invention, the alignment of the wafer W is corrected in advance, and the alignment position of the alignment sensor 27 is adjusted only once so that all alignment marks can be aligned. According to the third means of the present invention, the tilt amount of the wafer W is checked, and when the tilt amount is larger than a preset set value, the tilt amount is corrected and the focus position of the alignment sensor 27 is adjusted only once. By doing so, the focus position of all alignment marks can be adjusted.

【００１１】[0011]

【実施例】図１は本例の投影露光装置の概略構成を示
し、この図１において、超高圧の水銀ランプ１から発生
した露光光ＩＬ１は楕円鏡２で反射してその第２焦点で
一度集光した後、コリメータレンズ、干渉フィルター、
オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）及び
開口絞り（σ絞り）等を含む照明光学系３に入射する。
また、楕円鏡２の第２焦点の近傍には、モータ５によっ
て露光光ＩＬ１の光路の閉鎖及び開放を行うシャッター
（例えば４枚羽根のロータリーシャッター）４を配置す
る。尚、露光光ＩＬ１としては、水銀ランプ１等の輝線
（ｉ線等）の他に、ＫｒＦエキシマレーザ若しくはＡｒ
Ｆエキシマレーザ等のレーザ光、又は金属蒸気レーザや
ＹＡＧレーザの高調波等を用いても構わない。 照明光
学系３から射出されたウエハのレジスト層を感光させる
波長域の露光光ＩＬ１は、その大部分がビームスプリッ
ター６を透過し、この透過光が第１リレーレンズ７、可
変視野絞り（レチクルブラインド）８及び第２リレーレ
ンズ９を通過してミラー１０に至り、ここでほぼ垂直に
下方に反射された後、メインコンデンサーレンズ１１を
通過してレチクルＲのパターン領域ＰＡをほぼ均一な照
度で照明する。レチクルブラインド８の配置面はレチク
ルＲのパターン形成面と共役関係（結像関係）にある。1 shows a schematic structure of a projection exposure apparatus of this embodiment. In FIG. 1, the exposure light IL1 generated from an ultrahigh pressure mercury lamp 1 is reflected by an elliptical mirror 2 and once at its second focus. After focusing, collimator lens, interference filter,
The light enters the illumination optical system 3 including an optical integrator (fly-eye lens) and an aperture stop (σ stop).
A shutter (for example, a four-blade rotary shutter) 4 that closes and opens the optical path of the exposure light IL1 by a motor 5 is arranged near the second focus of the elliptical mirror 2. The exposure light IL1 may be a KrF excimer laser or Ar in addition to the bright line (i-line or the like) of the mercury lamp 1 or the like.
Laser light such as an F excimer laser or a harmonic wave of a metal vapor laser or a YAG laser may be used. Most of the exposure light IL1 in the wavelength range that exposes the resist layer of the wafer emitted from the illumination optical system 3 is transmitted through the beam splitter 6, and this transmitted light is transmitted through the first relay lens 7 and the variable field stop (reticle blind). ) 8 and the second relay lens 9 to reach the mirror 10, where it is reflected almost vertically downward, and then passes through the main condenser lens 11 to illuminate the pattern area PA of the reticle R with a substantially uniform illuminance. To do. The arrangement surface of the reticle blind 8 has a conjugate relationship (imaging relationship) with the pattern formation surface of the reticle R.

【００１２】レチクルＲは、モータ１５によって投影光
学系１６の光軸方向に微動可能で、且つ水平面内で２次
元的な移動及び微小回転が可能なレチクルステージ１２
に載置されている。レチクルステージ１２の端部にはレ
ーザ光波干渉測長器（干渉計）１３からのレーザビーム
を反射する移動鏡１３ｍが固定されており、レチクルス
テージ１２の２次元的な位置は干渉計１３によって、例
えば0.01μｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル
Ｒ上にはレチクルアライメント系（不図示）が配置さ
れ、これらレチクルアライメント系は、レチクルＲの外
周付近に形成された２組のアライメントマークを検出す
るものである。レチクルアライメント系からの検出信号
に基づいてレチクルステージ１２を微動させることで、
レチクルＲはパターン領域ＰＡの中心点が光軸ＡＸと一
致するように位置決めされる。 さて、レチクルＲのパ
ターン領域ＰＡを通過した露光光ＩＬ１は、両側テレセ
ントリックな投影光学系１６に入射し、投影光学系１６
はレチクルＲの回路パターンの投影像を１／５に縮小し
て、表面にフォトレジスト層が形成され、その表面が投
影光学系１６の結像面とほぼ一致するように保持された
ウエハＷ上の１つのショット領域に重ね合わせて投影
（結像）する。The reticle R can be finely moved in the optical axis direction of the projection optical system 16 by a motor 15, and can be two-dimensionally moved and finely rotated in a horizontal plane.
It is placed in. A movable mirror 13m that reflects the laser beam from the laser light wave interferometer (interferometer) 13 is fixed to the end of the reticle stage 12, and the two-dimensional position of the reticle stage 12 is determined by the interferometer 13. For example, it is always detected with a resolution of about 0.01 μm. A reticle alignment system (not shown) is arranged on the reticle R, and these reticle alignment systems detect two sets of alignment marks formed near the outer periphery of the reticle R. By finely moving the reticle stage 12 based on the detection signal from the reticle alignment system,
The reticle R is positioned so that the center point of the pattern area PA coincides with the optical axis AX. The exposure light IL1 that has passed through the pattern area PA of the reticle R enters the projection optical system 16 that is telecentric on both sides, and the projection optical system 16
On the wafer W, which is obtained by reducing the projected image of the circuit pattern of the reticle R to ⅕, forming a photoresist layer on the surface, and holding the surface so that the surface substantially coincides with the image plane of the projection optical system 16. Is projected (imaged) on one shot area.

【００１３】図３はウエハＷ上にウエハＷ上の座標系
（ｘ，ｙ）に沿って配列されたショット領域ＥＳ１〜Ｅ
ＳＮを示し、各ショット領域ＥＳｉに隣接するストリー
トラインにはそれぞれＸ方向用のウエハマークＭｘｉ及
びＹ方向用のウエハマークＭｙｉが形成されている。ウ
エハマークＭｘｉはＸ方向に所定ピッチで配列されたマ
ルチマークであり、ウエハマークＭｙｉはＹ方向に所定
ピッチで配列されたマルチマークである。また、本例で
は、アライメントを例えばエンハンスト・グローバル・
アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）方式でアライ
メントを行う。このＥＧＡ方式では、それらショット領
域ＥＳｉから予め選択されたショット領域（以下、「サ
ンプルショット」という）ＳＡ１〜ＳＡ９についてのみ
オフ・アクシスのアライメントセンサーでウエハマーク
の位置を検出し、その検出結果を統計処理することによ
り、全てのショット領域の計算上の配列座標を算出し、
この配列座標に基づいて位置合わせを行う。FIG. 3 shows shot areas ES1 to E arranged on the wafer W along the coordinate system (x, y).
Wafer marks Mxi for the X direction and wafer marks Myi for the Y direction are formed on the street lines adjacent to each shot area ESi, respectively, indicating the SN. The wafer marks Mxi are multi-marks arranged at a predetermined pitch in the X direction, and the wafer marks Myi are multi-marks arranged at a predetermined pitch in the Y direction. In addition, in this example, the alignment is, for example, enhanced global
Alignment is performed by an alignment (hereinafter referred to as “EGA”) method. In this EGA method, the position of the wafer mark is detected by the off-axis alignment sensor only for the shot areas (hereinafter referred to as “sample shots”) SA1 to SA9 that are selected in advance from those shot areas ESi, and the detection results are statistically calculated. By processing, calculate the calculated array coordinates of all shot areas,
Positioning is performed based on the array coordinates.

【００１４】図１に戻り、ウエハＷは、微小回転可能な
ウエハホルダ（不図示）に真空吸着され、このホルダを
介してＺステージ１７上に載置され、Ｚステージ１７は
ＸＹステージ１８上に載置されている。装置全体の動作
を制御する主制御系１４は、モータ２１によりＸＹステ
ージ１８をステップ・アンド・リピート方式で駆動する
ことにより、ウエハＷを２次元移動させ、Ｚステージ１
７によりウエハＷを投影光学系１６の光軸に平行なＺ方
向に位置決めする。Ｚステージ１７内には、ウエハＷの
傾斜量補正（レベリング）を行うレベリングステージ１
７ｌも組み込まれている。ウエハＷ上の１つのショット
領域に対するレチクルＲの転写露光が終了すると、ウエ
ハステージＷＳ内のＸＹステージ１８によりウエハＷは
次のショット位置までステッピングされる。Ｚステージ
１７の端部には干渉計２０からのレーザビームを反射す
る移動鏡２０ｍが固定され、Ｚステージ１７の２次元的
な位置は干渉計２０によって、例えば0.01μｍ程度の分
解能で常時検出される。Returning to FIG. 1, the wafer W is vacuum-sucked by a wafer holder (not shown) capable of minute rotation, and is placed on the Z stage 17 via this holder. The Z stage 17 is placed on the XY stage 18. It is placed. The main control system 14 that controls the operation of the entire apparatus moves the wafer W two-dimensionally by driving the XY stage 18 by the step-and-repeat method by the motor 21 to move the Z-stage 1
The wafer W is positioned in the Z direction parallel to the optical axis of the projection optical system 16 by 7. In the Z stage 17, a leveling stage 1 for correcting (leveling) the inclination amount of the wafer W is provided.
7l is also incorporated. When the transfer exposure of the reticle R onto one shot area on the wafer W is completed, the wafer W is stepped to the next shot position by the XY stage 18 in the wafer stage WS. A movable mirror 20m that reflects the laser beam from the interferometer 20 is fixed to the end of the Z stage 17, and the two-dimensional position of the Z stage 17 is constantly detected by the interferometer 20 with a resolution of, for example, about 0.01 μm. It

【００１５】また、Ｚステージ１７上にはベースライン
計測時等で用いられる基準マークが形成されたガラス基
板よりなる基準部材１９が、その表面の高さがウエハＷ
の露光面の高さとほぼ一致するように設けられている。
本例では、Ｚステージ１７でＺ方向の位置を変えて、基
準部材１９上の基準マークを後述のオフ・アクシスのア
ライメントセンサー２７で観測し、撮像された基準マー
ク像のコントラストが最も高くなる位置から、そのアラ
イメントセンサー２７のベストフォーカス位置を求め
る。その基準部材１９上の基準マークとしては、ウエハ
マークと同様のマルチマーク等が使用できる。Further, a reference member 19 made of a glass substrate on which reference marks used for baseline measurement and the like are formed is mounted on the Z stage 17, and the surface height of the reference member 19 is the wafer W.
It is provided so as to substantially match the height of the exposed surface of.
In this example, the position in the Z direction is changed by the Z stage 17, the reference mark on the reference member 19 is observed by an off-axis alignment sensor 27 described later, and the position where the contrast of the taken reference mark image is the highest. Then, the best focus position of the alignment sensor 27 is obtained. As the reference mark on the reference member 19, a multi-mark similar to the wafer mark can be used.

【００１６】また、基準部材１９上の基準マークの位置
をアライメントセンサー２７により検出し、次にＴＴＬ
（スルー・ザ・レンズ）方式の観察系（不図示）により
投影光学系１６を介してその基準マークの位置を検出す
ることにより、投影光学系１６の光軸とアライメントセ
ンサー２７の光軸とのずれ量であるベースライン量を求
める。アライメントセンサー２７でウエハＷ上の或るウ
エハマークの位置を検出し、その検出結果にそのベース
ライン量を加算することにより、そのウエハマークの属
するショット領域を投影光学系１６による露光フィール
ド内に位置合わせすることができる。Further, the position of the reference mark on the reference member 19 is detected by the alignment sensor 27, and then TTL.
By detecting the position of the reference mark via the projection optical system 16 by a (through the lens) type observation system (not shown), the optical axis of the projection optical system 16 and the optical axis of the alignment sensor 27 are The amount of baseline, which is the amount of deviation, is calculated. The alignment sensor 27 detects the position of a certain wafer mark on the wafer W, and by adding the baseline amount to the detection result, the shot area to which the wafer mark belongs is positioned in the exposure field by the projection optical system 16. Can be matched.

【００１７】図１に示すように、投影光学系１６の結像
特性を調整するための結像特性補正部２２も設けられて
いる。本実施例における結像特性補正部２２は、投影光
学系１６を構成する一部のレンズエレメント、特にレチ
クルＲに近い複数のレンズエレメントの各々を、ピエゾ
素子等の圧電素子を用いて独立に駆動（光軸ＡＸに対し
て平行移動又は傾斜）することで、投影光学系１６の結
像特性、例えば投影倍率やディストーションを補正する
ものである。これに関して、投影光学系１６の結像特
性、例えば結像面の位置（焦点位置）は、周囲の大気
圧、温度、及び投影光学系１６に対する露光光の照射時
間（正確には露光光吸収に伴う熱蓄積量）等によっても
変化する。同様に、アライメントセンサー２７のベスト
フォーカス位置も大気圧及び温度により変化する。As shown in FIG. 1, an image forming characteristic correction unit 22 for adjusting the image forming characteristics of the projection optical system 16 is also provided. The imaging characteristic correction unit 22 in the present embodiment independently drives some of the lens elements forming the projection optical system 16, in particular, each of a plurality of lens elements close to the reticle R by using a piezoelectric element such as a piezo element. By performing (translating or tilting with respect to the optical axis AX), the image forming characteristics of the projection optical system 16, for example, the projection magnification and distortion are corrected. In this regard, the imaging characteristics of the projection optical system 16, for example, the position of the imaging surface (focal position) is determined by the ambient atmospheric pressure, the temperature, and the irradiation time of the exposure light with respect to the projection optical system 16 (more precisely, the exposure light absorption It also changes depending on the amount of heat accumulated). Similarly, the best focus position of the alignment sensor 27 also changes depending on atmospheric pressure and temperature.

【００１８】そこで、投影光学系１６とアライメントセ
ンサー２７との中間位置に環境センサー２３を配置し、
この環境センサー２３で大気圧及び温度を常時計測し、
計測結果を主制御系１４に供給する。主制御系１４は、
大気圧及び温度の計測結果より、予め実験的に求めてあ
る計算式を用いて、投影光学系１６の結像特性の変化量
及び結像面の位置の変化量を求め、並行してアライメン
トセンサー２７のベストフォーカス位置の変化量を求め
る。投影光学系１６の結像特性の変化については、主制
御系１４は結像特性補正部２２によって補正を行う。ま
た、投影光学系１６の結像面の位置の変化及びアライメ
ントセンサー２７のベストフォーカス位置の変化に対し
ては、後述のように主制御系１４はＺステージ１７を動
作させて露光時及びマーク位置検出時でそれぞれウエハ
Ｗのフォーカス位置を独立に設定することにより対応す
る。主制御系１４は、フォーカス計測値やフォーカス計
測したＸＹ座標、そしてウェハＷの傾斜補正を行うかど
うかの判断に使用する傾斜量の許容値を記憶する事が可
能となっている。Therefore, the environment sensor 23 is arranged at an intermediate position between the projection optical system 16 and the alignment sensor 27,
This environment sensor 23 constantly measures atmospheric pressure and temperature,
The measurement result is supplied to the main control system 14. The main control system 14 is
From the measurement results of atmospheric pressure and temperature, the amount of change in the image forming characteristics of the projection optical system 16 and the amount of change in the position of the image forming surface are obtained by using the formulas obtained experimentally in advance, and the alignment sensor The change amount of the best focus position of 27 is calculated. The main control system 14 corrects the change in the image forming characteristic of the projection optical system 16 by the image forming characteristic correcting unit 22. Further, with respect to the change of the position of the image forming plane of the projection optical system 16 and the change of the best focus position of the alignment sensor 27, the main control system 14 operates the Z stage 17 to perform exposure and mark position as described later. This is dealt with by independently setting the focus position of the wafer W at the time of detection. The main control system 14 can store the focus measurement value, the XY coordinates of the focus measurement, and the allowable value of the tilt amount used for determining whether or not to correct the tilt of the wafer W.

【００１９】また、ビームスプリッター６で反射された
露光光ＩＬ１を集光レンズ２４を透過して光電検出器２
５で受光し、光電検出器２５の光電変換信号を主制御系
１４に供給する。予め光電検出器２５での受光量とウエ
ハＷの露光面での露光エネルギーとの関係が求められて
おり、主制御系１４は光電検出器２５の光電変換信号を
積算することによりウエハＷの積算露光量をモニターす
ることができ、これにより露光時間の制御を行う。同時
にその積算露光量から、投影光学系１６を通過する露光
光の光量も分かるため、主制御系１４は光電検出器２５
の光電変換信号の積算結果より、投影光学系１６の結像
特性の変化量及び投影光学系１６の結像面の位置の変化
量を求め、上述の方法で補正を行う。Further, the exposure light IL1 reflected by the beam splitter 6 is transmitted through the condenser lens 24, and the photoelectric detector 2
Light is received at 5, and the photoelectric conversion signal of the photoelectric detector 25 is supplied to the main control system 14. The relationship between the amount of light received by the photoelectric detector 25 and the exposure energy on the exposed surface of the wafer W is previously obtained, and the main control system 14 integrates the photoelectric conversion signals of the photoelectric detector 25 to integrate the wafer W. The exposure dose can be monitored, which controls the exposure time. At the same time, the amount of exposure light passing through the projection optical system 16 is known from the integrated exposure amount, so that the main control system 14 uses the photoelectric detector 25.
From the integration result of the photoelectric conversion signals of, the amount of change in the image forming characteristics of the projection optical system 16 and the amount of change in the position of the image forming surface of the projection optical system 16 are obtained, and the correction is performed by the above method.

【００２０】また、本例の投影露光装置には、ウエハＷ
の露光面の位置を計測するためのＡＦセンサーが設けら
れている。そのＡＦセンサー、Ｚステージ１７及び主制
御系１４によりオートフォーカスが行われる。図１に示
すように、ＡＦセンサーは投影光学系１６の側面に配置
された送光系４２ａ及び受光系４２ｂより構成されてい
る。Further, in the projection exposure apparatus of this example, the wafer W
An AF sensor is provided for measuring the position of the exposure surface. The AF sensor, the Z stage 17, and the main control system 14 perform autofocus. As shown in FIG. 1, the AF sensor includes a light transmitting system 42a and a light receiving system 42b arranged on the side surface of the projection optical system 16.

【００２１】図２は、図１のＡＦセンサーを拡大して示
し、この図２において、ＡＦセンサーは送光系４２ａ
（照明系４３〜集光対物レンズ４５）と受光系４２ｂ
（集光対物レンズ４６〜光電検出器５０）とより構成さ
れ、送光系４２ａにおいて、照明系４３の前面にはスリ
ットパターンよりなる開口パターンが形成されている。
その開口パターンを通過した検出光（例えばウエハＷ上
のフォトレジストに対して非感光性の光）ＩＬ３が、ミ
ラー４４及び集光対物レンズ４５を介して投影光学系１
６の光軸ＡＸに斜めに入射し、投影光学系１６の投影視
野内のウエハＷの露光面（又は基準部材１９の表面等）
に照射され、その露光面上にスリットパターン像が結像
投影される。そして、その露光面で反射された検出光
が、受光系４２ｂの受光対物レンズ４６、傾斜角可変の
ミラー４７、結像レンズ４８及び振動スリット４９を経
て光電検出器５０の受光面のスリット状の開口上にスリ
ットパターン像を再結像する。その開口を通過した光を
光電変換して得た検出信号が主制御系１４内で振動スリ
ット４９の駆動信号で同期整流されて、フォーカス信号
が得られる。FIG. 2 is an enlarged view of the AF sensor of FIG. 1. In FIG. 2, the AF sensor is the light transmitting system 42a.
(Illumination system 43 to condensing objective lens 45) and light receiving system 42b
(Condensing objective lens 46 to photoelectric detector 50), in the light sending system 42a, an opening pattern made of a slit pattern is formed on the front surface of the illumination system 43.
The detection light (for example, light that is non-photosensitive to the photoresist on the wafer W) IL3 that has passed through the aperture pattern is projected through the mirror 44 and the condenser objective lens 45 into the projection optical system 1.
6 is obliquely incident on the optical axis AX and the exposure surface of the wafer W in the projection field of the projection optical system 16 (or the surface of the reference member 19 or the like).
And the slit pattern image is image-projected on the exposed surface. Then, the detection light reflected on the exposed surface passes through the light receiving objective lens 46 of the light receiving system 42b, the tilt angle variable mirror 47, the imaging lens 48, and the vibration slit 49, and has a slit shape on the light receiving surface of the photoelectric detector 50. The slit pattern image is re-imaged on the aperture. The detection signal obtained by photoelectrically converting the light passing through the opening is synchronously rectified by the drive signal of the vibration slit 49 in the main control system 14 to obtain the focus signal.

【００２２】この場合、ウエハＷの露光面でのスリット
パターン像の長手方向は図２の紙面に垂直な方向であ
り、ウエハＷの露光面がＺ方向に変位すると、光電検出
器５０の受光面でのスリットパターン像はＸ方向に変位
する。従って、光電検出器５０から出力されるフォーカ
ス信号は、所定の範囲内でウエハＷの露光面のフォーカ
ス位置に対してほぼリニアに変化する信号になるため、
そのフォーカス信号からウエハＷの露光面のフォーカス
位置を検出することができる。また、受光系４２ｂ内の
ミラー４７を図２の紙面に垂直な軸を中心に回転するこ
とにより、光電検出器５０の受光面でのスリットパター
ン像の位置がＸ方向に変位する。主制御系１４が、駆動
部５１によってミラー４７の傾斜角を設定する。後述の
ように、投影光学系１６の最良結像面のＺ方向の位置
（結像面の位置）を求めたときに、例えばウエハＷの露
光面をその結像面の位置に設定した状態で、ミラー４７
を傾斜させて、光電検出器５０の受光面の開口の中心に
スリットパターン像の中心を合致させる。これはフォー
カス信号を例えばゼロクロス点に設定することを意味す
るが、これによりＡＦセンサーのキャリブレーションが
行われる。In this case, the longitudinal direction of the slit pattern image on the exposure surface of the wafer W is perpendicular to the paper surface of FIG. 2, and when the exposure surface of the wafer W is displaced in the Z direction, the light receiving surface of the photoelectric detector 50. The slit pattern image at is displaced in the X direction. Therefore, the focus signal output from the photoelectric detector 50 is a signal that changes substantially linearly with respect to the focus position of the exposure surface of the wafer W within a predetermined range.
The focus position of the exposure surface of the wafer W can be detected from the focus signal. The position of the slit pattern image on the light receiving surface of the photoelectric detector 50 is displaced in the X direction by rotating the mirror 47 in the light receiving system 42b about an axis perpendicular to the paper surface of FIG. The main control system 14 sets the tilt angle of the mirror 47 by the drive unit 51. As will be described later, when the position of the best image plane of the projection optical system 16 in the Z direction (image plane position) is obtained, for example, with the exposure surface of the wafer W set at the image plane position. , Mirror 47
Is tilted to match the center of the slit pattern image with the center of the opening of the light receiving surface of the photoelectric detector 50. This means that the focus signal is set at, for example, the zero-cross point, and the AF sensor is calibrated by this.

【００２３】次に、図１の投影光学系１６の側面には、
プリズムミラー２６と共に、オフ・アクシス方式のアラ
イメントセンサー２７が配置されている。このアライメ
ントセンサー２７において、ハロゲンランプ２８からの
照明光ＩＬ２は集光レンズ２９により光ファイバー３０
に入射し、光ファイバー３０の他端から射出された照明
光ＩＬ２は、レンズ系３１、ハーフプリズム３２及び対
物レンズ３３を介してプリズムミラー２６に入射し、プ
リズムミラー２６で反射された照明光がウエハＷ上のウ
エハマークをほぼ垂直に照射する。 ウエハＷ上のウエ
ハマークからの反射光は同じ経路を戻ってプリズムミラ
ー２６、対物レンズ３３を介してハーフプリズム３２に
達し、ハーフプリズム３２で反射された光が、結像レン
ズ３４を経て指標板３５上にウエハマークの像を結像す
る。この指標板３５にはＸ方向用の指標マーク３５ａ，
３５ｂ（図４参照）及びＹ方向用の指標マークが形成さ
れている。この指標マーク３５ａ，３５ｂは図４に示す
ように、Ｙ方向と共役な方向に伸びた直線状パターンが
Ｘ方向と共役な方向に所定の間隔で並設された２本のパ
ターンで構成されている。Next, on the side surface of the projection optical system 16 of FIG.
An off-axis type alignment sensor 27 is arranged together with the prism mirror 26. In this alignment sensor 27, the illumination light IL2 from the halogen lamp 28 is passed through the condenser lens 29 to the optical fiber 30.
The illumination light IL2 incident on the other end of the optical fiber 30 enters the prism mirror 26 through the lens system 31, the half prism 32, and the objective lens 33, and the illumination light reflected by the prism mirror 26 is reflected by the wafer. The wafer mark on W is irradiated almost vertically. The reflected light from the wafer mark on the wafer W returns to the same path and reaches the half prism 32 through the prism mirror 26 and the objective lens 33. The light reflected by the half prism 32 passes through the imaging lens 34 and the index plate. An image of the wafer mark is formed on 35. The index plate 35 has an index mark 35a for the X direction,
35b (see FIG. 4) and Y-direction index marks are formed. As shown in FIG. 4, the index marks 35a and 35b are composed of two patterns in which linear patterns extending in the direction conjugate with the Y direction are arranged in parallel in the direction conjugate with the X direction at predetermined intervals. There is.

【００２４】図１において、この指標板３５は対物レン
ズ３３と結像レンズ３４とによってウエハＷとほぼ共役
に配置される。従って、ウエハＷ上のウエハマークの像
は指標板３５上に結像され、指標板３５からの光がリレ
ー系３６、ミラー３７、リレー系３８及びハーフプリズ
ム３９を介して、それぞれ２次元ＣＣＤカメラ等よりな
る撮像素子４０Ｘ及び４０Ｙの撮像面に達する。撮像素
子４０Ｘ及び４０Ｙの撮像面にはそれぞれウエハマーク
の像と指標マークの像とが結像される。そして、撮像素
子４０Ｘ及び４０Ｙからの撮像信号に基づいて、信号処
理系４１が指標板３５上の指標マークとウエハマークと
の位置ずれ量を検出し、この位置ずれ量を主制御系１４
に供給する。この際に、撮像素子４０Ｘの走査線の方向
はＸ方向と共役であり、撮像素子４０Ｙの走査線の方向
はＹ方向と共役である。そこで、図３のＸ方向用のウエ
ハマークＭｘｉの位置検出は撮像素子４０Ｘの撮像信号
に基づいて行い、Ｙ方向用のウエハマークＭｙｉの位置
検出は撮像素子４０Ｙの撮像信号に基づいて行う。この
ように指標マークを用いるのは撮像素子４０Ｘ及び４０
Ｙによる画像のスキャン開始位置がドリフトする為であ
る。In FIG. 1, the index plate 35 is arranged substantially conjugate with the wafer W by the objective lens 33 and the imaging lens 34. Therefore, the image of the wafer mark on the wafer W is formed on the index plate 35, and the light from the index plate 35 passes through the relay system 36, the mirror 37, the relay system 38, and the half prism 39, respectively, and the two-dimensional CCD camera. To the image pickup surfaces of the image pickup devices 40X and 40Y. An image of the wafer mark and an image of the index mark are formed on the image pickup surfaces of the image pickup devices 40X and 40Y, respectively. Then, based on the image pickup signals from the image pickup devices 40X and 40Y, the signal processing system 41 detects the amount of positional deviation between the index mark on the index plate 35 and the wafer mark, and this positional deviation amount is used as the main control system 14.
Supply to. At this time, the scanning line direction of the image pickup device 40X is conjugate with the X direction, and the scanning line direction of the image pickup device 40Y is conjugate with the Y direction. Therefore, the position detection of the wafer mark Mxi for the X direction in FIG. 3 is performed based on the image pickup signal of the image pickup device 40X, and the position detection of the wafer mark Myi for the Y direction is performed based on the image pickup signal of the image pickup device 40Y. In this way, the index marks are used in the image pickup devices 40X and 40X.
This is because the scan start position of the image by Y drifts.

【００２５】図１では図示していないが、レンズ系３１
内のウエハＷとほぼ共役な位置に照明視野絞りが設けら
れている。この視野絞りはウエハＷ上での照明領域を規
定する。ハーフプリズム２６の直下に図３のサンプルシ
ョットＳＡ１に付設されたＸ方向用のウエハマークＭｘ
ｊがある場合に、図１の撮像素子４０Ｘで観察されるそ
の照明領域に相当する部分の様子を図４（ａ）に示す。
ウエハＷ上の照明領域５５は、ウエハマークＭｘｊに対
応する領域５５ｃとウエハマークＭｘｊ近傍での指標板
３５上の指標マーク３５ａ，３５ｂに実質的に対応する
領域５５ａ，５５ｂとで構成されている。この領域５５
ａ，５５ｂにまで広げてこの照明領域を規定しているの
は、この領域５５ａ，５５ｂのウエハからの戻り光を利
用して指標板３５上の指標マーク３５ａ，３５ｂを透過
照明しているからである。 従って、指標マーク３５
ａ，３５ｂを照明する光に他のマークや回路パターンか
らのノイズ成分が混入しないように、領域５５ａ，５５
ｂは回路パターンもマークも形成されていない領域とな
っており、通常は鏡面状に加工されている。以下領域５
５ａ，５５ｂのような回路パターンもマークも形成され
ていない領域を禁止帯と呼ぶことにする。 このときの
ウエハマークＭｘｊ、指標マーク３５ａ，３５ｂに対応
する撮像素子４０Ｘからの撮像信号ＳＸを図４（ｂ）に
示す。ここで、縦軸は信号の強度を表し、横軸は図１の
ＸＹステージ１８のＸ方向の走査位置を表している。図
４（ｂ）に示すように、撮像素子４０Ｘからの撮像信号
は、指標マーク３５ａ，３５ｂ位置やウエハマークＭｘ
ｊのエッジに対応する位置（画素位置）でボトムとなる
信号波形となる。また、Ｙ方向にもウエハアライメント
マーク，指標マークが設けられており、撮像素子４０Ｙ
はＹ方向のマークを検出する。Although not shown in FIG. 1, the lens system 31
An illumination field stop is provided at a position substantially conjugate with the wafer W therein. This field stop defines an illumination area on the wafer W. Immediately below the half prism 26, a wafer mark Mx for the X direction attached to the sample shot SA1 of FIG.
FIG. 4A shows a state of a portion corresponding to the illumination area observed by the image pickup device 40X of FIG. 1 when there is j.
The illumination area 55 on the wafer W is composed of an area 55c corresponding to the wafer mark Mxj and areas 55a and 55b substantially corresponding to the index marks 35a and 35b on the index plate 35 near the wafer mark Mxj. . This area 55
This illumination area is defined by extending to a and 55b because the return light from the wafer in these areas 55a and 55b is used to transmit and illuminate the index marks 35a and 35b on the index plate 35. Is. Therefore, the index mark 35
Areas 55a and 55a are provided so that noise components from other marks and circuit patterns do not mix with the light that illuminates a and 35b.
The area b is an area where neither a circuit pattern nor a mark is formed, and is usually processed into a mirror surface. Area 5 below
Areas such as 5a and 55b in which neither circuit patterns nor marks are formed are referred to as forbidden bands. FIG. 4B shows the image pickup signal SX from the image pickup device 40X corresponding to the wafer mark Mxj and the index marks 35a and 35b at this time. Here, the vertical axis represents the signal intensity, and the horizontal axis represents the scanning position of the XY stage 18 in FIG. 1 in the X direction. As shown in FIG. 4B, the image pickup signal from the image pickup device 40X includes the positions of the index marks 35a and 35b and the wafer mark Mx.
The signal waveform has a bottom at the position (pixel position) corresponding to the edge of j. Further, a wafer alignment mark and an index mark are also provided in the Y direction, and the image pickup device 40Y
Detects a mark in the Y direction.

【００２６】ここで、本発明における第１の実施例につ
いて説明する。通常のアライメントシーケンスは、３個
のショット領域（サーチショット）をマーク位置検出し
て、±２μｍ程度に粗く追い込むサーチアライメントを
行った後、±０．１μｍ程度以下に追い込むファインア
ライメントを行う。この時、サーチアライメントの前に
ＡＦセンサーにてウェハＷ上の数点（３点以上）のフォ
ーカス位置を求め、フォーカス位置を求めたその数点の
ＸＹ座標位置とから最小二乗法などを利用してウェハＷ
のＺ方向（投影光学系１６の光軸ＡＸに平行な方向）に
対する傾斜量を測定する。Now, the first embodiment of the present invention will be described. In a normal alignment sequence, mark positions of three shot areas (search shots) are detected, and search alignment is performed to roughly drive to ± 2 μm, and then fine alignment to drive to ± 0.1 μm or less. At this time, the focus position of several points (3 or more points) on the wafer W is obtained by the AF sensor before the search alignment, and the least squares method or the like is used from the XY coordinate positions of the obtained few focus points. Wafer W
Is measured with respect to the Z direction (direction parallel to the optical axis AX of the projection optical system 16).

【００２７】ウェハＷの傾斜量を求めるためのフォーカ
ス計測位置は、ウェハＷ上の任意の３点で計測すれば求
められるが、例えばサーチアライメントを行う３個のシ
ョット領域の各ショット中心で行なってもよく、又、サ
ーチショットのマーク位置（ＭｘｉまたはＭｙｉ）上で
計測してもかまわない。サーチアライメント及び／また
はファインアライメントを行う際は、アライメントマー
クのＸＹ座標、測定した傾斜量、及び傾斜量測定時に求
めたフォーカス位置からＺステージを上下させてアライ
メントマークをアライメントセンサー２７のベストフォ
ーカス位置付近でマーク位置検出を行う様にすればよ
い。The focus measurement position for obtaining the tilt amount of the wafer W can be obtained by measuring at any three points on the wafer W. For example, the focus measurement position is obtained at the center of each shot of the three shot areas where search alignment is performed. Alternatively, the measurement may be performed on the mark position (Mxi or Myi) of the search shot. When performing search alignment and / or fine alignment, the Z stage is moved up and down from the XY coordinates of the alignment mark, the measured tilt amount, and the focus position obtained when measuring the tilt amount to bring the alignment mark near the best focus position of the alignment sensor 27. The mark position may be detected with.

【００２８】サーチアライメント時にフォーカス位置合
せをアライメントマーク位置で行ってマーク位置検出を
行い、その時に計測したフォーカス位置により傾斜量を
求めておき、ファインアライメント時にその傾斜量に合
せてＺステージを上下させてマーク位置検出を行うこと
にしてもよい。また、前もってマーク位置にてフォーカ
ス計測したショットがファインアライメントショットと
重なっている場合にはそのショットのフォーカス位置を
記憶しておき、傾斜量に応じてＺステージを移動させる
のではなくその記憶しておいたフォーカス位置にＺステ
ージを移動させるだけでマーク位置検出を行なうように
することも可能である。At the time of search alignment, the focus position is aligned at the alignment mark position to detect the mark position, the tilt amount is obtained from the focus position measured at that time, and the Z stage is moved up and down according to the tilt amount at the time of fine alignment. It is also possible to detect the mark position. In addition, when the shot focus-measured at the mark position in advance overlaps the fine alignment shot, the focus position of the shot is stored, and the Z-stage is stored instead of being moved according to the tilt amount. It is also possible to detect the mark position simply by moving the Z stage to the set focus position.

【００２９】さらに、本発明における第２の実施例につ
いて説明する。ウェハＷの傾斜量を測定する方法は第１
の実施例と同様にサーチアライメントの前にＡＦセンサ
ーにてウェハＷ上の数点（３点以上）のフォーカス位置
を求め、フォーカス位置を求めたその数点のＸＹ座標位
置とから最小二乗法などを利用してウェハＷのＺ方向
（投影光学系１６の光軸ＡＸに平行な方向）に対する傾
斜量を測定する。Further, a second embodiment of the present invention will be described. The first method for measuring the tilt amount of the wafer W is
In the same manner as in the first embodiment, the focus position of several points (3 or more points) on the wafer W is obtained by the AF sensor before the search alignment, and the least squares method or the like is performed from the XY coordinate positions of the obtained few focus positions. Is used to measure the tilt amount of the wafer W with respect to the Z direction (direction parallel to the optical axis AX of the projection optical system 16).

【００３０】このウェハＷの傾斜量をレベリングによっ
て取り除き、マーク位置検出を行う前に１度、ウェハＷ
上の任意の位置でフォーカスをアライメントセンサー２
７のベストフォーカス位置に合せておけば、すべてのア
ライメントショットにおいて、それぞれのマーク位置検
出前にフォーカス合せを行う事なく、マーク位置検出を
行うことができる様になる。 ウェハ傾斜量の補正は、
サーチアライメント時に計測したフォーカス位置により
ウェハ傾斜量を求め、ファインアライメント前にレベリ
ングにより補正を行なってもよく、または、逆にサーチ
アライメントショットの３個のショットにおいてフォー
カス位置だけ最初に計測し、ウェハＷの傾斜量を求め、
レベリングを行なった後にサーチアライメントを行なっ
てもよい。The tilt amount of the wafer W is removed by leveling, and the wafer W is removed once before the mark position is detected.
Focus on any position on the alignment sensor 2
If the best focus position of 7 is set, the mark position can be detected in all alignment shots without performing the focus adjustment before the detection of each mark position. Wafer tilt correction is
The wafer tilt amount may be obtained from the focus position measured during the search alignment and correction may be performed by leveling before the fine alignment, or conversely, only the focus position is first measured in the three search alignment shots, and the wafer W Find the slope of
Search alignment may be performed after leveling.

【００３１】傾斜を取り除いたあとにアライメントセン
サー２７のベストフォーカス位置にＺステージを上下さ
せることで、フラットな状態のウエハをアライメントセ
ンサー２７のベストフォーカス位置に合わせることがで
き、アライメントマーク毎にフォーカスを合せることな
くマーク位置検出をすることが可能となる。アライメン
トセンサー２７のベストフォーカス面にウェハ位置合せ
する時は、アライメントセンサー２７のベストフォーカ
ス面と投影光学系１６のベストフォーカス面が異なる場
合、ＡＦセンサーの傾斜角可変のミラー４７をフォーカ
スをかけた時にアライメントセンサー２７のベストフォ
ーカス面にウェハＷがＺ方向に移動するように傾斜させ
てからフォーカスをかけることにしてもよい。また、投
影光学系１６のベストフォーカス面にウェハＷを合せ、
予め計測しておいたアライメントセンサー２７のベスト
フォーカス面と投影光学系１６のベストフォーカス面の
差だけＺステージ１７を上下させてもよい。いずれにし
てもＡＦセンサーを使用してアライメントセンサー２７
のベストフォーカス面にウェハＷの露光面が移動できれ
ばよい。After removing the inclination, by moving the Z stage up and down to the best focus position of the alignment sensor 27, the flat wafer can be aligned with the best focus position of the alignment sensor 27, and the focus is adjusted for each alignment mark. It is possible to detect the mark position without alignment. When aligning the wafer with the best focus plane of the alignment sensor 27, when the best focus plane of the alignment sensor 27 and the best focus plane of the projection optical system 16 are different from each other, when the tilt angle variable mirror 47 of the AF sensor is focused. The wafer W may be tilted on the best focus surface of the alignment sensor 27 so as to move in the Z direction and then focused. In addition, the wafer W is aligned with the best focus surface of the projection optical system 16,
The Z stage 17 may be moved up and down by the difference between the best focus surface of the alignment sensor 27 and the best focus surface of the projection optical system 16 measured in advance. In any case, using the AF sensor, the alignment sensor 27
It suffices that the exposure surface of the wafer W can be moved to the best focus surface of.

【００３２】次に、本発明における第３の実施例につい
て説明する。ウェハＷの傾斜量を測定する方法は第１、
第２の実施例と同様にサーチアライメントの前にＡＦセ
ンサーにてウェハＷ上の数点（３点以上）のフォーカス
位置を求め、フォーカス位置を求めたその数点のＸＹ座
標位置とから最小二乗法などを利用してウェハＷのＺ方
向（投影光学系１６の光軸ＡＸに平行な方向）に対する
傾斜量を測定する。Next, a third embodiment of the present invention will be described. The first method for measuring the tilt amount of the wafer W is
Similar to the second embodiment, the focus position of several points (3 or more points) on the wafer W is obtained by the AF sensor before the search alignment, and the minimum two positions are obtained from the obtained XY coordinate positions of the focus positions. The tilt amount of the wafer W with respect to the Z direction (the direction parallel to the optical axis AX of the projection optical system 16) is measured by using the multiplication method or the like.

【００３３】その傾斜量が予め主制御系１４に定めてあ
る設定値以上であれば、そのウェハＷはすべてのアライ
メントショットにてフォーカスをかける毎ショットフォ
ーカスモードでマーク位置検出を行い、設定値以下であ
ればマーク位置検出時にフォーカスをかけないノンフォ
ーカスモードでマーク位置検出を行う様にする。ノンフ
ォーカスモードで行う場合は再びウェハＷのセンター付
近のショットでフォーカスをかけなおしてもいいし、フ
ォーカス計測を行なった最後のショットのフォーカスに
あわせてもいい。またはフォーカス計測をした平均値に
Ｚステージをあわせてもよい。毎ショットフォーカスモ
ードで行う場合、前もってフォーカスを測ったショット
がファインアライメントショットと重なっている場合に
は、そのショットはフォーカス計測した値を記憶してお
いて、その値を使ってもよい。傾斜を求めるかわりにＺ
ステージのレンジ（そのウェハのＺ方向の範囲）を求め
て判断してもよい。傾斜やレンジの判断基準となる設定
値は、そのセンサのテレセン値や要求する精度から決め
ていくといい。If the tilt amount is equal to or larger than a preset value set in advance in the main control system 14, the wafer W is focused in all alignment shots, and the mark position is detected in the shot focus mode. In that case, the mark position is detected in the non-focus mode in which no focus is applied when the mark position is detected. When performing in the non-focus mode, the shot near the center of the wafer W may be refocused, or may be focused on the last shot for which focus measurement is performed. Alternatively, the Z stage may be adjusted to the average value of the focus measurement. When performing in each shot focus mode, if a shot whose focus has been measured in advance overlaps with a fine alignment shot, the value of focus measurement may be stored for that shot and that value may be used. Z instead of finding the slope
The stage range (the range of the wafer in the Z direction) may be obtained for the determination. The set value that serves as the criteria for determining the inclination and range should be determined from the telecentric value of the sensor and the required accuracy.

【００３４】この第３の実施例は前に述べてある第１・
第２の実施例において合せて適用させることも可能であ
る。第１の実施例では、傾斜量が設定値以上であれば傾
斜量に合せてマーク位置がアライメントセンサー２７の
ベストフォーカス位置付近にくるようにＺステージを上
下させ、設定値以下の場合、アライメントセンサー２７
のベストフォーカス位置に合せる動作を行なわない。ま
た、第２の実施例に適用する場合は、傾斜量が予め記憶
されてた設定値以上であれば傾斜量を補正するように
し、設定値以下であれば傾斜量を補正せずアライメント
マーク位置でフォーカスを合せることをしないでマーク
位置検出を行う。 なお、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
り得ることは勿論である。The third embodiment is the same as the first embodiment described above.
It is also possible to apply them together in the second embodiment. In the first embodiment, if the tilt amount is equal to or larger than the set value, the Z stage is moved up and down so that the mark position is near the best focus position of the alignment sensor 27 according to the tilt amount. 27
The best focus position is not adjusted. Further, in the case of being applied to the second embodiment, the inclination amount is corrected if the inclination amount is equal to or more than the preset value stored in advance, and the inclination amount is not corrected if the inclination amount is equal to or less than the preset value. Mark position detection is performed without focusing with. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

【００３５】[0035]

【発明の効果】本発明によれば、アライメントショット
の全てででフォーカス計測をしないので、スループット
をあまり低下させることなくウェハを高精度でアライメ
ントすることができる利点がある。According to the present invention, since focus measurement is not performed in all alignment shots, there is an advantage that a wafer can be aligned with high accuracy without significantly reducing throughput.

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

【図１】本発明による投影露光装置の一実施例を示す構
成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention.

【図２】図１のＡＦセンサーを示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing the AF sensor of FIG.

【図３】実施例で露光対象とするウエハのショット配列
を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a shot array of wafers to be exposed in the example.

【図４】（ａ）は撮像素子で観察されるウエハマーク及
び指標マークを示す図、（ｂ）は図４（ａ）に対応する
撮像信号を示す波形図である。4A is a diagram showing a wafer mark and an index mark observed by an image pickup device, and FIG. 4B is a waveform diagram showing an image pickup signal corresponding to FIG. 4A.

【図５】傾斜を持ったウェハのマーク位置検出時のアラ
イメントセンサーのベストフォーカス位置とウェハ面が
ずれていることを示す要部の側面図FIG. 5 is a side view of a main part showing that the best focus position of the alignment sensor and the wafer surface are deviated when detecting the mark position of the inclined wafer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 光源 Ｒ レチクル Ｗ ウエハ １４ 主制御系 １６ 投影光学系 ２２ 結像特性補正部 ２３ 環境センサー ２５ 光電検出器 ＥＳ１〜ＥＳＮ ショット領域 Ｍｘｉ Ｘ方向用のウエハマーク Ｍｙｉ Ｙ方向用のウエハマーク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 light source R reticle W wafer 14 main control system 16 projection optical system 22 imaging property correction unit 23 environment sensor 25 photoelectric detector ES1 to ESN shot area Mxi X direction wafer mark Myi Y direction wafer mark

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 マスク上のパターンを感光性の基板上の
指定された被露光領域に投影する投影光学系と、該投影
光学系の光軸に垂直な面内で前記基板の位置決めを行う
基板ステージと、前記投影光学系の投影視野から所定間
隔だけ離して配設され、前記基板上の所定位置に形成さ
れた位置合わせ用のマークの位置を検出するマーク検出
系とを有し、該検出されたマークの位置に基づいて前記
基板ステージを移動させ前記基板上の被露光領域と前記
マスクとの位置合わせを行う投影露光装置において、 前記投影光学系の光軸に平行な方向に前記基板を位置決
めする高さ調整手段と、 前記投影光学系の投影視野内
において前記基板の前記投影光学系の光軸に平行な方向
のフォーカス位置を計測するフォーカス位置検出手段
と、 前記投影光学系の光軸と垂直な面を基準として前記基板
ステージ上に載置された基板の傾斜量を求める傾斜量測
定手段と、 前記マーク検出系によって前記マークを検出するように
前記ステージを位置決めする際、予め前記フォーカス位
置検出手段によって求められた前記基板上の任意の位置
におけるフォーカス位置、前記傾斜量測定手段により求
められた基板傾斜量、及び前記基板上のマークの配置情
報に基づいて、前記マークと前記マーク検出系との間隔
を所定の値にするのに必要な高さ調整手段の移動量を算
出する演算手段とを備え、 前記マーク検出系のマーク検出時のフォーカス合せを可
能とした投影露光装置。1. A projection optical system for projecting a pattern on a mask onto a designated exposed region on a photosensitive substrate, and a substrate for positioning the substrate in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system. The stage, and a mark detection system which is arranged at a predetermined distance from the projection visual field of the projection optical system and detects the position of an alignment mark formed at a predetermined position on the substrate. In a projection exposure apparatus that moves the substrate stage based on the position of the formed mark to align the exposed area on the substrate with the mask, the substrate is moved in a direction parallel to the optical axis of the projection optical system. Height adjusting means for positioning, focus position detecting means for measuring a focus position of the substrate in a direction parallel to the optical axis of the projection optical system in the projection field of the projection optical system, and light of the projection optical system. Inclination amount measuring means for obtaining the amount of inclination of the substrate placed on the substrate stage with reference to a surface perpendicular to the axis, and when positioning the stage so as to detect the mark by the mark detection system, The mark and the mark based on the focus position at an arbitrary position on the substrate obtained by the focus position detecting means, the substrate inclination amount obtained by the inclination amount measuring means, and the arrangement information of the mark on the substrate. A projection exposure apparatus comprising: a calculation unit that calculates the amount of movement of the height adjustment unit required to bring the distance from the detection system to a predetermined value, and that enables focus adjustment during mark detection by the mark detection system. 【請求項２】 マスク上のパターンを感光性の基板上の
指定された被露光領域に投影する投影光学系と、該投影
光学系の光軸に垂直な面内で前記基板の位置決めを行う
基板ステージと、前記投影光学系の投影視野から所定間
隔だけ離して配設され、前記基板上の所定位置に形成さ
れた位置合わせ用のマークの位置を検出するマーク検出
系とを有し、該検出されたマークの位置に基づいて前記
基板ステージを移動させ前記基板上の被露光領域と前記
マスクとの位置合わせを行う投影露光装置において、 前記投影光学系の光軸に平行な方向に前記基板を位置決
めする高さ調整手段と、 前記投影光学系の投影視野内
において前記基板の前記投影光学系の光軸に平行な方向
のフォーカス位置を計測するフォーカス位置検出手段
と、 前記投影光学系の光軸と垂直な面を基準として前記基板
ステージ上に載置された前記基板の傾斜量を求める傾斜
量測定手段と、 前記基板の表面が前記投影光学系の光軸を基準にして前
記基板を傾斜させる前記基板ステージ上に配設された基
板傾斜補正手段と、 前記マーク検出系によって前記マークを検出するように
前記ステージを位置決めする際、前記傾斜量補正手段に
より求めた傾斜量から前記基板傾斜補正手段により前記
基板が前記投影光学系の光軸に垂直になるように補正
し、前記フォーカス位置検出手段と前記高さ調整手段に
より前記マークと前記マーク検出系との間隔を所定の値
になるように前記基板を上下させてから、前記基板上の
前記位置合せ用のマークの位置を前記マーク検出系で検
出する動作を制御する制御手段とを有する投影露光装
置。2. A projection optical system for projecting a pattern on a mask onto a designated exposed region on a photosensitive substrate, and a substrate for positioning the substrate in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system. The stage, and a mark detection system which is arranged at a predetermined distance from the projection visual field of the projection optical system and detects the position of an alignment mark formed at a predetermined position on the substrate. In a projection exposure apparatus that moves the substrate stage based on the position of the formed mark to align the exposed area on the substrate with the mask, the substrate is moved in a direction parallel to the optical axis of the projection optical system. Height adjusting means for positioning, focus position detecting means for measuring a focus position of the substrate in a direction parallel to the optical axis of the projection optical system in the projection field of the projection optical system, and light of the projection optical system. An inclination amount measuring means for obtaining an inclination amount of the substrate placed on the substrate stage with a plane perpendicular to the axis as a reference; and the surface of the substrate is inclined with respect to the optical axis of the projection optical system. And a substrate tilt correction means disposed on the substrate stage, and when the stage is positioned to detect the mark by the mark detection system, the substrate tilt correction is performed from the tilt amount obtained by the tilt amount correction means. Means for correcting the substrate to be perpendicular to the optical axis of the projection optical system, and the focus position detecting means and the height adjusting means so that the distance between the mark and the mark detecting system becomes a predetermined value. And a control means for controlling the operation of detecting the position of the alignment mark on the substrate by the mark detection system after moving the substrate up and down. 【請求項３】 前記傾斜量測定手段により求められた前
記基板の傾斜量と予め記憶された前記基板の傾斜量の許
容値とを比較する比較手段と、 前記マーク検出系によって前記マークを検出するように
前記ステージを位置決めする際、前記比較手段によって
前記傾斜量測定手段により求められた前記基板の傾斜量
が大きい時、前記マークと前記マーク検出系との間隔を
所定の値になるように前記フォーカス位置検出手段と前
記高さ調整手段を制御して、前記基板を上下させる動作
を行う制御手段を備えたことを特徴とする請求項第３項
記載の投影露光装置。3. Comparing means for comparing the inclination amount of the substrate obtained by the inclination amount measuring means with a previously stored allowable value of the inclination amount of the substrate, and the mark detection system for detecting the mark. When the stage is positioned as described above, when the inclination amount of the substrate obtained by the inclination amount measuring means by the comparing means is large, the distance between the mark and the mark detection system is set to a predetermined value. 4. The projection exposure apparatus according to claim 3, further comprising control means for controlling the focus position detecting means and the height adjusting means to move the substrate up and down. 【請求項４】 マスク上のパターンを感光性の基板上の
指定された被露光領域に投影する投影光学系と、該投影
光学系の光軸に垂直な面内で前記基板の位置決めを行う
基板ステージと、前記投影光学系の投影視野から所定間
隔だけ離して配設され、前記基板上の所定位置に形成さ
れた位置合わせ用のマークの位置を検出するマーク検出
系とを有し、該検出されたマークの位置に基づいて前記
基板ステージを移動させ前記基板上の被露光領域と前記
マスクとの位置合わせを行う投影露光装置において、 前記投影光学系の光軸に平行な方向に前記基板を位置決
めする高さ調整手段と、 前記投影光学系の投影視野内
において前記基板の前記投影光学系の光軸に平行な方向
のフォーカス位置を計測するフォーカス位置検出手段
と、 前記投影光学系の光軸と垂直な面を基準として前記基板
ステージ上に載置された基板の傾斜量を求める傾斜量測
定手段と、 前記傾斜量測定手段により求められた前記基板の傾斜量
と予め記憶された前記基板の傾斜量の許容値とを比較す
る比較手段と、 前記マーク検出系によって前記マークを検出するように
前記ステージを位置決めする際、前記比較手段によって
前記傾斜量測定手段により求められた前記基板の傾斜量
が大きいと判断された時、前記マークと前記マーク検出
系との間隔を所定の値になるように前記フォーカス位置
検出手段と前記高さ調整手段を制御して前記基板を上下
させる動作を行う制御手段を備えた投影露光装置。4. A projection optical system for projecting a pattern on a mask onto a designated exposed region on a photosensitive substrate, and a substrate for positioning the substrate in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system. The stage, and a mark detection system which is arranged at a predetermined distance from the projection visual field of the projection optical system and detects the position of an alignment mark formed at a predetermined position on the substrate. In a projection exposure apparatus that moves the substrate stage based on the position of the formed mark to align the exposed area on the substrate with the mask, the substrate is moved in a direction parallel to the optical axis of the projection optical system. Height adjusting means for positioning, focus position detecting means for measuring a focus position of the substrate in a direction parallel to the optical axis of the projection optical system in the projection field of the projection optical system, and light of the projection optical system. Inclination amount measuring means for obtaining the amount of inclination of the substrate placed on the substrate stage with reference to a plane perpendicular to the axis, and the amount of inclination of the substrate obtained by the amount of inclination measuring means and the substrate stored in advance. Comparing means for comparing with the allowable value of the tilt amount of the substrate, and the tilt of the substrate obtained by the tilt amount measuring means by the comparing means when positioning the stage so as to detect the mark by the mark detection system. When it is determined that the amount is large, the focus position detecting means and the height adjusting means are controlled so that the distance between the mark and the mark detecting system becomes a predetermined value, and the operation of moving the substrate up and down is performed. A projection exposure apparatus having a control means.