JPH10275768A - 投影露光装置及び相対位置計測方法 - Google Patents
投影露光装置及び相対位置計測方法Info
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- JPH10275768A JPH10275768A JP9095284A JP9528497A JPH10275768A JP H10275768 A JPH10275768 A JP H10275768A JP 9095284 A JP9095284 A JP 9095284A JP 9528497 A JP9528497 A JP 9528497A JP H10275768 A JPH10275768 A JP H10275768A
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
- G03F9/7034—Leveling
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 基準板取付け作業を簡略化する。
【解決手段】 主制御装置50では基板ステージ22の
位置決めを行ない、フォーカス検出系(36a,36
b)の検出値をモニタしつつ基準板(FM)上の第1基
準マーク(Mr)に位置検出系(34a,34b)を合
焦させると同時に第2基準マーク(Mw)にマーク検出
系(32)を合焦させるように基板駆動系(21a,2
1b)が制御される。このため、基準板(FM)の基板
テーブル(24)への取付け後においても、第1基準マ
ークに位置検出系を合焦させると同時に第2基準マーク
にマーク検出系を合焦させることが可能になることか
ら、基準板(FM)をある程度ラフに基板テーブル(2
4)に取り付けておいても良くなるので、結果的に基準
板取付け作業に熟練が不要となり、その作業も容易にな
る。
位置決めを行ない、フォーカス検出系(36a,36
b)の検出値をモニタしつつ基準板(FM)上の第1基
準マーク(Mr)に位置検出系(34a,34b)を合
焦させると同時に第2基準マーク(Mw)にマーク検出
系(32)を合焦させるように基板駆動系(21a,2
1b)が制御される。このため、基準板(FM)の基板
テーブル(24)への取付け後においても、第1基準マ
ークに位置検出系を合焦させると同時に第2基準マーク
にマーク検出系を合焦させることが可能になることか
ら、基準板(FM)をある程度ラフに基板テーブル(2
4)に取り付けておいても良くなるので、結果的に基準
板取付け作業に熟練が不要となり、その作業も容易にな
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置及び
相対位置計測方法に係り、更に詳しくは、半導体素子、
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
に用いられる投影露光装置、及び投影露光装置に用いら
れる、マスクパターンの投影位置と感光基板上の位置合
わせマークの位置を検出するマーク検出系の検出中心と
の相対位置関係を計測する相対位置計測方法に関する。
相対位置計測方法に係り、更に詳しくは、半導体素子、
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
に用いられる投影露光装置、及び投影露光装置に用いら
れる、マスクパターンの投影位置と感光基板上の位置合
わせマークの位置を検出するマーク検出系の検出中心と
の相対位置関係を計測する相対位置計測方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体素子、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は、マスク又
はレチクル(以下、「レチクル」と総称する)に形成さ
れたパターンを投影光学系を介してフォトレジスト等の
感光材が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板
(以下、「ウエハ」と総称する)上に投影露光する投影
露光装置が用いられている。この投影露光装置として
は、ステップ・アンド・リピート方式でウエハ上の各シ
ョット領域に露光を行なう縮小投影露光装置(ステッパ
ー)や、このステッパーを改良したステップ・アンド・
スキャン方式の走査型露光装置等が知られている。
をフォトリソグラフィ工程で製造する際には、マスク又
はレチクル(以下、「レチクル」と総称する)に形成さ
れたパターンを投影光学系を介してフォトレジスト等の
感光材が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板
(以下、「ウエハ」と総称する)上に投影露光する投影
露光装置が用いられている。この投影露光装置として
は、ステップ・アンド・リピート方式でウエハ上の各シ
ョット領域に露光を行なう縮小投影露光装置(ステッパ
ー)や、このステッパーを改良したステップ・アンド・
スキャン方式の走査型露光装置等が知られている。
【0003】例えば半導体素子は、ウエハ上に多数層の
回路パターンを所定の位置関係で積み重ねて形成される
ので、2層目以降の回路パターンをウエハ上に露光する
際には、露光に先立ってレチクルとウエハの各ショット
領域内の回路パターンとの位置合わせ(アライメント)
を高精度に行う必要がある。このアライメントを行うた
めに、ウエハ上にはそれまでの工程中で位置合わせマー
クとしてのアライメント・マーク(ウエハマーク)が形
成されており、そのアライメント・マークの位置を検出
することで、ウエハ上の各ショット領域内の回路パター
ンの正確な位置を検出することができる。
回路パターンを所定の位置関係で積み重ねて形成される
ので、2層目以降の回路パターンをウエハ上に露光する
際には、露光に先立ってレチクルとウエハの各ショット
領域内の回路パターンとの位置合わせ(アライメント)
を高精度に行う必要がある。このアライメントを行うた
めに、ウエハ上にはそれまでの工程中で位置合わせマー
クとしてのアライメント・マーク(ウエハマーク)が形
成されており、そのアライメント・マークの位置を検出
することで、ウエハ上の各ショット領域内の回路パター
ンの正確な位置を検出することができる。
【0004】このため、投影露光装置には、アライメン
ト・マークの位置を正確に検出するためのマーク検出系
(アライメントセンサ)が装備されている。このマーク
検出系は、投影光学系を介してアライメント・マークの
位置を検出するオン・アクシス方式と投影光学系を介さ
ないでアライメント・マークの位置を検出するオフ・ア
クシス方式とがある。前者のオン・アクシス方式ではア
ライメント光と露光光との波長の相違による色収差等の
問題があるため、後者のオフ・アクシス方式のマーク検
出系が比較的多く用いられている。
ト・マークの位置を正確に検出するためのマーク検出系
(アライメントセンサ)が装備されている。このマーク
検出系は、投影光学系を介してアライメント・マークの
位置を検出するオン・アクシス方式と投影光学系を介さ
ないでアライメント・マークの位置を検出するオフ・ア
クシス方式とがある。前者のオン・アクシス方式ではア
ライメント光と露光光との波長の相違による色収差等の
問題があるため、後者のオフ・アクシス方式のマーク検
出系が比較的多く用いられている。
【0005】図5には、従来の投影露光装置の一例が示
されている。この図5の投影露光装置は、XY面内で2
次元移動するXYステージ102を備えている。このX
Yステージ102上に、Z駆動機構112a,112
b,112c(但し、紙面奥側の12cは図示せず)を
介して試料台104が搭載されている。この試料台10
4上にレベリング機構111a,111b,111cを
介してウエハ・ホルダ105が設けられおり、このウエ
ハ・ホルダ105上にウエハWが吸着保持されている。
また、試料台104上には、不図示の干渉計用の移動鏡
(L字型ミラー)114及び基準板FMが設けられてい
る。基準板FMの表面には一対の第1基準マークMr、
第2基準マークMw等が形成されている。
されている。この図5の投影露光装置は、XY面内で2
次元移動するXYステージ102を備えている。このX
Yステージ102上に、Z駆動機構112a,112
b,112c(但し、紙面奥側の12cは図示せず)を
介して試料台104が搭載されている。この試料台10
4上にレベリング機構111a,111b,111cを
介してウエハ・ホルダ105が設けられおり、このウエ
ハ・ホルダ105上にウエハWが吸着保持されている。
また、試料台104上には、不図示の干渉計用の移動鏡
(L字型ミラー)114及び基準板FMが設けられてい
る。基準板FMの表面には一対の第1基準マークMr、
第2基準マークMw等が形成されている。
【0006】また、ウエハ・ホルダ105の上方に投影
光学系PLが配置されており、この投影光学系PLの側
面にオフ・アクシス方式のマーク検出系としてのウエハ
・アライメント・センサ106が設けられている。この
ウエハ・アライメント・センサ106により、基準板F
Mの表面に形成された第2基準マークMwや、ウエハW
の表面にパターニングされたアライメント・マークのX
Y平面内での位置が計測可能となっている。
光学系PLが配置されており、この投影光学系PLの側
面にオフ・アクシス方式のマーク検出系としてのウエハ
・アライメント・センサ106が設けられている。この
ウエハ・アライメント・センサ106により、基準板F
Mの表面に形成された第2基準マークMwや、ウエハW
の表面にパターニングされたアライメント・マークのX
Y平面内での位置が計測可能となっている。
【0007】さらに、投影光学系PLの上方には、レチ
クルRが配置されており、このレチクルRは不図示のレ
チクル・ホルダによって保持されている。このレチクル
Rの中央部には、不図示の回路パターン(被露光パター
ン)が形成されており、その両側に一対のレチクル・ア
ライメント・マークMR が形成されている。レチクルR
の上方には、レチクル・アライメント・センサ109
a,109bが設けられており、これらのレチクル・ア
ライメント・センサ109a,109bによってレチク
ル・アライメント・マークMR と基準板FM上に形成さ
れた一対の第1基準マークMrとの位置ずれを計測でき
るようになっている。
クルRが配置されており、このレチクルRは不図示のレ
チクル・ホルダによって保持されている。このレチクル
Rの中央部には、不図示の回路パターン(被露光パター
ン)が形成されており、その両側に一対のレチクル・ア
ライメント・マークMR が形成されている。レチクルR
の上方には、レチクル・アライメント・センサ109
a,109bが設けられており、これらのレチクル・ア
ライメント・センサ109a,109bによってレチク
ル・アライメント・マークMR と基準板FM上に形成さ
れた一対の第1基準マークMrとの位置ずれを計測でき
るようになっている。
【0008】この他、この投影露光装置には、ウエハW
表面の投影光学系PLの光軸方向の位置(変位)を計測
するフォーカス・センサ(108a,108b)も設け
られている。
表面の投影光学系PLの光軸方向の位置(変位)を計測
するフォーカス・センサ(108a,108b)も設け
られている。
【0009】この投影露光装置では、予めウエハW上に
形成されたアライメント・マークの位置を、ウエハ・ア
ライメント・センサ106によって計測した後、XYス
テージ102とZ駆動機構112a,112b,112
c、レベリング機構111a,111b,111cを駆
動して、ウエハWのショット領域を露光位置(レチクル
R上のパターンの投影位置)及び投影光学系PLの像面
に対して位置合わせした後、露光が行われる。
形成されたアライメント・マークの位置を、ウエハ・ア
ライメント・センサ106によって計測した後、XYス
テージ102とZ駆動機構112a,112b,112
c、レベリング機構111a,111b,111cを駆
動して、ウエハWのショット領域を露光位置(レチクル
R上のパターンの投影位置)及び投影光学系PLの像面
に対して位置合わせした後、露光が行われる。
【0010】上記のように、ウエハ・アライメント・セ
ンサ106によって計測した結果に基づいて、ウエハW
の上記位置合わせを行うためには、ウエハ・アライメン
ト・センサ106の検出中心とレチクルR上のパターン
の投影位置との相対位置関係が分かっていなければなら
ない。この相対位置関係を求めるのが、ベースライン計
測シーケンスと呼ばれるものである。
ンサ106によって計測した結果に基づいて、ウエハW
の上記位置合わせを行うためには、ウエハ・アライメン
ト・センサ106の検出中心とレチクルR上のパターン
の投影位置との相対位置関係が分かっていなければなら
ない。この相対位置関係を求めるのが、ベースライン計
測シーケンスと呼ばれるものである。
【0011】この投影露光装置におけるベースライン計
測は、次のようにして行われる。すなわち、試料台10
4上に設けられた基準板FM上の第2基準マークMwを
ウエハ・アライメント・センサ106で観察すると同時
に一対の第1基準マークMrを投影光学系PLを介して
レチクル・アライメント・センサ109a,109bで
観察する。そして、レチクル・アライメント・センサ1
09a,109bによりレチクルR上の一対のレチクル
・アライメント・マークMR と基準板FM上の一対の第
1基準マークMrとの相対位置関係(相対距離)を計測
し、ウエハ・アライメント・センサ106により、ウエ
ハ・アライメント・センサ106の内部に設けられた検
出基準となる指標マークと基準板FM上の第2基準マー
クMwとの相対位置関係(相対距離)を計測する。
測は、次のようにして行われる。すなわち、試料台10
4上に設けられた基準板FM上の第2基準マークMwを
ウエハ・アライメント・センサ106で観察すると同時
に一対の第1基準マークMrを投影光学系PLを介して
レチクル・アライメント・センサ109a,109bで
観察する。そして、レチクル・アライメント・センサ1
09a,109bによりレチクルR上の一対のレチクル
・アライメント・マークMR と基準板FM上の一対の第
1基準マークMrとの相対位置関係(相対距離)を計測
し、ウエハ・アライメント・センサ106により、ウエ
ハ・アライメント・センサ106の内部に設けられた検
出基準となる指標マークと基準板FM上の第2基準マー
クMwとの相対位置関係(相対距離)を計測する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上記ベースライン計測
を行う際、ウエハ・アライメント・センサ106とレチ
クル・アライメント・センサ109a,109bは、同
時に基準板FM上の各基準マークに合焦した状態で計測
を行うことができることがスループット上理想的であ
る。しかし、上記構成の投影露光装置にあっては、基準
板FMの取付け後に、倍率等の他の結像特性に影響を与
えることなく、ウエハ・アライメント・センサ106と
レチクル・アライメント・センサ109a,109bと
を基準板FM上の各基準マークに同時に合焦させること
は困難であった。このため、ベースライン計測時に、ウ
エハ・アライメント・センサ106とレチクル・アライ
メント・センサ109a,109bとを基準板FMに対
して合焦させるような動作は行われておらず、基準板F
Mの取付けの段階で、ウエハ・アライメント・センサ1
06とレチクル・アライメント・センサ109a,10
9bとができるだけ同時に基準板FM上の各基準マーク
に合焦するように、基準板FMの取り付け作業を行って
いた。具体的には、試料台104上に基準板を支持する
ための3点の支持面(島出し面とも呼ばれる)を形成
し、これらの支持面を少しずつ削ることにより、基準板
FMの取付け角度の調整を厳密に行う必要があった。こ
のため、基準板取付け作業に熟練を要するとともに、面
倒で手間の掛かるという不都合があった。
を行う際、ウエハ・アライメント・センサ106とレチ
クル・アライメント・センサ109a,109bは、同
時に基準板FM上の各基準マークに合焦した状態で計測
を行うことができることがスループット上理想的であ
る。しかし、上記構成の投影露光装置にあっては、基準
板FMの取付け後に、倍率等の他の結像特性に影響を与
えることなく、ウエハ・アライメント・センサ106と
レチクル・アライメント・センサ109a,109bと
を基準板FM上の各基準マークに同時に合焦させること
は困難であった。このため、ベースライン計測時に、ウ
エハ・アライメント・センサ106とレチクル・アライ
メント・センサ109a,109bとを基準板FMに対
して合焦させるような動作は行われておらず、基準板F
Mの取付けの段階で、ウエハ・アライメント・センサ1
06とレチクル・アライメント・センサ109a,10
9bとができるだけ同時に基準板FM上の各基準マーク
に合焦するように、基準板FMの取り付け作業を行って
いた。具体的には、試料台104上に基準板を支持する
ための3点の支持面(島出し面とも呼ばれる)を形成
し、これらの支持面を少しずつ削ることにより、基準板
FMの取付け角度の調整を厳密に行う必要があった。こ
のため、基準板取付け作業に熟練を要するとともに、面
倒で手間の掛かるという不都合があった。
【0013】また、仮に、上記の如くして基準板FMの
取り付けを厳密に行ったとしても、装置使用時の大気圧
変動や、投影光学系PLへの露光光照射などの影響によ
り、両センサ106、(109a,109b)の合焦位
置の差が変動するため、少なくとも一方のアライメント
・センサにデフォーカスが発生することは避けることが
できなかった。このため、計測対象である各マーク像の
コントラスト低下による計測再現性の悪化や、特にレチ
クル・アライメント・センサの場合には、主光線の傾斜
(テレセントリシティのずれ)との相乗効果による計測
誤差が発生するという不都合があった。
取り付けを厳密に行ったとしても、装置使用時の大気圧
変動や、投影光学系PLへの露光光照射などの影響によ
り、両センサ106、(109a,109b)の合焦位
置の差が変動するため、少なくとも一方のアライメント
・センサにデフォーカスが発生することは避けることが
できなかった。このため、計測対象である各マーク像の
コントラスト低下による計測再現性の悪化や、特にレチ
クル・アライメント・センサの場合には、主光線の傾斜
(テレセントリシティのずれ)との相乗効果による計測
誤差が発生するという不都合があった。
【0014】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項1に記載の発明の目的は、特に、基準板取付
け作業を簡略化することができる投影露光装置を提供す
ることにある。
で、請求項1に記載の発明の目的は、特に、基準板取付
け作業を簡略化することができる投影露光装置を提供す
ることにある。
【0015】また、請求項2及び3に記載の発明の目的
は、上記目的に加え、基準板表面に凹凸があっても、確
実に、第1基準マークに位置検出系を合焦させると同時
に第2基準マークにマーク検出系を合焦させることが可
能な投影露光装置を提供することにある。
は、上記目的に加え、基準板表面に凹凸があっても、確
実に、第1基準マークに位置検出系を合焦させると同時
に第2基準マークにマーク検出系を合焦させることが可
能な投影露光装置を提供することにある。
【0016】また、請求項4に記載の発明の目的は、上
記各発明の目的に加え、大気圧変動があっても、確実
に、基準板上の第1基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第2基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことが可能な投影露光装置を提供することにある。
記各発明の目的に加え、大気圧変動があっても、確実
に、基準板上の第1基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第2基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことが可能な投影露光装置を提供することにある。
【0017】また、請求項5に記載の発明の目的は、上
記各発明の目的に加え、投影光学系への露光光照射の影
響により特に位置検出系の焦点位置が変動しても、確実
に、基準板上の第1基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第2基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことが可能な投影露光装置を提供することにある。
記各発明の目的に加え、投影光学系への露光光照射の影
響により特に位置検出系の焦点位置が変動しても、確実
に、基準板上の第1基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第2基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことが可能な投影露光装置を提供することにある。
【0018】また、請求項6ないし8に記載の発明の目
的は、ベースライン計測精度を向上させることが可能な
相対位置計測方法(ベースライン計測方法)を提供する
ことにある。
的は、ベースライン計測精度を向上させることが可能な
相対位置計測方法(ベースライン計測方法)を提供する
ことにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、マスク(R)に形成されたパターンを投影光学系
(PL)を介して感光基板(W)上に投影露光する投影
露光装置であって、所定の基準面内を2次元移動可能な
基板ステージ(22)と;前記感光基板(W)を保持す
る基板テーブル(24)と;前記基板ステージ(22)
上に搭載され、前記基板テーブル(24)を前記投影光
学系(PL)の光軸方向及びこれに直交する面に対して
傾斜する方向に駆動する基板駆動系(21a,21b)
と;前記基板テーブル(24)上に載置されるとともに
第1基準マーク(Mr1,Mr2)と第2基準マーク(M
w)とが所定の位置関係で形成された基準板(FM)
と;前記感光基板(W)及び前記基準板(FM)の光軸
方向位置を検出するフォーカス検出系(36a,36
b)と;前記基準板(FM)上の前記第1基準マーク
(Mr1,Mr2)と前記マスク(R)のパターンの投影位
置との相対位置関係を計測する位置検出系(34a,3
4b)と;前記感光基板(W)上の位置合わせマーク及
び前記基準板(FM)上の第2基準マーク(Mw)の位
置を検出するためのマーク検出系(32)と;前記基板
ステージ(22)の2次元位置を制御するステージ制御
系(50)と;前記ステージ制御系(50)を介して前
記基板ステージ(22)の位置決めを行なうとともに、
前記フォーカス検出系(36a,36b)の検出値をモ
ニタしつつ前記基準板(FM)上の前記第1基準マーク
(Mr1,Mr2)に前記位置検出系(34a,34b)を
合焦させると同時に前記第2基準マーク(Mw)に前記
マーク検出系(32)を合焦させるように、前記基板駆
動系(21a,21b)を制御する制御手段(50)と
を有する。
は、マスク(R)に形成されたパターンを投影光学系
(PL)を介して感光基板(W)上に投影露光する投影
露光装置であって、所定の基準面内を2次元移動可能な
基板ステージ(22)と;前記感光基板(W)を保持す
る基板テーブル(24)と;前記基板ステージ(22)
上に搭載され、前記基板テーブル(24)を前記投影光
学系(PL)の光軸方向及びこれに直交する面に対して
傾斜する方向に駆動する基板駆動系(21a,21b)
と;前記基板テーブル(24)上に載置されるとともに
第1基準マーク(Mr1,Mr2)と第2基準マーク(M
w)とが所定の位置関係で形成された基準板(FM)
と;前記感光基板(W)及び前記基準板(FM)の光軸
方向位置を検出するフォーカス検出系(36a,36
b)と;前記基準板(FM)上の前記第1基準マーク
(Mr1,Mr2)と前記マスク(R)のパターンの投影位
置との相対位置関係を計測する位置検出系(34a,3
4b)と;前記感光基板(W)上の位置合わせマーク及
び前記基準板(FM)上の第2基準マーク(Mw)の位
置を検出するためのマーク検出系(32)と;前記基板
ステージ(22)の2次元位置を制御するステージ制御
系(50)と;前記ステージ制御系(50)を介して前
記基板ステージ(22)の位置決めを行なうとともに、
前記フォーカス検出系(36a,36b)の検出値をモ
ニタしつつ前記基準板(FM)上の前記第1基準マーク
(Mr1,Mr2)に前記位置検出系(34a,34b)を
合焦させると同時に前記第2基準マーク(Mw)に前記
マーク検出系(32)を合焦させるように、前記基板駆
動系(21a,21b)を制御する制御手段(50)と
を有する。
【0020】これによれば、制御手段により、ステージ
制御系を介して基板ステージの位置決めが行われ、フォ
ーカス検出系の検出値をモニタしつつ基準板上の第1基
準マークに位置検出系を合焦させると同時に第2基準マ
ークにマーク検出系を合焦させるように、基板駆動系が
制御される。この基板駆動系の制御は、例えば基準状態
における既知の位置検出系の焦点位置とマーク検出系の
焦点位置とに基づいて、その差に対応する角度だけ基板
テーブルを基準面に対して傾けるとともに、基準板上の
一方の基準マークの位置をフォーカス検出系で検出しつ
つ行われる。但し、この場合、基準面に対する基準板の
傾き(取付け角度)が既知であることが前提になる。
制御系を介して基板ステージの位置決めが行われ、フォ
ーカス検出系の検出値をモニタしつつ基準板上の第1基
準マークに位置検出系を合焦させると同時に第2基準マ
ークにマーク検出系を合焦させるように、基板駆動系が
制御される。この基板駆動系の制御は、例えば基準状態
における既知の位置検出系の焦点位置とマーク検出系の
焦点位置とに基づいて、その差に対応する角度だけ基板
テーブルを基準面に対して傾けるとともに、基準板上の
一方の基準マークの位置をフォーカス検出系で検出しつ
つ行われる。但し、この場合、基準面に対する基準板の
傾き(取付け角度)が既知であることが前提になる。
【0021】このように本発明によれば、基準面に対す
る基準板の傾き(取付け角度)さえ判明していれば、基
準板の基板テーブルへの取付け後においても、第1基準
マークに位置検出系を合焦させると同時に第2基準マー
クにマーク検出系を合焦させることが可能になる。従っ
て、基準板をある程度ラフに基板テーブルに取り付けて
おいても良くなるので、結果的に基準板取付け作業に熟
練が不要となり、その作業工数も減少させることができ
る。
る基準板の傾き(取付け角度)さえ判明していれば、基
準板の基板テーブルへの取付け後においても、第1基準
マークに位置検出系を合焦させると同時に第2基準マー
クにマーク検出系を合焦させることが可能になる。従っ
て、基準板をある程度ラフに基板テーブルに取り付けて
おいても良くなるので、結果的に基準板取付け作業に熟
練が不要となり、その作業工数も減少させることができ
る。
【0022】上記請求項1に記載の発明は、基準板表面
が平面であることを前提としているが、基準板表面も厳
密な意味で平面とは限らず、凹凸がある場合も考えられ
る。
が平面であることを前提としているが、基準板表面も厳
密な意味で平面とは限らず、凹凸がある場合も考えられ
る。
【0023】かかる場合を考慮して、請求項2に記載の
発明の如く、前記フォーカス検出系(36a,36b)
による前記第1基準マーク(Mr1,Mr2)と前記第2基
準マーク(Mw)との前記光軸方向の位置の検出結果が
予め記憶された記憶手段(50)を更に設け、前記制御
手段(50)は、前記記憶手段(50)に記憶された検
出結果を用いて、前記マーク検出系(32)の前記第2
基準マーク(Mw)に対する前記合焦動作と前記位置検
出系(34a,34b)の前記第1基準マーク(Mr1,
Mr2)に対する前記合焦動作とを行なうようにしても良
い。このようにした場合には、基準板表面に凹凸があっ
ても何らの不都合なく、制御手段では記憶手段に記憶さ
れた検出結果及び既知の位置検出系の焦点位置とマーク
検出系の焦点位置とに基づいて、確実に、フォーカス検
出系の検出値をモニタしつつ基準板上の第1基準マーク
に位置検出系を合焦させると同時に第2基準マークにマ
ーク検出系を合焦させることが可能になる。
発明の如く、前記フォーカス検出系(36a,36b)
による前記第1基準マーク(Mr1,Mr2)と前記第2基
準マーク(Mw)との前記光軸方向の位置の検出結果が
予め記憶された記憶手段(50)を更に設け、前記制御
手段(50)は、前記記憶手段(50)に記憶された検
出結果を用いて、前記マーク検出系(32)の前記第2
基準マーク(Mw)に対する前記合焦動作と前記位置検
出系(34a,34b)の前記第1基準マーク(Mr1,
Mr2)に対する前記合焦動作とを行なうようにしても良
い。このようにした場合には、基準板表面に凹凸があっ
ても何らの不都合なく、制御手段では記憶手段に記憶さ
れた検出結果及び既知の位置検出系の焦点位置とマーク
検出系の焦点位置とに基づいて、確実に、フォーカス検
出系の検出値をモニタしつつ基準板上の第1基準マーク
に位置検出系を合焦させると同時に第2基準マークにマ
ーク検出系を合焦させることが可能になる。
【0024】あるいは、請求項3に記載の発明の如く、
前記制御手段(50)は、ステージ制御系(50)を介
して前記基板ステージ(22)の位置決めを行なうとと
もに、前記フォーカス検出系(36a,36b)を用い
て前記第1基準マーク(Mr1,Mr2)と前記第2基準マ
ーク(Mw)との前記光軸方向の位置をそれぞれ検出
し、この検出結果を用いて前記マーク検出系(32)の
前記第2基準マーク(Mw)に対する前記合焦動作と前
記位置検出系(34a,34b)の前記第1基準マーク
(Mr1,Mr2)に対する前記合焦動作とを行なうように
しても良い。この場合にも、請求項2に記載の発明の場
合と同様に、基準板表面に凹凸があっても何らの不都合
なく、制御手段では第1基準マークと第2基準マークと
の光軸方向の位置の検出結果及び既知の位置検出系の焦
点位置とマーク検出系の焦点位置とに基づいて、確実
に、基準板上の第1基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第2基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことが可能になる。
前記制御手段(50)は、ステージ制御系(50)を介
して前記基板ステージ(22)の位置決めを行なうとと
もに、前記フォーカス検出系(36a,36b)を用い
て前記第1基準マーク(Mr1,Mr2)と前記第2基準マ
ーク(Mw)との前記光軸方向の位置をそれぞれ検出
し、この検出結果を用いて前記マーク検出系(32)の
前記第2基準マーク(Mw)に対する前記合焦動作と前
記位置検出系(34a,34b)の前記第1基準マーク
(Mr1,Mr2)に対する前記合焦動作とを行なうように
しても良い。この場合にも、請求項2に記載の発明の場
合と同様に、基準板表面に凹凸があっても何らの不都合
なく、制御手段では第1基準マークと第2基準マークと
の光軸方向の位置の検出結果及び既知の位置検出系の焦
点位置とマーク検出系の焦点位置とに基づいて、確実
に、基準板上の第1基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第2基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことが可能になる。
【0025】上記各発明において、請求項4に記載の発
明の如く、大気圧を計測する大気圧センサ(38)を更
に設け、前記制御手段(50)が、大気圧変化をも考慮
して前記マーク検出系(32)の前記第2基準マーク
(Mw)に対する前記合焦動作と前記位置検出系(34
a,34b)の前記第1基準マーク(Mr1,Mr2)に対
する前記合焦動作とを行なうようにしても良い。このよ
うにすれば、装置使用時の大気圧変動により位置検出
系、マーク検出系の焦点位置が変動した場合において
も、大気圧変化をも考慮して、確実に、基準板上の第1
基準マークに位置検出系を合焦させると同時に第2基準
マークにマーク検出系を合焦させることが可能になる。
明の如く、大気圧を計測する大気圧センサ(38)を更
に設け、前記制御手段(50)が、大気圧変化をも考慮
して前記マーク検出系(32)の前記第2基準マーク
(Mw)に対する前記合焦動作と前記位置検出系(34
a,34b)の前記第1基準マーク(Mr1,Mr2)に対
する前記合焦動作とを行なうようにしても良い。このよ
うにすれば、装置使用時の大気圧変動により位置検出
系、マーク検出系の焦点位置が変動した場合において
も、大気圧変化をも考慮して、確実に、基準板上の第1
基準マークに位置検出系を合焦させると同時に第2基準
マークにマーク検出系を合焦させることが可能になる。
【0026】また、上記各発明において、請求項5に記
載の発明の如く、前記マスク(R)又は投影光学系(P
L)に対して照射される露光光の光量を計測する光量セ
ンサ(18)を更に設け、前記制御手段(50)は、前
記光量センサ(18)の計測結果に基づいて前記投影光
学系(PL)の露光光照射による照射変動をも考慮して
前記位置検出系(34a,34b)の前記第1基準マー
ク(Mr1,Mr2)に対する前記合焦動作を行なうように
しても良い。このようにすれば、投影光学系への露光光
照射の影響により特に位置検出系の焦点位置が変動して
も、これに影響されることなく、確実に、基準板上の第
1基準マークに位置検出系を合焦させると同時に第2基
準マークにマーク検出系を合焦させることが可能にな
る。
載の発明の如く、前記マスク(R)又は投影光学系(P
L)に対して照射される露光光の光量を計測する光量セ
ンサ(18)を更に設け、前記制御手段(50)は、前
記光量センサ(18)の計測結果に基づいて前記投影光
学系(PL)の露光光照射による照射変動をも考慮して
前記位置検出系(34a,34b)の前記第1基準マー
ク(Mr1,Mr2)に対する前記合焦動作を行なうように
しても良い。このようにすれば、投影光学系への露光光
照射の影響により特に位置検出系の焦点位置が変動して
も、これに影響されることなく、確実に、基準板上の第
1基準マークに位置検出系を合焦させると同時に第2基
準マークにマーク検出系を合焦させることが可能にな
る。
【0027】請求項6に記載の発明は、第1基準マーク
(Mr1,Mr2)と第2基準マーク(Mw)とが所定の位
置関係で形成された基準板(FM)と、前記第1基準マ
ーク(Mr1,Mr2)とマスク(R)のパターンの投影位
置との相対位置関係を計測するための位置検出系(34
a,34b)と、前記パターンが投影光学系(PL)を
介して投影露光される感光基板(W)上に設けられた位
置合わせマークの位置を検出するマーク検出系(32)
とを備えた露光装置に用いられる、前記パターンの投影
位置と前記マーク検出系(32)との相対位置関係を計
測する相対位置計測方法において、所定の基準面に対す
る前記基準板(FM)上に設けられた前記第1基準マー
ク(Mr1,Mr2)と第2基準マーク(Mw)との前記投
影光学系(PL)の光軸方向位置の差を計測し、前記マ
ーク検出系(32)のベストフォーカス位置と前記位置
検出系(34a,34b)のベストフォーカス位置とを
それぞれ算出し、前記計測された光軸方向位置の差及び
前記算出された各ベストフォーカス位置とに基づいて前
記基準板(FM)上の前記第1基準マーク(Mr1,
Mr2)を前記位置検出系(34a,34b)に合焦させ
ると同時に前記第2基準マーク(Mw)をマーク検出系
(32)に合焦させた状態で、前記位置検出系(34
a,34b)により前記第1基準マーク(Mr1,Mr2)
と前記マスク(R)のパターンの投影位置との相対位置
関係を検出するとともに前記マーク検出系(32)の検
出中心と前記第2基準マーク(Mw)との位置ずれを検
出し、これらの検出結果と前記両基準マークの既知の位
置関係とに基づいて前記パターンの投影位置とマーク検
出系との相対位置関係を計測することを特徴とする。
(Mr1,Mr2)と第2基準マーク(Mw)とが所定の位
置関係で形成された基準板(FM)と、前記第1基準マ
ーク(Mr1,Mr2)とマスク(R)のパターンの投影位
置との相対位置関係を計測するための位置検出系(34
a,34b)と、前記パターンが投影光学系(PL)を
介して投影露光される感光基板(W)上に設けられた位
置合わせマークの位置を検出するマーク検出系(32)
とを備えた露光装置に用いられる、前記パターンの投影
位置と前記マーク検出系(32)との相対位置関係を計
測する相対位置計測方法において、所定の基準面に対す
る前記基準板(FM)上に設けられた前記第1基準マー
ク(Mr1,Mr2)と第2基準マーク(Mw)との前記投
影光学系(PL)の光軸方向位置の差を計測し、前記マ
ーク検出系(32)のベストフォーカス位置と前記位置
検出系(34a,34b)のベストフォーカス位置とを
それぞれ算出し、前記計測された光軸方向位置の差及び
前記算出された各ベストフォーカス位置とに基づいて前
記基準板(FM)上の前記第1基準マーク(Mr1,
Mr2)を前記位置検出系(34a,34b)に合焦させ
ると同時に前記第2基準マーク(Mw)をマーク検出系
(32)に合焦させた状態で、前記位置検出系(34
a,34b)により前記第1基準マーク(Mr1,Mr2)
と前記マスク(R)のパターンの投影位置との相対位置
関係を検出するとともに前記マーク検出系(32)の検
出中心と前記第2基準マーク(Mw)との位置ずれを検
出し、これらの検出結果と前記両基準マークの既知の位
置関係とに基づいて前記パターンの投影位置とマーク検
出系との相対位置関係を計測することを特徴とする。
【0028】これによれば、所定の基準面に対する基準
板上に設けられた第1基準マークと第2基準マークとの
投影光学系の光軸方向位置の差が計測される。この計測
は基準板の装置への取付け後に、一度行えば足りる。ま
た、マーク検出系のベストフォーカス位置と位置検出系
のベストフォーカス位置とがそれぞれ算出される。これ
らのベストフォーカス位置の基準状態における値は、例
えば装置の調整時に所望の値となるように、厳密に調整
されており、その値は既知である。この基準状態におけ
る値に基づいて、所定の演算により、環境条件の変化に
応じた実際のマーク検出系のベストフォーカス位置と位
置検出系のベストフォーカス位置とが算出される。そし
て、計測された光軸方向位置の差及び算出された各ベス
トフォーカス位置とに基づいて基準板上の第1基準マー
クを位置検出系に合焦させると同時に第2基準マークを
マーク検出系に合焦させた状態で、位置検出系により第
1基準マークとマスクのパターンの投影位置との相対位
置関係が検出され、これとほぼ同時にマーク検出系の検
出中心と第2基準マークとの位置ずれが検出される。し
かる後、これらの検出結果と両基準マークの既知の位置
関係とに基づいてパターンの投影位置とマーク検出系と
の相対位置関係(すなわち、ベースライン量)が計測さ
れる。このように、本発明によれば、常に基準板上の第
1基準マークを位置検出系に合焦させると同時に第2基
準マークをマーク検出系に合焦させるので、計測対象で
ある各マーク像のコントラスト低下による計測再現性の
悪化等が生じなくなる。従って、ベースライン計測精度
を向上させることが可能になる。
板上に設けられた第1基準マークと第2基準マークとの
投影光学系の光軸方向位置の差が計測される。この計測
は基準板の装置への取付け後に、一度行えば足りる。ま
た、マーク検出系のベストフォーカス位置と位置検出系
のベストフォーカス位置とがそれぞれ算出される。これ
らのベストフォーカス位置の基準状態における値は、例
えば装置の調整時に所望の値となるように、厳密に調整
されており、その値は既知である。この基準状態におけ
る値に基づいて、所定の演算により、環境条件の変化に
応じた実際のマーク検出系のベストフォーカス位置と位
置検出系のベストフォーカス位置とが算出される。そし
て、計測された光軸方向位置の差及び算出された各ベス
トフォーカス位置とに基づいて基準板上の第1基準マー
クを位置検出系に合焦させると同時に第2基準マークを
マーク検出系に合焦させた状態で、位置検出系により第
1基準マークとマスクのパターンの投影位置との相対位
置関係が検出され、これとほぼ同時にマーク検出系の検
出中心と第2基準マークとの位置ずれが検出される。し
かる後、これらの検出結果と両基準マークの既知の位置
関係とに基づいてパターンの投影位置とマーク検出系と
の相対位置関係(すなわち、ベースライン量)が計測さ
れる。このように、本発明によれば、常に基準板上の第
1基準マークを位置検出系に合焦させると同時に第2基
準マークをマーク検出系に合焦させるので、計測対象で
ある各マーク像のコントラスト低下による計測再現性の
悪化等が生じなくなる。従って、ベースライン計測精度
を向上させることが可能になる。
【0029】この場合において、上記の環境条件の変化
としては、例えば大気圧変動、湿度の変動、温度の変
動、投影光学系の照射変動等が考えられるので、これら
の全てを考慮して上記各ベストフォーカス位置の計測を
行うことが望ましいが、演算が複雑になる。
としては、例えば大気圧変動、湿度の変動、温度の変
動、投影光学系の照射変動等が考えられるので、これら
の全てを考慮して上記各ベストフォーカス位置の計測を
行うことが望ましいが、演算が複雑になる。
【0030】かかる点を考慮すれば、例えば、請求項7
に記載の発明の如く、前記マーク検出系のベストフォー
カス位置と前記位置検出系のベストフォーカス位置の算
出は、少なくとも大気圧変化を考慮して行うようにすれ
ば良い。このようにする場合には、フォーカスの大気圧
変化は、大気圧の変動分に比例するので、比較的簡単な
演算によりフォーカスに大きな影響を与える大気圧変動
を考慮した各ベストフォーカス位置の算出が可能とな
り、これによりベースライン計測精度を向上させること
ができる。
に記載の発明の如く、前記マーク検出系のベストフォー
カス位置と前記位置検出系のベストフォーカス位置の算
出は、少なくとも大気圧変化を考慮して行うようにすれ
ば良い。このようにする場合には、フォーカスの大気圧
変化は、大気圧の変動分に比例するので、比較的簡単な
演算によりフォーカスに大きな影響を与える大気圧変動
を考慮した各ベストフォーカス位置の算出が可能とな
り、これによりベースライン計測精度を向上させること
ができる。
【0031】また、請求項8に記載の発明の如く、前記
位置検出系のベストフォーカス位置の算出は、前記投影
光学系の照射変動を考慮して行われることがより望まし
い。この場合には、照射変動をも考慮して位置検出系の
ベストフォーカス位置が算出されるので、より正確な各
ベストフォーカス位置の算出が可能となる。従って、ベ
ースライン計測精度を一層向上させることができる。但
し、この場合には、ベストフォーカス位置算出のための
多少複雑な演算が必要となる。
位置検出系のベストフォーカス位置の算出は、前記投影
光学系の照射変動を考慮して行われることがより望まし
い。この場合には、照射変動をも考慮して位置検出系の
ベストフォーカス位置が算出されるので、より正確な各
ベストフォーカス位置の算出が可能となる。従って、ベ
ースライン計測精度を一層向上させることができる。但
し、この場合には、ベストフォーカス位置算出のための
多少複雑な演算が必要となる。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図1
ないし図4に基づいて説明する。図1には、一実施形態
の投影露光装置10の主要部の構成が示されている。こ
の投影露光装置10は、ステップ・アンド・リピート方
式の縮小投影露光装置(ステッパー)である。
ないし図4に基づいて説明する。図1には、一実施形態
の投影露光装置10の主要部の構成が示されている。こ
の投影露光装置10は、ステップ・アンド・リピート方
式の縮小投影露光装置(ステッパー)である。
【0033】投影露光装置10は、マスクとしてのレチ
クルRを照明する照明光学系12、この照明光学系12
の下方に配置されレチクルRを保持するレチクルホルダ
14、レチクルRの下方に配置された投影光学系PL、
この投影光学系PLの下方に配置され感光基板としての
ウエハWを保持するステージ装置16、及び主制御装置
50等を備えている。
クルRを照明する照明光学系12、この照明光学系12
の下方に配置されレチクルRを保持するレチクルホルダ
14、レチクルRの下方に配置された投影光学系PL、
この投影光学系PLの下方に配置され感光基板としての
ウエハWを保持するステージ装置16、及び主制御装置
50等を備えている。
【0034】前記照明光学系12は、図1では単なるブ
ロックとして示されているが、実際には、例えばコリメ
ータレンズ、フライアイレンズ等から成る照度均一化光
学系、リレーレンズ系、レチクルブラインド、コンデン
サレンズ等(いずれも図示省略)を含んで構成され、不
図示の露光光源からの露光光ILによりほぼ均一な照度
でレチクルR上のレチクルブラインドで規定された所定
の矩形領域を上方から照明する。露光光ILとしては、
例えばKrFエキシマレーザ光やArFエキシマレーザ
光が使用される。なお、露光光ILとして、銅蒸気レー
ザやYAGレーザの高調波、あるいは超高圧水銀ランプ
からの紫外域の輝線(g線、i線等)等を用いても良
い。
ロックとして示されているが、実際には、例えばコリメ
ータレンズ、フライアイレンズ等から成る照度均一化光
学系、リレーレンズ系、レチクルブラインド、コンデン
サレンズ等(いずれも図示省略)を含んで構成され、不
図示の露光光源からの露光光ILによりほぼ均一な照度
でレチクルR上のレチクルブラインドで規定された所定
の矩形領域を上方から照明する。露光光ILとしては、
例えばKrFエキシマレーザ光やArFエキシマレーザ
光が使用される。なお、露光光ILとして、銅蒸気レー
ザやYAGレーザの高調波、あるいは超高圧水銀ランプ
からの紫外域の輝線(g線、i線等)等を用いても良
い。
【0035】また、照明光学系12内の露光光ILの光
路上には、透過率が大きく反射率が僅かの不図示のビー
ムスプリッタが設けられ、このビームスプリッタにより
レチクルRに照射される露光光ILの一部が取り出さ
れ、光量センサとしてのインテグレータセンサ18に受
光されるようになっている。このインテグレータセンサ
18は受光量に応じた光電信号を出力し、この光電信号
が主制御装置50によってモニタされるようになってい
る。インテグレータセンサ18としては、例えば遠紫外
域で感度があり、且つ露光光源としてのエキシマレーザ
光源のパルス発光を検出するために高い応答周波数を有
するPIN型のフォトダイオード等が使用される。ま
た、本実施形態の場合、インテグレータセンサ18の出
力は、後述する試料台24上で像面(即ち、ウエハWの
表面)と同じ高さに設置された不図示の基準照度計の出
力に対して予め較正(キャリブレーション)されてい
る。従って、インテグレータセンサ18の出力に基づい
て予め求められた変換係数、或いは変換関数を用いて間
接的に像面上に与えられている露光量を計測できるよう
になっている。
路上には、透過率が大きく反射率が僅かの不図示のビー
ムスプリッタが設けられ、このビームスプリッタにより
レチクルRに照射される露光光ILの一部が取り出さ
れ、光量センサとしてのインテグレータセンサ18に受
光されるようになっている。このインテグレータセンサ
18は受光量に応じた光電信号を出力し、この光電信号
が主制御装置50によってモニタされるようになってい
る。インテグレータセンサ18としては、例えば遠紫外
域で感度があり、且つ露光光源としてのエキシマレーザ
光源のパルス発光を検出するために高い応答周波数を有
するPIN型のフォトダイオード等が使用される。ま
た、本実施形態の場合、インテグレータセンサ18の出
力は、後述する試料台24上で像面(即ち、ウエハWの
表面)と同じ高さに設置された不図示の基準照度計の出
力に対して予め較正(キャリブレーション)されてい
る。従って、インテグレータセンサ18の出力に基づい
て予め求められた変換係数、或いは変換関数を用いて間
接的に像面上に与えられている露光量を計測できるよう
になっている。
【0036】前記レチクルホルダ14上には、レチクル
Rが例えば真空吸着等によって固定されている。このレ
チクルホルダ14は、レチクルRの位置決めのため、照
明光学系12の光軸(後述する投影光学系PLの光軸に
一致)に垂直な平面内で2次元的に(X軸方向及びこれ
に直交するY軸方向及びXY平面に直交するZ軸回りの
回転方向に)微少駆動可能に構成されている。レチクル
Rの裏面中央部には、クロムパターン等から成る不図示
の回路パターンが形成されている。また、図1に示され
るように、この回路パターンが形成されたパターン領域
のX軸方向における両側にレチクル・アライメント・マ
ーク(以下、「レチクルマーク」という)MR1、MR2が
形成されている。
Rが例えば真空吸着等によって固定されている。このレ
チクルホルダ14は、レチクルRの位置決めのため、照
明光学系12の光軸(後述する投影光学系PLの光軸に
一致)に垂直な平面内で2次元的に(X軸方向及びこれ
に直交するY軸方向及びXY平面に直交するZ軸回りの
回転方向に)微少駆動可能に構成されている。レチクル
Rの裏面中央部には、クロムパターン等から成る不図示
の回路パターンが形成されている。また、図1に示され
るように、この回路パターンが形成されたパターン領域
のX軸方向における両側にレチクル・アライメント・マ
ーク(以下、「レチクルマーク」という)MR1、MR2が
形成されている。
【0037】前記投影光学系PLは、その光軸(照明光
学系12の光軸に一致)の方向がZ軸方向とされ、ここ
では両側テレセントリックな光学配置となるように光軸
AX方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズ
エレメントを有する屈折光学系が使用されている。この
投影光学系PLは所定の投影倍率、例えば1/5(ある
いは1/4)を有する縮小光学系である。このため、照
明光学系12からの露光光ILによってレチクルRが照
明されると、このレチクルRを通過した露光光ILによ
り、投影光学系PLを介してレチクルRの回路パターン
の縮小像がウエハWの表面に形成される。このようにし
てフォトレジストが塗布されたウエハW上に、レチクル
R上のパターンが露光転写される。
学系12の光軸に一致)の方向がZ軸方向とされ、ここ
では両側テレセントリックな光学配置となるように光軸
AX方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズ
エレメントを有する屈折光学系が使用されている。この
投影光学系PLは所定の投影倍率、例えば1/5(ある
いは1/4)を有する縮小光学系である。このため、照
明光学系12からの露光光ILによってレチクルRが照
明されると、このレチクルRを通過した露光光ILによ
り、投影光学系PLを介してレチクルRの回路パターン
の縮小像がウエハWの表面に形成される。このようにし
てフォトレジストが塗布されたウエハW上に、レチクル
R上のパターンが露光転写される。
【0038】前記ステージ装置16は、不図示のベース
上を、駆動系20によりX軸方向及びこれに直交するY
軸方向に移動可能な基板ステージとしてのXYステージ
22と、このXYステージ22上にXY方向に位置決め
されかつZ軸方向の移動及び傾斜が許容された状態で取
り付けられた基板テーブルとしての試料台24と、この
試料台24上に設けられたウエハ・ホルダ26とを備え
ている。このウエハ・ホルダ26はウエハWを吸着保持
している。
上を、駆動系20によりX軸方向及びこれに直交するY
軸方向に移動可能な基板ステージとしてのXYステージ
22と、このXYステージ22上にXY方向に位置決め
されかつZ軸方向の移動及び傾斜が許容された状態で取
り付けられた基板テーブルとしての試料台24と、この
試料台24上に設けられたウエハ・ホルダ26とを備え
ている。このウエハ・ホルダ26はウエハWを吸着保持
している。
【0039】前記試料台24は、基板駆動系としてのフ
ォーカス・レベリング機構を介してXYステージ22上
に搭載されている。このフォーカス・レベリング機構
は、試料台24を異なる3点で支持するとともに、独立
してZ軸方向に駆動可能な3つの上下動機構21a,2
1b,21c(但し、紙面奥側の22cは図示せず)か
ら成る。以下、便宜上、このフォーカス・レベリング機
構を、「フォーカス・レベリング機構21」と呼ぶもの
とする。このフォーカス・レベリング機構21が駆動系
20を介して主制御装置50によって制御され、これに
よって試料台24上に保持されたウエハWの面位置(Z
軸方向位置及びXY平面に対する傾斜)が所望の状態に
設定されるようになっている。
ォーカス・レベリング機構を介してXYステージ22上
に搭載されている。このフォーカス・レベリング機構
は、試料台24を異なる3点で支持するとともに、独立
してZ軸方向に駆動可能な3つの上下動機構21a,2
1b,21c(但し、紙面奥側の22cは図示せず)か
ら成る。以下、便宜上、このフォーカス・レベリング機
構を、「フォーカス・レベリング機構21」と呼ぶもの
とする。このフォーカス・レベリング機構21が駆動系
20を介して主制御装置50によって制御され、これに
よって試料台24上に保持されたウエハWの面位置(Z
軸方向位置及びXY平面に対する傾斜)が所望の状態に
設定されるようになっている。
【0040】また、試料台24上にはL字型ミラーから
成る移動鏡28が固定されている。この移動鏡28は、
X軸に直交する反射面と、Y軸に直交する反射面とを有
している。移動鏡28の前記各反射面には、Xレーザ干
渉計30X、Yレーザ干渉計30Yから測長ビームが投
射されており、Xレーザ干渉計30X、Yレーザ干渉計
30Yでは、それぞれ反射光を受光して試料台24のX
位置、Y位置を所定の分解能(例えば、1nm程度の分
解能)で常時計測している。これらの干渉計30X,3
0Yで計測された試料台24の位置情報は主制御装置5
0に送られ、主制御装置50では前記位置情報に基づい
て駆動系20を介してXYステージ22を位置制御す
る。なお、X軸方向又はY軸方向の干渉計の測長軸を2
軸にして、試料台24の回転をも計測するようにしても
良い。
成る移動鏡28が固定されている。この移動鏡28は、
X軸に直交する反射面と、Y軸に直交する反射面とを有
している。移動鏡28の前記各反射面には、Xレーザ干
渉計30X、Yレーザ干渉計30Yから測長ビームが投
射されており、Xレーザ干渉計30X、Yレーザ干渉計
30Yでは、それぞれ反射光を受光して試料台24のX
位置、Y位置を所定の分解能(例えば、1nm程度の分
解能)で常時計測している。これらの干渉計30X,3
0Yで計測された試料台24の位置情報は主制御装置5
0に送られ、主制御装置50では前記位置情報に基づい
て駆動系20を介してXYステージ22を位置制御す
る。なお、X軸方向又はY軸方向の干渉計の測長軸を2
軸にして、試料台24の回転をも計測するようにしても
良い。
【0041】また、試料台24上には、基準板FMも設
けられている。この基準板FMの表面には例えば、図4
に示されるように一対の第1基準マークMr1、Mr2と、
一つの第2基準マークMwが形成されている。
けられている。この基準板FMの表面には例えば、図4
に示されるように一対の第1基準マークMr1、Mr2と、
一つの第2基準マークMwが形成されている。
【0042】ウエハW上には、それまでの工程で形成さ
れた回路パターンが形成されているのでレチクルパター
ンの転写に際しては、既に形成されたパターンと新たに
転写するレチクルパターンの位置関係を正確に合わせる
必要がある。このため、一般にウエハW上には、既存の
回路パターンの位置を検出するためのウエハ・アライメ
ント・マーク(以下、「ウエハマーク」という)が形成
されている。
れた回路パターンが形成されているのでレチクルパター
ンの転写に際しては、既に形成されたパターンと新たに
転写するレチクルパターンの位置関係を正確に合わせる
必要がある。このため、一般にウエハW上には、既存の
回路パターンの位置を検出するためのウエハ・アライメ
ント・マーク(以下、「ウエハマーク」という)が形成
されている。
【0043】このウエハマークを検出するためのマーク
検出系としてのオフアクシス方式のウエハ・アライメン
ト・センサ32が投影光学系PLの側面に設けられてい
る。このウエハ・アライメント・センサ32としては、
検出中心となる指標Ma(図4参照)を有する画像処理
方式の結像式アライメントセンサが用いられている。こ
のウエハ・アライメント・センサ32の計測値は主制御
装置50に供給されるようになっている。
検出系としてのオフアクシス方式のウエハ・アライメン
ト・センサ32が投影光学系PLの側面に設けられてい
る。このウエハ・アライメント・センサ32としては、
検出中心となる指標Ma(図4参照)を有する画像処理
方式の結像式アライメントセンサが用いられている。こ
のウエハ・アライメント・センサ32の計測値は主制御
装置50に供給されるようになっている。
【0044】また、レチクルRの上方には、レチクル・
アライメント・センサ34a,34bが設けられてい
る。これらのレチクル・アライメント・センサ34a,
34bとしては、結像光学系と撮像素子(CCD等)と
を備えたものが使用されている。そして、これらのレチ
クル・アライメント・センサ34a,34bによってレ
チクルマークMR1、MR2と基準板FM上に形成された一
対の第1基準マークMr1、Mr2とのずれを計測できるよ
うになっている。これらのレチクル・アライメント・セ
ンサ34a,34bの計測値も主制御装置50に供給さ
れる。これらのレチクル・アライメント・センサ34
a,34bは、矢印A,Bで示されるようにX方向に移
動可能となっており、計測時以外は主制御送50によっ
て不図示の駆動装置を介してレチクル上から退避される
ようになっている。
アライメント・センサ34a,34bが設けられてい
る。これらのレチクル・アライメント・センサ34a,
34bとしては、結像光学系と撮像素子(CCD等)と
を備えたものが使用されている。そして、これらのレチ
クル・アライメント・センサ34a,34bによってレ
チクルマークMR1、MR2と基準板FM上に形成された一
対の第1基準マークMr1、Mr2とのずれを計測できるよ
うになっている。これらのレチクル・アライメント・セ
ンサ34a,34bの計測値も主制御装置50に供給さ
れる。これらのレチクル・アライメント・センサ34
a,34bは、矢印A,Bで示されるようにX方向に移
動可能となっており、計測時以外は主制御送50によっ
て不図示の駆動装置を介してレチクル上から退避される
ようになっている。
【0045】更に、本実施形態の投影露光装置10で
は、ウエハW表面又は基準板FM表面の投影光学系PL
の光軸方向の位置(変位)を計測する斜入射光式のフォ
ーカス検出系も設けられている。このフォーカス検出系
は、ウエハW表面(又は基準板FM表面)に対して所定
角度(5〜12度)傾斜した方向からスリット像を投射
結像させる送光光学系36aと、この反射したスリット
像の光束を受光する受光光学系36bとから成る斜入射
光式のフォーカス検出系が用いられている。以下、この
フォーカス検出系を「フォーカス検出系36」と呼ぶも
のとする。なお、この斜入射光式のフォーカス検出系に
ついては、本願と同一の出願人が提案した特開昭58−
113706号公報に開示されているので、その構成及
び動作の詳細は省略する。
は、ウエハW表面又は基準板FM表面の投影光学系PL
の光軸方向の位置(変位)を計測する斜入射光式のフォ
ーカス検出系も設けられている。このフォーカス検出系
は、ウエハW表面(又は基準板FM表面)に対して所定
角度(5〜12度)傾斜した方向からスリット像を投射
結像させる送光光学系36aと、この反射したスリット
像の光束を受光する受光光学系36bとから成る斜入射
光式のフォーカス検出系が用いられている。以下、この
フォーカス検出系を「フォーカス検出系36」と呼ぶも
のとする。なお、この斜入射光式のフォーカス検出系に
ついては、本願と同一の出願人が提案した特開昭58−
113706号公報に開示されているので、その構成及
び動作の詳細は省略する。
【0046】この他、本実施形態の投影露光装置10で
は、投影光学系PLの近傍における大気圧の変化を計測
する大気圧センサ38が設けられている。この大気圧セ
ンサ38の計測値も主制御装置50に供給されるように
なっている。なお、大気圧センサ38とともに、他の環
境センサ、例えば温度センサ、湿度センサ等を設けても
勿論良い。
は、投影光学系PLの近傍における大気圧の変化を計測
する大気圧センサ38が設けられている。この大気圧セ
ンサ38の計測値も主制御装置50に供給されるように
なっている。なお、大気圧センサ38とともに、他の環
境センサ、例えば温度センサ、湿度センサ等を設けても
勿論良い。
【0047】前記主制御装置50は、マイクロコンピュ
ータ(又はミニコンピュータ)等のコンピュータから成
り、装置全体を統括的に制御する。具体的には、この主
制御装置50は、ウエハW上の各ショット領域を露光位
置に位置決めしたり、後述するベースライン計測を行な
ったりする際に、レーザ干渉計30X,30Yの計測値
に基づき、駆動系20を介してXYステージ22の位置
を制御する。さらに主制御装置50は、ウエハW上のシ
ョット領域を投影光学系PLの像面に合わせる等の目的
で駆動系20を介してフォーカス・レベリング機構21
を制御する。また、この主制御装置50は、駆動系20
を介してXYステージ22を2次元移動させつつ、フォ
ーカス検出系36の計測値をモニタすることにより基準
板FMやウエハWの平面度あるいは傾斜を計測する機
能、及びその計測結果を不図示の内部メモリに記憶する
機能を有している。更に、この主制御装置50は、大気
圧センサ38で計測された大気圧変化に応じて、ウエハ
・アライメント・センサ32のベスト・フォーカス位置
及び投影光学系PLを介したレチクル・アライメント・
センサ34a,34bのベスト・フォーカス位置を算出
する機能や、インテグレータセンサ18の計測値から得
られる投影光学系PLに対する露光光照射エネルギの履
歴に応じてレチクル・アライメント・センサ34a,3
4bのベスト・フォーカス位置を算出する機能等をも有
している。なお、これらのベスト・フォーカス位置の算
出については、更に後述する。
ータ(又はミニコンピュータ)等のコンピュータから成
り、装置全体を統括的に制御する。具体的には、この主
制御装置50は、ウエハW上の各ショット領域を露光位
置に位置決めしたり、後述するベースライン計測を行な
ったりする際に、レーザ干渉計30X,30Yの計測値
に基づき、駆動系20を介してXYステージ22の位置
を制御する。さらに主制御装置50は、ウエハW上のシ
ョット領域を投影光学系PLの像面に合わせる等の目的
で駆動系20を介してフォーカス・レベリング機構21
を制御する。また、この主制御装置50は、駆動系20
を介してXYステージ22を2次元移動させつつ、フォ
ーカス検出系36の計測値をモニタすることにより基準
板FMやウエハWの平面度あるいは傾斜を計測する機
能、及びその計測結果を不図示の内部メモリに記憶する
機能を有している。更に、この主制御装置50は、大気
圧センサ38で計測された大気圧変化に応じて、ウエハ
・アライメント・センサ32のベスト・フォーカス位置
及び投影光学系PLを介したレチクル・アライメント・
センサ34a,34bのベスト・フォーカス位置を算出
する機能や、インテグレータセンサ18の計測値から得
られる投影光学系PLに対する露光光照射エネルギの履
歴に応じてレチクル・アライメント・センサ34a,3
4bのベスト・フォーカス位置を算出する機能等をも有
している。なお、これらのベスト・フォーカス位置の算
出については、更に後述する。
【0048】次に、上述のようにして構成された本実施
形態の投影露光装置10の主要な動作を、図2ないし図
4を参照しつつ、主制御装置50の制御動作を中心に説
明する。ここで、説明する動作は、露光動作に先立って
行われる、ベースライン計測に関するものである。
形態の投影露光装置10の主要な動作を、図2ないし図
4を参照しつつ、主制御装置50の制御動作を中心に説
明する。ここで、説明する動作は、露光動作に先立って
行われる、ベースライン計測に関するものである。
【0049】このベースライン計測は、基準板FMの平
面度(傾斜)を計測し記憶する第1の段階と、ウエハ・
アライメント・センサ32及びレチクル・アライメント
・センサ34a、34bのベスト・フォーカス位置を計
算する第2の段階と、ウエハ・アライメント・センサ3
2とレチクル・アライメント・センサ34a,34bを
基準板FM上の特定の基準マークにそれぞれ合焦させ、
レチクルパターンの投影位置とウエハ・アライメント・
センサ32の検出中心との相対位置関係、すなわちいわ
ゆるベースライン量の計測を行う第3の段階とを含む。
面度(傾斜)を計測し記憶する第1の段階と、ウエハ・
アライメント・センサ32及びレチクル・アライメント
・センサ34a、34bのベスト・フォーカス位置を計
算する第2の段階と、ウエハ・アライメント・センサ3
2とレチクル・アライメント・センサ34a,34bを
基準板FM上の特定の基準マークにそれぞれ合焦させ、
レチクルパターンの投影位置とウエハ・アライメント・
センサ32の検出中心との相対位置関係、すなわちいわ
ゆるベースライン量の計測を行う第3の段階とを含む。
【0050】(第1の段階)まず、この第1の段階の動
作の前提となるフォーカス・レベリング機構21の傾斜
の基準状態について図2に基づいて説明する。図2に
は、図1の矢印P方向から見たステージ装置16及び投
影光学系PL近傍の状態が概略的に示されている。この
図2においては、ウエハ・ホルダ26、移動鏡28等は
省略されている。
作の前提となるフォーカス・レベリング機構21の傾斜
の基準状態について図2に基づいて説明する。図2に
は、図1の矢印P方向から見たステージ装置16及び投
影光学系PL近傍の状態が概略的に示されている。この
図2においては、ウエハ・ホルダ26、移動鏡28等は
省略されている。
【0051】この図2において、フォーカス・レベリン
グ機構21(21a,21b,21c)は、所定の姿勢
となっており、この図2の状態を傾斜の基準状態(リセ
ット状態)と定義する。ここでは、ウエハ・ホルダ26
の上面が、XYステージ22のガイド面40と平行な状
態を、傾斜の基準状態、すなわちリセット状態と定義す
るものとする。また、この図2においては、基準板FM
上に形成された一対の第1基準マークMr1、Mr2が代表
して第1基準マークMrとして示されている。
グ機構21(21a,21b,21c)は、所定の姿勢
となっており、この図2の状態を傾斜の基準状態(リセ
ット状態)と定義する。ここでは、ウエハ・ホルダ26
の上面が、XYステージ22のガイド面40と平行な状
態を、傾斜の基準状態、すなわちリセット状態と定義す
るものとする。また、この図2においては、基準板FM
上に形成された一対の第1基準マークMr1、Mr2が代表
して第1基準マークMrとして示されている。
【0052】このリセット状態では、図2から明らかな
ように、第1基準マークMrと第2基準マークMwとの
投影光学系PLの光軸方向(Z方向)の位置はΔZの差
がある。
ように、第1基準マークMrと第2基準マークMwとの
投影光学系PLの光軸方向(Z方向)の位置はΔZの差
がある。
【0053】このリセット状態で、主制御装置50では
ベースライン計測動作を開始する。すなわち、主制御装
置50では、フォーカス・レベリング機構21をリセッ
ト状態に固定したまま、フォーカス検出系36の検出位
置に基準板FM上の基準マークMw、Mrが順次位置す
るように、駆動系20を介してXYステージ22の位置
を制御する。この際、主制御装置50では基準マークM
w、Mrに対するフォーカス検出系36の出力を求め、
その差により図2に示されるΔZを求め、不図示の内部
メモリに記憶する。ここで、斜入射光式のフォーカス・
センサは、所定の基準面からのZ方向の位置を検出する
ものであるから、上記ΔZを検出することは、所定の基
準面に対する基準マークMw、MrのZ方向の位置の差
を計測することに他ならない。これにより第1の段階の
動作が終了する。
ベースライン計測動作を開始する。すなわち、主制御装
置50では、フォーカス・レベリング機構21をリセッ
ト状態に固定したまま、フォーカス検出系36の検出位
置に基準板FM上の基準マークMw、Mrが順次位置す
るように、駆動系20を介してXYステージ22の位置
を制御する。この際、主制御装置50では基準マークM
w、Mrに対するフォーカス検出系36の出力を求め、
その差により図2に示されるΔZを求め、不図示の内部
メモリに記憶する。ここで、斜入射光式のフォーカス・
センサは、所定の基準面からのZ方向の位置を検出する
ものであるから、上記ΔZを検出することは、所定の基
準面に対する基準マークMw、MrのZ方向の位置の差
を計測することに他ならない。これにより第1の段階の
動作が終了する。
【0054】ここで、ΔZの値は、基準板FMの平面
度、装置の組立精度などによって定まるものであり、ひ
とたび装置が組み立てられれば、ほぼ変動することのな
い定数と見なすことができる。従って、その計測も装置
組み立て・調整後に一度行い、その計測結果を内部メモ
リに記憶しておき、以降は必要に応じてメモリ内の情報
を読み出すようにすればよい。
度、装置の組立精度などによって定まるものであり、ひ
とたび装置が組み立てられれば、ほぼ変動することのな
い定数と見なすことができる。従って、その計測も装置
組み立て・調整後に一度行い、その計測結果を内部メモ
リに記憶しておき、以降は必要に応じてメモリ内の情報
を読み出すようにすればよい。
【0055】(第2の段階)次に、ウエハ・アライメン
ト・センサ32の焦点位置Fwと、レチクル・アライメ
ント・センサ34a,34bの焦点位置Frを求める第
2の段階について説明する。
ト・センサ32の焦点位置Fwと、レチクル・アライメ
ント・センサ34a,34bの焦点位置Frを求める第
2の段階について説明する。
【0056】ウエハ・アライメント・センサ32のアラ
イメント光の光路上には、いわゆる光学ガラス以外に、
ガラスの間隙の空気部分も存在する。このため、大気圧
が変動するのに伴なって、光路中の屈折率分布も変動
し、結果として焦点面も変動することになる。大気圧変
化に対する焦点の変動の率は、予め求めておくことがで
きるので、基準の大気圧状態での焦点位置FW0を計測し
ておけば、その後の大気圧変化を計測することで、焦点
位置Fwを予測することができる。そこで、主制御装置
50では、大気圧センサ38の計測値をモニタすること
により、その後の大気圧変化を計測し、これに基づいて
ウエハ・アライメント・センサ32の焦点位置Fwを予
測(算出する)する。大気圧をPとすると、焦点位置F
wは、下記のように表わされる。
イメント光の光路上には、いわゆる光学ガラス以外に、
ガラスの間隙の空気部分も存在する。このため、大気圧
が変動するのに伴なって、光路中の屈折率分布も変動
し、結果として焦点面も変動することになる。大気圧変
化に対する焦点の変動の率は、予め求めておくことがで
きるので、基準の大気圧状態での焦点位置FW0を計測し
ておけば、その後の大気圧変化を計測することで、焦点
位置Fwを予測することができる。そこで、主制御装置
50では、大気圧センサ38の計測値をモニタすること
により、その後の大気圧変化を計測し、これに基づいて
ウエハ・アライメント・センサ32の焦点位置Fwを予
測(算出する)する。大気圧をPとすると、焦点位置F
wは、下記のように表わされる。
【0057】 Fw=(FW0,P) ………(1) 通常、光学系の焦点位置等の結像特性は大気圧の変化に
ほぼ比例することが知られており、(1)式の演算は、
単なる比例演算となる。
ほぼ比例することが知られており、(1)式の演算は、
単なる比例演算となる。
【0058】同様に、レチクル・アライメント・センサ
34a,34bの焦点位置も、予測することができる
が、本実施形態のように、投影光学系PLを介してレチ
クル・アライメントを行なういわゆるTTR方式のレチ
クル・アライメント・センサの場合、その光路上に投影
光学系PLが含まれるので、大気圧変化の他に投影光学
系PLに対する露光光の照射による照射変動分をも考慮
する必要がある。
34a,34bの焦点位置も、予測することができる
が、本実施形態のように、投影光学系PLを介してレチ
クル・アライメントを行なういわゆるTTR方式のレチ
クル・アライメント・センサの場合、その光路上に投影
光学系PLが含まれるので、大気圧変化の他に投影光学
系PLに対する露光光の照射による照射変動分をも考慮
する必要がある。
【0059】基準大気圧状態における露光光照射の影響
がない時点での焦点位置をFr0、大気圧をP、露光光照
射の履歴をQとすると、レチクル・アライメント・セン
サ34a,34bの焦点位置Frは、次のように表され
る。
がない時点での焦点位置をFr0、大気圧をP、露光光照
射の履歴をQとすると、レチクル・アライメント・セン
サ34a,34bの焦点位置Frは、次のように表され
る。
【0060】 Fr=(Fr0,P,Q) ………(2) そこで、主制御装置50では、大気圧センサ38の計測
値をモニタするとともに、インテグレータセンサ18を
モニタすることにより、大気圧Pと同様、投影光学系P
Lへの露光光照射の履歴を求め、上記(2)式に基づい
てレチクル・アライメント・センサ34a,34bの焦
点位置Frを求める。
値をモニタするとともに、インテグレータセンサ18を
モニタすることにより、大気圧Pと同様、投影光学系P
Lへの露光光照射の履歴を求め、上記(2)式に基づい
てレチクル・アライメント・センサ34a,34bの焦
点位置Frを求める。
【0061】なお、(2)式は、レチクル・アライメン
ト・センサ内光学系と投影光学系PLの大気圧変動によ
るフォーカス変動分と、投影光学系PLの露光光照射に
起因するフォーカスの変動分とを合わせて表現したもの
であるから、これらの変動分を別々に求めても良いこと
は勿論である。
ト・センサ内光学系と投影光学系PLの大気圧変動によ
るフォーカス変動分と、投影光学系PLの露光光照射に
起因するフォーカスの変動分とを合わせて表現したもの
であるから、これらの変動分を別々に求めても良いこと
は勿論である。
【0062】そして、主制御装置50では、上で求めた
焦点位置Fw、Frの差により、図2に示される、レチ
クル・アライメント・センサ34a,34bと、ウエハ
・アライメント・センサ32の焦点の差ΔFを求め、内
部メモリに記憶する。これにより、第2の段階の動作が
終了する。
焦点位置Fw、Frの差により、図2に示される、レチ
クル・アライメント・センサ34a,34bと、ウエハ
・アライメント・センサ32の焦点の差ΔFを求め、内
部メモリに記憶する。これにより、第2の段階の動作が
終了する。
【0063】(第3の段階)この第3の段階では、主制
御装置50では、まず、上記第1の段階で求めたΔZと
第2の段階で求めたΔFを用いて、フォーカス・レベリ
ング機構21により試料台24を駆動すべき傾斜量、す
なわち、図2中に仮想線で示されるウエハ・アライメン
ト・センサの焦点位置と、レチクル・アライメント・セ
ンサ34a,34bの焦点位置とを結ぶ線分と、基準板
FM上の第1基準マークMrと第2基準マークMwとを
結ぶ線分との成す角θ(=θ1 +θ2 )を計算する。
御装置50では、まず、上記第1の段階で求めたΔZと
第2の段階で求めたΔFを用いて、フォーカス・レベリ
ング機構21により試料台24を駆動すべき傾斜量、す
なわち、図2中に仮想線で示されるウエハ・アライメン
ト・センサの焦点位置と、レチクル・アライメント・セ
ンサ34a,34bの焦点位置とを結ぶ線分と、基準板
FM上の第1基準マークMrと第2基準マークMwとを
結ぶ線分との成す角θ(=θ1 +θ2 )を計算する。
【0064】ここで、図2に示されるように、基準板F
M上の第1基準マークMrと第2基準マークMwとの距
離をXYステージのガイド面40に射影した距離をL
(Lは例えば60〜70mm)とすると、実際には、角
θ1 ,θ2 は共に微小量(数秒〜数十秒程度)であるか
ら、求める傾斜量θは、フォーカス・レベリング機構2
1のリセット状態を基準に、 θ=θ1 +θ2 ≒(ΔF+ΔZ)/L ………(3) で表わすことができる。なお、基準板FMの傾斜量θ2
は微小量であることより、基準板FM上に設けられたマ
ークMwとMrとの距離がLであると考えて差し支えな
い。
M上の第1基準マークMrと第2基準マークMwとの距
離をXYステージのガイド面40に射影した距離をL
(Lは例えば60〜70mm)とすると、実際には、角
θ1 ,θ2 は共に微小量(数秒〜数十秒程度)であるか
ら、求める傾斜量θは、フォーカス・レベリング機構2
1のリセット状態を基準に、 θ=θ1 +θ2 ≒(ΔF+ΔZ)/L ………(3) で表わすことができる。なお、基準板FMの傾斜量θ2
は微小量であることより、基準板FM上に設けられたマ
ークMwとMrとの距離がLであると考えて差し支えな
い。
【0065】主制御装置50では、上述のようにして、
フォーカス・レベリング機構21により試料台24を駆
動すべき傾斜量θを求め、その傾斜量分だけフォーカス
・レベリング機構21を介して試量台24を傾斜駆動す
る。その後、主制御装置50では、XYステージ22を
駆動して、基準板FM上の基準マークMw,Mrを、そ
れぞれウエハ・アライメント・センサ32、レチクル・
アライメント・センサ34a,34bのほぼ光軸上に移
動する。次いで、主制御装置50では、試料台24の傾
斜を維持した状態で、フォーカス検出系36の計測値を
モニタしつつ、第1基準マークMrがレチクル・アライ
メント・センサ34a,34bに対して合焦するよう
に、フォーカス・レベリング機構21を介して試料台2
4を光軸方向にさらに平行移動させる。これにより、第
2基準マークMwもウエハ・アライメント・センサ32
に対して合焦した状態となる。図3には、このうように
して、第1基準マークMrがレチクル・アライメント・
センサ34a,34bに対して合焦し、第2基準マーク
Mwもウエハ・アライメント・センサ32に対して合焦
した状態が示されている。
フォーカス・レベリング機構21により試料台24を駆
動すべき傾斜量θを求め、その傾斜量分だけフォーカス
・レベリング機構21を介して試量台24を傾斜駆動す
る。その後、主制御装置50では、XYステージ22を
駆動して、基準板FM上の基準マークMw,Mrを、そ
れぞれウエハ・アライメント・センサ32、レチクル・
アライメント・センサ34a,34bのほぼ光軸上に移
動する。次いで、主制御装置50では、試料台24の傾
斜を維持した状態で、フォーカス検出系36の計測値を
モニタしつつ、第1基準マークMrがレチクル・アライ
メント・センサ34a,34bに対して合焦するよう
に、フォーカス・レベリング機構21を介して試料台2
4を光軸方向にさらに平行移動させる。これにより、第
2基準マークMwもウエハ・アライメント・センサ32
に対して合焦した状態となる。図3には、このうように
して、第1基準マークMrがレチクル・アライメント・
センサ34a,34bに対して合焦し、第2基準マーク
Mwもウエハ・アライメント・センサ32に対して合焦
した状態が示されている。
【0066】この図3の状態で、主制御装置50では、
ウエハ・アライメント・センサ32を用いて第2基準マ
ークMwに対するウエハ・アライメント・センサ32の
指標中心の位置ΔWを計測し、これとほぼ同時にレチク
ル・アライメント・センサ34a,34bを用いて第1
基準マークMr(すなわちMr1,Mr2)に対するレチク
ル・アライメント・マークMR1,MR2の位置ΔRを計測
する。
ウエハ・アライメント・センサ32を用いて第2基準マ
ークMwに対するウエハ・アライメント・センサ32の
指標中心の位置ΔWを計測し、これとほぼ同時にレチク
ル・アライメント・センサ34a,34bを用いて第1
基準マークMr(すなわちMr1,Mr2)に対するレチク
ル・アライメント・マークMR1,MR2の位置ΔRを計測
する。
【0067】図4には、このΔW,ΔRの計測を行なう
様子が示されている。前記の如く、第1基準マークMr
から第2基準マークMwまでの距離Lは既知であるか
ら、レチクル・アライメント・マークMr1,Mr2で代表
されるレチクルR上のパターンの投影位置からウエハ・
アライメント・センサ32の検出中心(すなわち指標M
aの中心)までの距離、すなわちベースライン量BLを
求めることができる。図4から明らかなように、この求
めるベースライン量BLは、各量の符号(矢印の方向)
を考慮して、次式で与えられる。
様子が示されている。前記の如く、第1基準マークMr
から第2基準マークMwまでの距離Lは既知であるか
ら、レチクル・アライメント・マークMr1,Mr2で代表
されるレチクルR上のパターンの投影位置からウエハ・
アライメント・センサ32の検出中心(すなわち指標M
aの中心)までの距離、すなわちベースライン量BLを
求めることができる。図4から明らかなように、この求
めるベースライン量BLは、各量の符号(矢印の方向)
を考慮して、次式で与えられる。
【0068】 BL=L+ΔW−ΔR ………(4) そこで、主制御装置50では、上記ΔW,ΔRの計測の
後、式(4)の演算を行なって、レチクルR上のパター
ンの投影位置とウエハ・アライメント・センサ32の検
出中心(すなわち指標Maの中心)までの距離(相対位
置関係)を算出する。
後、式(4)の演算を行なって、レチクルR上のパター
ンの投影位置とウエハ・アライメント・センサ32の検
出中心(すなわち指標Maの中心)までの距離(相対位
置関係)を算出する。
【0069】これまでの説明から明らかなように、本実
施形態では、主制御装置50によって、ステージ制御
系、制御手段が構成され、また、主制御装置50内の内
部メモリによって記憶手段が構成される。
施形態では、主制御装置50によって、ステージ制御
系、制御手段が構成され、また、主制御装置50内の内
部メモリによって記憶手段が構成される。
【0070】以上説明したように、本実施形態による
と、基準板FMの試料台24への取り付け後に、フォー
カス検出系36を用いて基準面に対する基準板FM上の
第1基準マークと第2基準マークとの投影光学系PLの
光軸方向位置の差ΔZを予め計測し、その計測結果を主
制御装置50の内部メモリに記憶しておくだけで、基準
板FMの試料台24へ取り付け後においても、第1基準
マークにレチクル・アライメント・センサ34a,34
bを合焦させると同時に第2基準マークにウエハ・アラ
イメント・センサ32を合焦させることが可能になる。
従って、基準板FMをある程度ラフに試料台24に取り
付けておいても良くなるので、結果的に基準板FMの取
付け作業に熟練が不要となり、その作業も容易になる
(作業工数を低減できる)。
と、基準板FMの試料台24への取り付け後に、フォー
カス検出系36を用いて基準面に対する基準板FM上の
第1基準マークと第2基準マークとの投影光学系PLの
光軸方向位置の差ΔZを予め計測し、その計測結果を主
制御装置50の内部メモリに記憶しておくだけで、基準
板FMの試料台24へ取り付け後においても、第1基準
マークにレチクル・アライメント・センサ34a,34
bを合焦させると同時に第2基準マークにウエハ・アラ
イメント・センサ32を合焦させることが可能になる。
従って、基準板FMをある程度ラフに試料台24に取り
付けておいても良くなるので、結果的に基準板FMの取
付け作業に熟練が不要となり、その作業も容易になる
(作業工数を低減できる)。
【0071】また、上記の如く、フォーカス検出系36
を用いて基準面に対する基準板FM上の第1基準マーク
と第2基準マークとの投影光学系PLの光軸方向位置の
差ΔZを予め計測することから、基準板FM表面に凹凸
があっても何らの不都合なく、主制御装置50では、確
実に、フォーカス検出系36の検出値をモニタしつつ基
準板FM上の第1基準マークにレチクル・アライメント
・センサ34a,34bを合焦させると同時に第2基準
マークにウエハ・アライメント・センサ32を合焦させ
ることが可能になる。
を用いて基準面に対する基準板FM上の第1基準マーク
と第2基準マークとの投影光学系PLの光軸方向位置の
差ΔZを予め計測することから、基準板FM表面に凹凸
があっても何らの不都合なく、主制御装置50では、確
実に、フォーカス検出系36の検出値をモニタしつつ基
準板FM上の第1基準マークにレチクル・アライメント
・センサ34a,34bを合焦させると同時に第2基準
マークにウエハ・アライメント・センサ32を合焦させ
ることが可能になる。
【0072】さらに、大気圧変化、投影光学系PLの照
射変動によりレチクル・アライメント・センサ34a,
34b、ウエハ・アライメント・センサ32の焦点位置
が変動しても、これに影響を受けることなく、正確に、
基準板FM上の第1基準マークにレチクル・アライメン
ト・センサ34a,34bを合焦させると同時に第2基
準マークにウエハ・アライメント・センサ32を合焦さ
せることが可能になる。
射変動によりレチクル・アライメント・センサ34a,
34b、ウエハ・アライメント・センサ32の焦点位置
が変動しても、これに影響を受けることなく、正確に、
基準板FM上の第1基準マークにレチクル・アライメン
ト・センサ34a,34bを合焦させると同時に第2基
準マークにウエハ・アライメント・センサ32を合焦さ
せることが可能になる。
【0073】このように、本実施形態によると、ウエハ
・アライメント・センサ32とレチクル・アライメント
・センサ34a,34bとを、第2基準マークMrと第
1基準マークMr1,Mr2に対して同時に合焦させた状態
でのベースライン量の計測が常に可能となるので、高い
ベースライン計測精度を確保することができる。
・アライメント・センサ32とレチクル・アライメント
・センサ34a,34bとを、第2基準マークMrと第
1基準マークMr1,Mr2に対して同時に合焦させた状態
でのベースライン量の計測が常に可能となるので、高い
ベースライン計測精度を確保することができる。
【0074】なお、上記実施形態では、レチクル・アラ
イメント・センサとして、34a,34bの2つが設け
られ、両センサ34a、34bの焦点位置が一致してい
ることを暗黙の前提として説明したが、実際に、何等か
の理由で両センサ34a,34bの焦点位置が互いに異
なっている場合や、基準板FM上の第1基準マーク
M r1,Mr2の光軸方向の位置(高さ)が異なっている場
合等においては、上記と同様の考え方で、フォーカス・
レベリング機構21を介して試料台24をY軸周りに傾
斜させることで、2つのレチクル・アライメントセンサ
34a,34bに第1基準マークMr1,Mr2を同時に合
焦させるようにすれば良い。
イメント・センサとして、34a,34bの2つが設け
られ、両センサ34a、34bの焦点位置が一致してい
ることを暗黙の前提として説明したが、実際に、何等か
の理由で両センサ34a,34bの焦点位置が互いに異
なっている場合や、基準板FM上の第1基準マーク
M r1,Mr2の光軸方向の位置(高さ)が異なっている場
合等においては、上記と同様の考え方で、フォーカス・
レベリング機構21を介して試料台24をY軸周りに傾
斜させることで、2つのレチクル・アライメントセンサ
34a,34bに第1基準マークMr1,Mr2を同時に合
焦させるようにすれば良い。
【0075】また、上記実施形態では、本発明がステッ
プ・アンド・リピート方式の投影露光装置に適用された
場合について説明したが、これに限らず、ステップ・ア
ンド・スキャン方式等の走査型露光装置であっても同様
にオフアクシス方式のマーク検出系を備えたものであれ
ば、本発明は好適に適用できるものである。
プ・アンド・リピート方式の投影露光装置に適用された
場合について説明したが、これに限らず、ステップ・ア
ンド・スキャン方式等の走査型露光装置であっても同様
にオフアクシス方式のマーク検出系を備えたものであれ
ば、本発明は好適に適用できるものである。
【0076】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
発明によれば、基準板取付け作業を簡略化することがで
きるという優れた効果がある。
発明によれば、基準板取付け作業を簡略化することがで
きるという優れた効果がある。
【0077】また、請求項2及び3に記載の発明によれ
ば、上記効果に加え、基準板表面に凹凸があっても、確
実に、第1基準マークに位置検出系を合焦させると同時
に第2基準マークにマーク検出系を合焦させることがで
きるという効果がある。
ば、上記効果に加え、基準板表面に凹凸があっても、確
実に、第1基準マークに位置検出系を合焦させると同時
に第2基準マークにマーク検出系を合焦させることがで
きるという効果がある。
【0078】また、請求項4に記載の発明によれば、上
記各発明の効果に加え、大気圧変動があっても、確実
に、基準板上の第1基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第2基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことができるという効果がある。
記各発明の効果に加え、大気圧変動があっても、確実
に、基準板上の第1基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第2基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことができるという効果がある。
【0079】また、請求項5に記載の発明によれば、上
記各発明の効果に加え、投影光学系への露光光照射の影
響により特に位置検出系の焦点位置が変動しても、確実
に、基準板上の第1基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第2基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことができるという効果がある。
記各発明の効果に加え、投影光学系への露光光照射の影
響により特に位置検出系の焦点位置が変動しても、確実
に、基準板上の第1基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第2基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことができるという効果がある。
【0080】また、請求項6ないし8に記載の発明によ
れば、ベースライン計測精度を向上させることができる
優れた相対位置計測方法(ベースライン計測方法)が提
供される。
れば、ベースライン計測精度を向上させることができる
優れた相対位置計測方法(ベースライン計測方法)が提
供される。
【図1】一実施形態に係る投影露光装置の概略構成を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図2】図1の矢印P方向から見たステージ装置及び投
影光学系近傍の状態を概略的に示す図である。
影光学系近傍の状態を概略的に示す図である。
【図3】第1基準マークがレチクル・アライメント・セ
ンサに対して合焦し、第2基準マークもウエハ・アライ
メント・センサに対して合焦した状態を示す図である。
ンサに対して合焦し、第2基準マークもウエハ・アライ
メント・センサに対して合焦した状態を示す図である。
【図4】ウエハ・アライメント・センサを用いて第2基
準マークに対するウエハ・アライメント・センサの指標
中心の位置ΔWの計測、レチクル・アライメント・セン
サ用いて第1基準マークに対するレチクル・アライメン
ト・マークの位置ΔRを計測する様子を示す図である。
準マークに対するウエハ・アライメント・センサの指標
中心の位置ΔWの計測、レチクル・アライメント・セン
サ用いて第1基準マークに対するレチクル・アライメン
ト・マークの位置ΔRを計測する様子を示す図である。
【図5】従来例を示す説明図である。
10 投影露光装置 18 インテグレータセンサ(光量センサ) 21a,21b 上下動機構(基板駆動系) 22 XYステージ(基板ステージ) 24 試料台(基板テーブル) 32 ウエハ・アライメント・センサ(マーク検出系) 34a,34b レチクル・アライメント・センサ(位
置検出系) 36a 照射光学系(フォーカス検出系の一部) 36b 受光光学系(フォーカス検出系の一部) 38 大気圧センサ 50 主制御装置(ステージ制御系、制御手段、記憶手
段) R レチクル(マスク) PL 投影光学系 W ウエハ(感光基板) Mr1、Mr2、Mr 第1基準マーク Mw 第2基準マーク FM 基準板
置検出系) 36a 照射光学系(フォーカス検出系の一部) 36b 受光光学系(フォーカス検出系の一部) 38 大気圧センサ 50 主制御装置(ステージ制御系、制御手段、記憶手
段) R レチクル(マスク) PL 投影光学系 W ウエハ(感光基板) Mr1、Mr2、Mr 第1基準マーク Mw 第2基準マーク FM 基準板
Claims (8)
- 【請求項1】 マスクに形成されたパターンを投影光学
系を介して感光基板上に投影露光する投影露光装置であ
って、 所定の基準面内を2次元移動可能な基板ステージと;前
記感光基板を保持する基板テーブルと;前記基板ステー
ジ上に搭載され、前記基板テーブルを前記投影光学系の
光軸方向及びこれに直交する面に対して傾斜する方向に
駆動する基板駆動系と;前記基板テーブル上に載置され
るとともに第1基準マークと第2基準マークとが所定の
位置関係で形成された基準板と;前記感光基板及び前記
基準板の光軸方向位置を検出するフォーカス検出系と;
前記基準板上の前記第1基準マークと前記マスクのパタ
ーンの投影位置との相対位置関係を計測する位置検出系
と;前記感光基板上の位置合わせマーク及び前記基準板
上の第2基準マークの位置を検出するためのマーク検出
系と;前記基板ステージの2次元位置を制御するステー
ジ制御系と;前記ステージ制御系を介して前記基板ステ
ージの位置決めを行なうとともに、前記フォーカス検出
系の検出値をモニタしつつ前記基準板上の前記第1基準
マークに前記位置検出系を合焦させると同時に前記第2
基準マークに前記マーク検出系を合焦させるように、前
記基板駆動系を制御する制御手段とを有する投影露光装
置。 - 【請求項2】 前記フォーカス検出系による前記第1基
準マークと前記第2基準マークとの前記光軸方向の位置
の検出結果が予め記憶された記憶手段を更に有し、 前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された検出結果を
用いて、前記マーク検出系の前記第2基準マークに対す
る前記合焦動作と前記位置検出系の前記第1基準マーク
に対する前記合焦動作とを行なうことを特徴とする請求
項1に記載の投影露光装置。 - 【請求項3】 前記制御手段は、前記ステージ制御系を
介して前記基板ステージの位置決めを行なうとともに、
前記フォーカス検出系を用いて前記第1基準マークと前
記第2基準マークとの前記光軸方向の位置をそれぞれ検
出し、この検出結果を用いて前記マーク検出系の前記第
2基準マークに対する前記合焦動作と前記位置検出系の
前記第1基準マークに対する前記合焦動作とを行なうこ
とを特徴とする請求項1に記載の投影露光装置。 - 【請求項4】 大気圧を計測する大気圧センサを更に有
し、 前記制御手段が、大気圧変化をも考慮して前記マーク検
出系の前記第2基準マークに対する前記合焦動作と前記
位置検出系の前記第1基準マークに対する前記合焦動作
とを行なうことを特徴とする請求項1ないし3のいずれ
か一項に記載の投影露光装置。 - 【請求項5】 前記マスク又は投影光学系に対して照射
される露光光の光量を計測する光量センサを更に有し、 前記制御手段は、前記光量センサの計測結果に基づいて
前記投影光学系の露光光照射による照射変動をも考慮し
て前記位置検出系の前記第1基準マークに対する前記合
焦動作を行なうことを特徴とする請求項1ないし4のい
ずれか一項に記載の投影露光装置。 - 【請求項6】 第1基準マークと第2基準マークとが所
定の位置関係で形成された基準板と、前記第1基準マー
クとマスクのパターンの投影位置との相対位置関係を計
測するための位置検出系と、前記パターンが投影光学系
を介して投影露光される感光基板上に設けられた位置合
わせマークの位置を検出するマーク検出系とを備えた露
光装置に用いられる、前記パターンの投影位置と前記マ
ーク検出系との相対位置関係を計測する相対位置計測方
法において、 所定の基準面に対する前記基準板上に設けられた前記第
1基準マークと第2基準マークとの前記投影光学系の光
軸方向位置の差を計測し、 前記マーク検出系のベストフォーカス位置と前記位置検
出系のベストフォーカス位置とをそれぞれ算出し、 前記計測された光軸方向位置の差及び前記算出された各
ベストフォーカス位置とに基づいて前記基準板上の前記
第1基準マークを前記位置検出系に合焦させると同時に
前記第2基準マークをマーク検出系に合焦させた状態
で、前記位置検出系により前記第1基準マークと前記マ
スクのパターンの投影位置との相対位置関係を検出する
とともに前記マーク検出系の検出中心と前記第2基準マ
ークとの位置ずれを検出し、これらの検出結果と前記両
基準マークの既知の位置関係とに基づいて前記パターン
の投影位置とマーク検出系との相対位置関係を計測する
ことを特徴とする相対位置計測方法。 - 【請求項7】 前記マーク検出系のベストフォーカス位
置と前記位置検出系のベストフォーカス位置の算出は、
少なくとも大気圧変化を考慮して行われることを特徴と
する請求項6に記載の相対位置計測方法。 - 【請求項8】 前記位置検出系のベストフォーカス位置
の算出は、前記投影光学系の照射変動を考慮して行われ
ることを特徴とする請求項7に記載の相対位置計測方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9095284A JPH10275768A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 投影露光装置及び相対位置計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9095284A JPH10275768A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 投影露光装置及び相対位置計測方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10275768A true JPH10275768A (ja) | 1998-10-13 |
Family
ID=14133487
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9095284A Pending JPH10275768A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 投影露光装置及び相対位置計測方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10275768A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999039374A1 (fr) * | 1998-01-29 | 1999-08-05 | Nikon Corporation | Procede d'exposition et dispositif associe |
JP2012227551A (ja) * | 2012-08-03 | 2012-11-15 | Nikon Corp | マーク検出方法及び装置、位置制御方法及び装置、露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 |
-
1997
- 1997-03-28 JP JP9095284A patent/JPH10275768A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999039374A1 (fr) * | 1998-01-29 | 1999-08-05 | Nikon Corporation | Procede d'exposition et dispositif associe |
US6813000B1 (en) | 1998-01-29 | 2004-11-02 | Nikon Corporation | Exposure method and apparatus |
JP2012227551A (ja) * | 2012-08-03 | 2012-11-15 | Nikon Corp | マーク検出方法及び装置、位置制御方法及び装置、露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 |
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