KR100391345B1 - Exposure method and stepper - Google Patents
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Abstract
[목적] 투영광학계의 결상특성을 조정하면 투영광학계의 결상면은 변동하며, AF 센서는, 상기 변동한 결상면에 맞춰지도록 기판의 표면을 이동하게 한다. 이로 인해, AF 센서 동작 후에, 오프 엑시스의 얼라인먼트 센서의 초점합치면에 기판표면이 맞춰지지 않게 되고, 얼라인먼트 센서의 검출정밀도가 저하된다. 본 발명은, 검출정밀도 저하의 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.[Objective] Adjusting the imaging characteristics of the projection optical system causes the imaging surface of the projection optical system to fluctuate, and the AF sensor causes the surface of the substrate to move so as to conform to the varied imaging surface. For this reason, after AF sensor operation, a board | substrate surface will not be matched with the focus mating surface of the off-axis alignment sensor, and the detection precision of an alignment sensor will fall. An object of the present invention is to solve the problem of lowering detection accuracy.
[구성] 투영광학계의 결상특성을 조정한 후, 기판표면을 얼라인먼트계의 초점합치면에 위치시킨다. 다음에 노광위치에서 기판표면을 투영광하계의 결상면에 위치시킨다.[Configuration] After adjusting the imaging characteristics of the projection optical system, the substrate surface is placed on the focal mating surface of the alignment system. Next, at the exposure position, the substrate surface is placed on the imaging surface of the projection light system.
Description
본 발명은 노광방법 및 반도체 웨이퍼나 액정표시 소자용 플레이트 등의 디바이스를 제조하는 공정에서 감광 기판을 얼라인먼트하기 위하여, 기판상에 형성된 얼라인먼트 마크의 위치를 오프 축(off axis)의 얼라인먼트계에 의해 검출하는 기능을 구비한 스테퍼의 개량에 관한 것이다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention detects the position of an alignment mark formed on a substrate by means of an off axis alignment system in order to align the photosensitive substrate in an exposure method and a process for manufacturing a device such as a semiconductor wafer or a plate for a liquid crystal display device. It is related with the improvement of the stepper provided with the function to do.
반도체 소자, 액정 표시 소자 등의 디바이스를 제조하는 공정에서는 포토리소그래피 공정이 중요한 위치를 차지한다. 포토리소그래피 공정에서는, 포토 마스크 또는 레티클(본 명세서에서는 양자를 간단히 「레티클」이라 총칭하기로 한다)에 그려진 패턴을 감광 기판의 각 쇼트영역에 순차적으로 투영 노광한다. 감광 기판이란, 예를들어 웨이퍼, 유리 플레이트 등의 기판 위에 감광제가 도포된 것을 말한다. 이때 순차적 투영 노광장치(스테퍼)가 사용된다.In the process of manufacturing devices such as semiconductor elements and liquid crystal display elements, the photolithography process occupies an important position. In the photolithography step, a pattern drawn on a photo mask or a reticle (herein, simply referred to simply as a "reticle") is sequentially exposed to each shot region of the photosensitive substrate. The photosensitive substrate means, for example, that a photosensitive agent is applied onto a substrate such as a wafer or a glass plate. At this time, a sequential projection exposure apparatus (stepper) is used.
스테퍼는, 투영광학계를 가짐과 동시에, 각 쇼트영역에서, 투영광학계의 결상면에 감광 기판의 표면을 위치시키는 오토 포커스부를 가진다.The stepper has a projection optical system and has an autofocus section for positioning the surface of the photosensitive substrate in the imaging surface of the projection optical system in each shot region.
오토 포커스부는, 소정의 위치, 예컨대 결상면의 위치에 감광 기판을 위치시키는 장치이다. 감광 기판은 이동 스테이지(이하 간단히 「스테이지」라 약칭하기로 한다) 상에 놓여진다. 스테이지는 구동기구를 가지며, 이것을 통해 상하방향(Z축 방향 즉 광축방향) 및, XY방향(Z축에 수직인 평면방향)으로 이동할 수가 있다. 이렇게 함으로써 감광 기판을 자유롭게 이동시킬 수 있다. 감광 기판의 표면은 기판두께의 편차(기판간 및 쇼트영역간에서의 편차) 및 기판의 휨에 의해 고르지 못하다. 따라서, 스테이지의 위치를 아는 것만으로는 감광 기판의 표면이 결상면에 있는지 아닌지의 여부를 판단할 수 없다.The autofocus unit is a device for positioning the photosensitive substrate at a predetermined position, for example, at an image plane. The photosensitive substrate is placed on a moving stage (hereinafter simply abbreviated as "stage"). The stage has a drive mechanism, which can move in the vertical direction (the Z-axis direction, that is, the optical axis direction) and the XY direction (the plane direction perpendicular to the Z axis). In this way, the photosensitive substrate can be moved freely. The surface of the photosensitive substrate is uneven due to the variation in the thickness of the substrate (the variation between the substrate and the short region) and the warpage of the substrate. Therefore, just knowing the position of the stage cannot determine whether or not the surface of the photosensitive substrate is on an image forming surface.
그리하여, 감광 기판에 인접하여 기준부재를 스테이지 위에 올려놓는다. 기준부재의 표면과 감광 기판의 표면은 거의 동일한 수평면내(상기한 바와같이, 편차가 존재하므로 정확히 동일하다고는 할 수 없다)에 있다. 특별한 장치를 사용하여, 기준부재의 표면을 투영광학계의 결상면 또는 얼라인먼트계의 초점합치면에 위치시킨다. 그런 다음, 그 위치에서 오토 포커스부의 포커스 신호가 제로 크로스점(예를들면 결상면의 위치에 상당함)에 오도록 교정해 둔다. 그렇게 하면, 오토 포커스부는, 감광 기판의 표면이 어느 위치에 있을 때, 포커스 신호가 제로 크로스점에 오는지를 검지할 수 있다. 포커스 신호를 피드백하여 신호가 제로 크로스점에 오도록 스테이지를 상하이동시킴으로써, 소정의 위치(예를들어 결상면의 위치에 상당함)에 감광 기판의 표면을 위치시킬 수 있게 된다는 뜻이다. 오토 포커스부는 고정되어 있으며 투영광학계의 바로 밑에서만 기능한다.Thus, the reference member is placed on the stage adjacent to the photosensitive substrate. The surface of the reference member and the surface of the photosensitive substrate are in substantially the same horizontal plane (as described above, they are not exactly the same because there is a deviation). Using a special device, the surface of the reference member is positioned on the imaging plane of the projection optical system or the focal mating plane of the alignment system. Then, at that position, the autofocus is corrected so that the focus signal of the autofocus portion is at the zero cross point (e.g., corresponds to the position of the imaging surface). In this way, the autofocus unit can detect which position the surface of the photosensitive substrate is at when the focus signal comes to the zero cross point. This means that the surface of the photosensitive substrate can be positioned at a predetermined position (for example, the position of the image plane) by feeding the focus signal and moving the stage so that the signal is at the zero cross point. The autofocus is fixed and functions only under the projection optics.
최근, 집적도가 보다 높은 디바이스를 제조하기 위하여, 노광광으로서 보다 짧은 파장의 광, 예를들어, KrF 엑시머 레이저 광(파장 λ= 248.5nm)을 사용할 것이 제안되었다. 그런데, 감광 기판의 얼라인먼트(레티클과 감광 기판과의 상대 위치맞춤)를 수행하는 방식으로 TTL(Through the lens)방식이 있는데, 이때 얼라인먼트 광으로서 노광광원으로부터의 광을 이용하는 것과, 그 노광광의 파장에 가까운 다른 파장광을 이용하는 것이 있다. 그러나, KrF 엑시머 레이저 광을 이용한 스테퍼의 경우, 적당한 얼라인먼트 광원이 존재하지 않는다. 그렇다고 하여 노광광과얼라인먼트광의 파장이 크게 다르게 되면, 색수차라는 점에 있어서, 투영광학계 및 TTL 방식의 얼라인먼트 광학계를 제조하는 것은 사실상 불가능하다.Recently, in order to manufacture devices with higher integration, it has been proposed to use shorter wavelengths of light, for example KrF excimer laser light (wavelength lambda = 248.5 nm), as exposure light. By the way, there is a TTL (Through the Lens) method of performing alignment of the photosensitive substrate (relative alignment between the reticle and the photosensitive substrate), in which the light from the exposure light source is used as the alignment light and the wavelength of the exposure light. There is another near wavelength light. However, in the case of steppers using KrF excimer laser light, there is no suitable alignment light source. However, when the wavelengths of the exposure light and the alignment light differ greatly, it is virtually impossible to manufacture the projection optical system and the alignment optical system of the TTL system in terms of chromatic aberration.
노광광원으로부터의 광을 사용하여 얼라인먼트하는 것은, 쇼트영역의 감광제가 노광되어 버리는 결점이 있다. 가령 노광을 방지할 수 있더라도, 엑시머 레이저 광원은 펄스 광원으로서 펄스마다 출력의 편차가 크기 때문에, 얼라인먼트 정밀도가 낮다는 결점이 있다. 이상과 같은 이유로 인해, 원 자외선과 같은 짧은 파장의 광원을 이용한 스테퍼에서는, TTL 방식이 아닌 오프 축 방식의 얼라인먼트계가 제안되었다.Alignment using the light from an exposure light source has the drawback that the photosensitive agent of a shot area will be exposed. Even if exposure can be prevented, for example, the excimer laser light source is a pulsed light source, and thus there is a disadvantage that the alignment accuracy is low because the variation of the output for each pulse is large. For the above reasons, in the stepper using a short wavelength light source such as far ultraviolet rays, an off-axis alignment system other than the TTL method has been proposed.
오프 축 방식의 얼라인먼트계는, 현미경과 같은 것으로서 투영광학계에 인접하여 설치된다.The off-axis alignment system is a microscope and is provided adjacent to the projection optical system.
오프 축 방식의 대표 예로서, 특개소 61-44429 호의 인헨스드 글로벌 얼라인먼트(enhanced global alignment; 이하, 「EGA」라 함) 방식을 사용한 노광 공정을 설명하기로 한다. 상기 공정은 다음과 같은 공정으로 이루어진다.As a representative example of the off-axis method, an exposure process using the enhanced global alignment (hereinafter, referred to as "EGA") method of Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429 will be described. The process consists of the following processes.
제 1공정 : 감광 기판을 XY스테이지에 올려놓고, 감광 기판의 중심이 투영광학계의 바로 밑에 오도록 XY스테이지를 이동시킨다. XY스테이지는 XY기본좌표계를 바탕으로 이동한다.First step: The photosensitive substrate is placed on the XY stage, and the XY stage is moved so that the center of the photosensitive substrate is directly under the projection optical system. The XY stage moves based on the XY basic coordinate system.
제 2공정 : 오토 포커스부를 사용하여, 감광 기판의 표면을 투영광학계의 결상면에 위치시킨다.Second step: The surface of the photosensitive substrate is positioned on the image forming surface of the projection optical system using the auto focus unit.
제 3공정 : XY스테이지를 광축과 수직인 면내에서 이동시키고, 감광 기판상의 얼라인먼트 마크가 얼라인먼트계의 바로 밑에 오도록 XY스테이지를 이동시킨다.Third step: The XY stage is moved in a plane perpendicular to the optical axis, and the XY stage is moved so that the alignment mark on the photosensitive substrate is directly below the alignment system.
제 4공정 : 얼라인먼트계에 의해 얼라인먼트 마크의 위치(XY기본좌표상의 위치)를 검출한다.Fourth Step: The alignment system detects the position of the alignment mark (the position on the XY basic coordinates).
제 5공정 : 다수의 얼라인먼트 마크에 대해 제 3, 제 4공정을 반복한다. 이렇게 함으로써, 감광 기판상의 상기 복수의 얼라인먼트 마크에 대응하는 쇼트영역의 위치를 구하고, 이들 위치에 근거하여 다른 쇼트영역 각각의, XY기본좌표계상의 위치를 계산하여 예측한다. 당연히, 마크와 각 쇼트 영역과의 위치관계(XY기본좌표계상의 위치)는, 패턴의 설계 데이터에 근거하여 미리 기억되어 있다.5th process: The 3rd, 4th process is repeated about many alignment marks. In this way, the positions of the shot regions corresponding to the plurality of alignment marks on the photosensitive substrate are obtained, and the positions on the XY basic coordinate systems of each of the other shot regions are calculated and predicted based on these positions. As a matter of course, the positional relationship (position on the XY basic coordinate system) between the mark and each shot area is stored in advance based on the design data of the pattern.
제 6공정 : 예측에 따라 XY스테이지를 이동시킴으로써, 소정의 쇼트영역을 투영광학계의 바로 밑으로 오게 한다.Sixth Step: By moving the XY stage according to the prediction, a predetermined shot area is brought directly under the projection optical system.
제 7공정 : 오토 포커스부를 사용하여, 감광 기판의 표면을 투영광학 계의 결상면에 위치시킨다. 이와같이 하는 이유는, 제 2공정에서는 감광 기판 중심의 표면을 결상면에 위치하게 한 것에 불과하고, 소정의 쇼트영역에 대해서는 아직 결상면에 위치하도록 한 것은 아니기 때문이다.Seventh step: The surface of the photosensitive substrate is placed on the image forming surface of the projection optical system using the auto focus unit. This is because in the second step, only the surface of the photosensitive substrate center is positioned on the imaging surface, and the predetermined shot region is not yet located on the imaging surface.
제 8공정 : 레티클 패턴을 감광 기판에 투영 노광한다.Eighth step: The reticle pattern is projected and exposed on the photosensitive substrate.
이상의 공정 중에서, 마크 위치를 검색하고, 마크 위치에 근거하여 레티클이나 기판을 소정의 위치로 이동시키는 것을 얼라인먼트라고 한다.In the above process, the mark position is searched and moving a reticle or a board | substrate to a predetermined position based on a mark position is called alignment.
그런데, 디바이스 제조 공정에서는, 포토리소그래피를 위한 노광 공정이 몇번이나 등장한다. 대부분의 경우 그때마다 투영하는 패턴은 서로 다르다. 이때 투영된 패턴 이미지는, 기판상에서 이전의 패턴 이미지와 소정의 위치관계에 있지 않으면 안된다. 레티클과 기판을 소정의 위치관계에 있도록 하는 것을 「중첩」이라하며, 그 정도를 「중첩 정밀도」라 한다. 아무튼, 이후의 노광 공정에서 투영광학계의 투영배율(축소배율)이나 비틀림 등 결상특성의 조정을 행할 경우가 많다. 결상 특성을 조정하는 방법으로는, 소정의 결상특성으로 조정하는 방법과, 감광 기판의 쇼트영역의 형상에 맞춘 결상특성으로 조정하는, 두가지 방법이 있다. 전자는 일정한 시간마다 또는 소정 매수의 감광 기판을 처리할 때마다 결상특성을 조정하며, 후자는 감광 기판마다 쇼트영역의 형상을 계측하여 이 형상에 맞게 결상특성을 조정한다. 또한 후자의 방법은 감광 기판이 열처리나 이온주입 등의 처리 공정에서 종종 신축이나 왜곡을 일으킬 경우가 있다. 그렇게 되면 동일한 축소배율이나 비틀림으로는, 패턴 이미지 전역에서 패턴 이미지를 중첩시킬 수 없게 된다. 감광 기판의 처리 단위인 로트(lot)마다 쇼트영역의 형상이 변화할 경우에는 로트의 선두의 감광 기판에서만 결상특성을 조정해도 된다.By the way, in the device manufacturing process, the exposure process for photolithography appears many times. In most cases, the patterns projected each time are different. At this time, the projected pattern image must be in a predetermined positional relationship with the previous pattern image on the substrate. It is called "nesting" that the reticle and the substrate are in a predetermined positional relationship, and the extent thereof is called "nesting precision". In any case, in subsequent exposure steps, imaging characteristics such as projection magnification (reduced magnification) and distortion of the projection optical system are often adjusted. There are two methods for adjusting the imaging characteristic, a method of adjusting to a predetermined imaging characteristic, and an image adjusting characteristic according to the shape of the shot region of the photosensitive substrate. The former adjusts the imaging characteristic every fixed time or whenever a predetermined number of photosensitive substrates are processed, and the latter measures the shape of the shot region for each photosensitive substrate and adjusts the imaging characteristic accordingly. In the latter method, the photosensitive substrate is often stretched or distorted in processing such as heat treatment or ion implantation. Then, at the same reduction factor or distortion, the pattern image cannot be superimposed over the pattern image. When the shape of the shot region changes for each lot of processing units of the photosensitive substrate, the imaging characteristics may be adjusted only at the photosensitive substrate at the head of the lot.
이와같이 결상특성을 조정하면, 투영광학계의 결상면은 광축방향(Z방향)으로 변위한다. 따라서, 결상특성의 조정량과 결상면의 변위량을 미리 구하여, 양자의 대응표(테이블)가 작성된다. 조정후 노광을 행할 경우에는 대응표에 따라 변위한 결상면의 위치를 예측하고 그곳에 감광 기판을 맞춘다. 그 이유는, 결상특성을 조정할 때마다 기준부재를 사용하여 결상면의 정확한 위치를 검출하면, 시간이 걸리는 데다가 투영노광장치의 생산성(throughput)이 저하하기 때문이다.When the imaging characteristic is adjusted in this way, the imaging surface of the projection optical system is displaced in the optical axis direction (Z direction). Therefore, the correspondence table (table) of both is calculated | required in advance by calculating the adjustment amount of an imaging characteristic, and the displacement amount of an imaging surface. When performing exposure after adjustment, the position of the imaging surface displaced according to the correspondence table is predicted, and a photosensitive board | substrate is adjusted to it. The reason for this is that if the correct position of the imaging surface is detected by using the reference member every time the imaging characteristic is adjusted, it takes time and the productivity of the projection exposure apparatus decreases.
〈 발명이 해결하려는 과제 〉〈Problem to be solved by invention〉
디바이스가 다루는 정보량을 늘리기 위하여, 보다 미세한 패턴이 요구된다. 그러나, 종래의 스테퍼로 보다 미세한 패턴 이미지를 중첩시킨 경우에, 디바이스의양품률(yeild)이 낮다는 문제점이 발견되었다. 중첩 정밀도가 낮다는 것이 주 원인이라 추측된다.In order to increase the amount of information handled by the device, finer patterns are required. However, when a finer pattern image is superimposed with a conventional stepper, a problem has been found that the yield of the device is low. Low nesting precision is presumably the main cause.
〈 과제를 해결하기 위한 수단 〉〈Means for solving the problem〉
본 발명자는 이러한 문제점의 원인에 대해 예의 연구하였다. 투영광학계의 결상특성을 조정한 경우, 투영광학계의 결상면은 광축방향으로 이동하여, 얼라인먼트계의 초점합치면으로부터 어긋나게 된다. 따라서, 얼라인먼트계의 초점심도가 깊다고는 하지만, 이미 상당한 디포커스 상태가 되고 만다. 즉, 검출 정밀도가 저하된다. 디포커스 상태에서 마크를 검출하면, 검출신호의 출력이 저하된다. 특히, 신호를 출력하기 힘든 마크인 경우, 그 저하는 현저하다. 이것은 검출 정밀도의 저하를 가져온다(제 1원인). 또한, 디포커스 상태에서 마크를 검출하면, 얼라인먼트계의 텔레센트릭 오차(광축의 기울기)에 의해 검출 정밀도가 저하된다(제 2원인). 그래도 종래에는 엄밀히 말해 얼라이먼트는 부정확하고, 중첩 정밀도가 낮았음에도 불구하고, 그다지 패턴이 미세하지 않았기 때문에, 양품률은 높았다. 그렇지만 패턴이 보다 미세해지면, 낮은 중첩 정밀도는 제조된 디바이스를 불량품이 되게 하여 양품률을 저하시킨다. 오프 축 방식의 얼라이먼트계를 구비한 스테퍼에 관하여 더욱 연구를 진척시킨 결과, 마크의 검출 정밀도를 높이는 발명(본 발명)을 이룩하였다.The present inventors earnestly studied the cause of this problem. When the imaging characteristic of the projection optical system is adjusted, the imaging surface of the projection optical system moves in the optical axis direction and is shifted from the focal coincidence surface of the alignment system. Therefore, although the depth of focus of the alignment system is deep, it is already in a significant defocused state. That is, detection accuracy falls. When the mark is detected in the defocus state, the output of the detection signal is lowered. In particular, in the case of a mark difficult to output a signal, the decrease is remarkable. This leads to a decrease in detection accuracy (first cause). When the mark is detected in the defocused state, the detection accuracy is lowered due to the telecentric error (tilt of the optical axis) of the alignment system (second cause). Nevertheless, in the past, the alignment was inaccurate and the yield was high because the pattern was not very fine although the alignment accuracy was low. However, when the pattern becomes finer, the low overlapping accuracy causes the manufactured device to be defective and lower the yield. As a result of further research on the stepper provided with the off-axis alignment system, the invention (invention) which raises the detection precision of a mark was achieved.
다시말해 본 발명은, 상기한 두개의 원인에 기인하는 문제점을 각각 해결하기 위하여 다음의 두가지 노광방법과 두개의 스테퍼를 제공하다. 제 1원인으로 인한 문제점을 해결하는 제 1노광방법(청구항 1)은, 다음의 제 1공정 내지 제 6공정으로 이루어진다.In other words, the present invention provides the following two exposure methods and two steppers to solve the problems caused by the above two causes, respectively. The first exposure method (claim 1) which solves the problem caused by the first cause consists of the following first to sixth steps.
제 1공정 : 레티클 패턴을 감광 기판에 투영하는 투영광학계의 결상특성이 소정의 결상특성이 되도록 투영광학계를 조정한다.First step: The projection optical system is adjusted so that the imaging characteristic of the projection optical system for projecting the reticle pattern onto the photosensitive substrate becomes a predetermined imaging characteristic.
제 2공정 : 기판의 표면을 오프 축의 얼라인먼트계의 초점합치면에 위치시킨다.Second step: The surface of the substrate is placed on the focal mating surface of the off-axis alignment system.
제 3공정 : 기판을 올려놓은 이동 스테이지를 투영광학계의 광축에 수직인 면내에서 이동시킴으로써 얼라인먼트계의 마크 검출 위치에 기판상의 얼라이먼트 마크를 위치시키고, 그곳에서 마크 위치를 검출한다.Third step: By moving the moving stage on which the substrate is placed in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system, the alignment mark on the substrate is positioned at the mark detection position of the alignment system, and the mark position is detected there.
제 4공정 : 상기 검출값에 근거하여 이동 스테이지를 투영광학계의 광축과 수직인 면내에서 이동시킴으로써, 기판의 소정 쇼트영역을 투영광학계의 바로 밑으로 이동시킨다.Fourth step: The predetermined shot area of the substrate is moved directly under the projection optical system by moving the moving stage in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system based on the detected value.
제 5공정 : 소정 쇼트영역의 표면을 투영광학계의 결상면에 위치시킨다.Fifth Step: The surface of the predetermined shot region is placed on an image plane of the projection optical system.
제 6공정 : 패턴을 상기 기판상에 투영 노광한다.Sixth Step: The pattern is projected and exposed on the substrate.
제 1스테퍼(청구항 2)는, 제 1의 노광방법에 사용되는 것이다. 이것은, 레티클 패턴을 감광 기판에 투영하는 투영광학계와, 기판을 올려놓으며 상기 투영광학계의 광축에 수직인 면내에서 이동가능한 이동 스테이지와, 투영광학계에 인접하여 설치되며, 기판의 얼라인먼트 마크의 마크위치를 검출하는 오프 축의 얼라인먼트계를 가지며, 기판상에 형성된 위치맞춤용 마크의 위치를 얼라인먼트계에 의해 검출하고, 얼라인먼트계에서 검출한 마크의 위치에 근거하여 이동 스테이지를 이동하여 노광을 수행하는 스테퍼로서, 소정의 위치에 기판의 표면이 위치하도록 기판을 투영광학계의 광축방향으로 이동시키는 오토 포커스부와, 기판상에서의 패턴의 투영 이미지를 소정의 상태로 조정하는 결상특성 조정부와, 조정부의 조정량에 따라 투영광학계의 결상면과 얼라인먼트계의 초점합치면과의 차이분(△Z)을 출력하는 연산부와, 차이분(△Z)에 근거하여 초점합치면에 기판의 표면이 위치하도록 오토 포커스부를 조정하는 제어부를 구비한다.The first stepper (claim 2) is used for the first exposure method. This is provided with a projection optical system for projecting a reticle pattern onto a photosensitive substrate, a moving stage on which the substrate is placed and movable in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system, and adjacent to the projection optical system, where the mark position of the alignment mark of the substrate is adjusted. A stepper having an alignment system of an off axis to be detected, the alignment system detecting the position of the alignment mark formed on the substrate, and performing exposure by moving the moving stage based on the position of the mark detected by the alignment system. According to the adjustment amount of the autofocus part which moves a board | substrate to the optical axis direction of a projection optical system so that the surface of a board | substrate may be located in a predetermined position, the imaging characteristic adjustment part which adjusts the projection image of a pattern on a board | substrate to a predetermined state Outputs the difference (ΔZ) between the image plane of the projection optical system and the focus plane of the alignment system. The calculating part and the control part adjust the auto focus part so that the surface of a board | substrate is located in a focus matching surface based on difference (DELTA) Z.
제 2의 원인으로 인한 문제점을 해결하기 위하여 제 2의 노광방법(청구항 3)은 다음 제 1∼제 6공정으로 이루어진다.In order to solve the problem caused by the second cause, the second exposure method (claim 3) comprises the following first to sixth steps.
제 1공정 : 레티클 패턴을 감광 기판에 투영하는 투영광학계의 결상 특성이 소정의 결상특성에 되도록 투영광학계를 조정한다.First step: The projection optical system is adjusted so that the imaging characteristic of the projection optical system for projecting the reticle pattern onto the photosensitive substrate becomes a predetermined imaging characteristic.
제 2공정 : 기판의 표면을 투영광학계의 결상면에 위치시킨다.Second step: The surface of the substrate is placed on the image plane of the projection optical system.
제 3공정 : 기판을 올려놓은 이동 스테이지를 투영광학계의 광축과 수직인 면내에서 이동시킴으로써, 오프 축의 얼라인먼트계의 마크 검출 위치로 기판상의 마크를 위치시키고, 그곳에서 마크 위치를 검출한다.Third step: By moving the moving stage on which the substrate is placed in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system, the mark on the substrate is positioned at the mark detection position of the alignment system on the off axis, and the mark position is detected there.
제 4공정 : 투영광학계의 결상면과 얼라인먼트계의 초점합치면과의 광축방향의 위치의 차이분(△Z)에 근거하여, 검출된 마크 위치의 어긋남량(△X)을 계산한다.Fourth step: The shift amount ΔX of the detected mark position is calculated based on the difference ΔZ of the position in the optical axis direction between the imaging plane of the projection optical system and the focal mating plane of the alignment system.
제 5공정 : 상기 어긋남량(△X)을 제 3공정에서 검출한 검출값에 가산함으로써, 검출값을 보정하며, 보정한 검출값에 따라 이동 스테이지를 이동시킴으로써, 기판의 소정 쇼트영역을 투영광학계의 바로 밑으로 이동시킨다.Fifth Step: The detection value is corrected by adding the shift amount DELTA X to the detection value detected in the third step, and the moving stage is moved in accordance with the corrected detection value, thereby moving the predetermined shot area of the substrate to the projection optical system. Move it underneath.
제 6공정 : 패턴을 기판상에 투영 노광한다.Sixth Step: The pattern is projected and exposed on a substrate.
제 2 스테퍼(청구항 5)는, 제 2의 노광방법에 사용되는 것이다.The second stepper (claim 5) is used for the second exposure method.
이것은, 레티클 패턴을 감광 기판에 투영하는 투영광학계와, 기판을 올려놓으며 투영광학계의 광축에 수직인 면내에서 이동가능한 이동 스테이지와, 투영광학계에 인접하여 설치되며, 기판의 얼라인먼트 마크의 마크 위치를 검출하는 오프 축의 얼라인먼트계를 가지며, 기판상에 형성된 위치맞춤용 마크의 위치를 얼라인먼트계에 의해 검출하고, 얼라인먼트계에서 검출한 마크 위치에 근거하여 이동 스테이지를 이동시켜 노광을 행하는 스테퍼로서, 투영광학계의 결상면에 기판의 표면이 위치하도록, 기판을 투영광학계의 광축방향으로 이동시키는 오토 포커스부와, 기판에 투영되며 패턴의 이미지를 소정의 상태로 조정하는 결상특성 조정부와, 조정후의 결상면과 얼라인먼트 계의 초점합치면과의 위치의 차이분(△Z)을 출력하는 연산부와, 차이분(△Z)에 따라 마크 위치의 어긋남량(△X)을 계산하여, 이 어긋남량(△X)에 따라 마크 위치의 검출값을 보정하는 보정부를 구비한다.This includes a projection optical system for projecting a reticle pattern onto the photosensitive substrate, a moving stage on which the substrate is placed and movable in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system, and adjacent to the projection optical system, to detect the mark position of the alignment mark on the substrate. A stepper which has an off-axis alignment system and detects the position of the alignment mark formed on the substrate by the alignment system, and performs exposure by moving the moving stage based on the mark position detected by the alignment system. An autofocus unit for moving the substrate in the optical axis direction of the projection optical system so that the surface of the substrate is positioned on the image forming surface, an imaging characteristic adjusting unit projecting onto the substrate and adjusting the image of the pattern to a predetermined state, and an image forming surface after alignment An arithmetic unit for outputting the difference (ΔZ) of the position with respect to the focal sum surface of the system; According to Z) to calculate the displacement amount (△ X) of mark location, and a correction unit for correcting the detection value of the mark position according to the displacement amount (△ X).
〈 작 용 〉< Action >
청구항 1, 2의 발명에 있어서, 결상특성을 조정한 경우에(이로써 투영 광학계의 결상면은 변화한다), 그대로 마크 위치를 검출하는 게 아니라 얼라인먼트 센서의 초점합치면에 마크를 위치시킨 후 검출한다. 따라서 마크 위치를 정확히 검출하여 얼라인먼트 할 수 있다. 그런 다음, 기판의 표면을 투영광학계의 결상면에 이동시켜 노광을 행한다.In the invention of Claims 1 and 2, in the case where the imaging characteristic is adjusted (the imaging plane of the projection optical system changes), the mark is not detected as it is, but after the mark is placed on the focal mating surface of the alignment sensor. Therefore, the mark position can be accurately detected and aligned. Then, the surface of the substrate is moved to the image forming surface of the projection optical system to perform exposure.
청구항 3, 5의 발명에 있어서는, 결상특성을 조정한 경우(이로써 투영 광학계의 결상면은 변화하지만 그 위치에 기판의 표면을 위치시킨다), 그대로 마크 위치를 검출하고, 그 후에 검출값을 보정한다. 따라서, 마크 위치를 정확하게 검출하여 얼라인먼트 할 수 있다. 그런다음, 기판을 노광위치로 이동시키고, 그 후에 노광을 행한다.In the inventions of Claims 3 and 5, when the imaging characteristic is adjusted (the imaging surface of the projection optical system changes, but the surface of the substrate is positioned at that position), the mark position is detected as it is, and then the detected value is corrected. . Therefore, the mark position can be accurately detected and aligned. Then, the substrate is moved to the exposure position, and then exposure is performed.
(실시예 1)(Example 1)
이하, 제 1스테퍼의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the first stepper will be described with reference to the drawings.
제 1도는 본 실시예의 스테퍼의 구성을 개략적으로 도시한다. 초고압의 수은 램프(1)로부터 발생된 노광광(IL1)은 타원경(2)으로 반사되어 그 제 2초점에서 한번 집광된 후, 조명광학계(3)로 입사된다. 조명광학계(3)는, 콜리메이트렌즈, 간섭필터, 광학 적분기(플라이 아이 렌즈) 및 개구조리개(σ조리개)등을 포함한다. 타원경(2)의 제 2초점 근방에는 모터(5)에 의해 노광광(IL1)의 광로를 폐쇄 및 개방하는 셔터(예를들어 날개가 4장인 로터리 셔터)(4)가 배치되어 있다. 또한, 노광광(IL1)으로서는, 수은 램프(1) 등 휘선(i 선 등) 외에, KrF 엑시머 레이저 혹은 ArF 엑시머 레이저 등의 레이저 광, 또는 금속증기 레이저나 YAG 레이저의 고주파 등을 사용해도 된다. 이러한 노광광(IL1)은 당연히 감광제를 감광시키는 파장을 갖는다.1 schematically shows the configuration of the stepper of this embodiment. The exposure light IL1 generated from the ultra-high pressure mercury lamp 1 is reflected by the ellipsoidal mirror 2 and collected once at its second focus, and then enters the illumination optical system 3. The illumination optical system 3 includes a collimated lens, an interference filter, an optical integrator (fly eye lens), an aperture stop (σ aperture), and the like. In the vicinity of the second focal point of the ellipsoidal mirror 2, a shutter (for example, a rotary shutter having four blades) 4 is disposed by the motor 5 to close and open the optical path of the exposure light IL1. As the exposure light IL1, in addition to the bright lines (such as the i-line) such as the mercury lamp 1, laser light such as a KrF excimer laser or an ArF excimer laser, or a high frequency of a metal vapor laser or a YAG laser may be used. Naturally, such exposure light IL1 has a wavelength for exposing the photosensitive agent.
조명광학계(3)로부터 출사된 노광광(IL1)은, 제 1 릴레이 렌즈(7), 가변 시야 조리개(레티클 블라인드)(8) 및 제 2릴레이 렌즈(9)를 통과하여 미러(10)에 이르고, 여기서 거의 수직으로 아래쪽으로 반사된 후, 메인 콘덴서 렌즈(11)를 통해 레티클(R)의 패턴 영역(PA)을 거의 균일한 조도로 조명한다. 레티클 블라인드(8)의 배열면은 레티클(R)의 패턴 형성면과 켤레관계(결상관계)에 있다.The exposure light IL1 emitted from the illumination optical system 3 passes through the first relay lens 7, the variable field of view aperture (reticle blind) 8, and the second relay lens 9 to reach the mirror 10. Here, after being reflected almost vertically downward, the pattern region PA of the reticle R is illuminated through the main condenser lens 11 with almost uniform illuminance. The arrangement surface of the reticle blind 8 is in a conjugate relationship (image forming relationship) with the pattern formation surface of the reticle R. As shown in FIG.
레티클(R)은 모터(15)에 의해 투영광학계(16)의 광축방향(Z 방향)으로 이동가능하며, 동시에 광축에 수직인 면내에서 XY방향으로 이동 및 회전이 가능한 레티클 스테이지(12)에 놓여져 있다. 레티클 스테이지(12)의 단부에는 레이저 광 간섭 측장기(간섭계)(13)로부터의 레이저 빔을 반사하는 이동경(13m)이 고정되어 있다. 레티클 스테이지(12)의 XY 방향의 위치는 상기 간섭계(13)에 의해, 예를들어 0.01㎛ 정도의 분해능으로 항상 검출된다. 레티클(R) 위에는 레티클 얼라인먼트계(도시하지 않음)가 배치되며, 상기 레티클 얼라인먼크계는, 레티클(R)의 외주부근에 형성된 2조의 레티클 얼라인먼트 마크를 검출한다. 레티클 얼라인먼크계로부터의 검출 신호에 근거하여 레티클 스테이지(12)를 이동시킴으로써, 레티클(R)은 패턴 영역(PA)의 중심점이 광축(AX)과 일치하도록 위치가 결정된다.The reticle R is movable on the optical axis direction (Z direction) of the projection optical system 16 by the motor 15, and at the same time is placed on the reticle stage 12 which can be moved and rotated in the XY direction in the plane perpendicular to the optical axis. have. At the end of the reticle stage 12, a moving mirror 13m for reflecting the laser beam from the laser light interference measuring device (interferometer) 13 is fixed. The position in the XY direction of the reticle stage 12 is always detected by the interferometer 13 at a resolution of, for example, about 0.01 μm. A reticle alignment system (not shown) is disposed on the reticle R, and the reticle alignment system detects two sets of reticle alignment marks formed near the outer circumference of the reticle R. By moving the reticle stage 12 based on the detection signal from the reticle alignment monk system, the reticle R is positioned so that the center point of the pattern area PA coincides with the optical axis AX.
레티클(R)의 패턴영역(PA)을 통과한 노광광(IL1)은 양측의 털레센트릭 투영광학계(16)로 입사한다. 투영광학계(16)는 레티클(R)의 회로 패턴을 1/5로 축소하여 투영한다. 투영 이미지(회로 패턴 이미지)는 당연히 투영광학계(16)의 결상면에 형성된다. 여기서, 결상면의 위치에 감광 기판(W) 표면의 소정 쇼트영역이 있으면, 그 감광 기판(W)(구체적으로 말하자면 감광제)에 회로패턴이 인쇄된다.The exposure light IL1 that has passed through the pattern area PA of the reticle R enters the turreteric projection optical system 16 on both sides. The projection optical system 16 reduces the circuit pattern of the reticle R to 1/5 and projects it. The projection image (circuit pattern image) is naturally formed on the image plane of the projection optical system 16. Here, if there is a predetermined short region on the surface of the photosensitive substrate W at the position of the imaging surface, a circuit pattern is printed on the photosensitive substrate W (specifically, a photosensitive agent).
제 3도는 감광 기판(W)의 좌표계(X,Y)를 따라 배열된 쇼트영역(ES1∼EXN)을 도시한다. 각 쇼트영역(ESi)에 인접하는 스트리트 라인에는 각각 X방향용의 얼라인먼트 마크(Mxi) 및 Y 방향용의 얼라인먼트 마크(Myi)가 형성되어 있다. 얼라인먼트 마크(Mxi)는 X 방향으로 소정 피치로 배열된 복수개의 직사각형으로 이루어지며, 얼라인먼트 마크(Myi)는 Y 방향으로 소정 피치로 배열된 복수개의 직사각형으로 이루어진다. 본 실시예는, EGA 방식으로 얼라인먼트를 수행한다. EGA 방식에서는, 그러한 전체 쇼트영역(ESi)으로부터 미리 선택된 쇼트영역(이하,「샘플 쇼트」라 함)(SA1∼SA9)에 대해서만 오프 축의 얼라인먼트 센서(27)(얼라인먼트계의 일종)가 얼라인먼트 마크의 위치를 검출한다. 검출결과는,「감광 기판(W)을 올려놓는 XY 스테이지」를 이동시킬 때의 지표좌표인 XY 기본 좌표에 따른다. 마크와 각 쇼트 영역의 위치관계는 미리 기억되어 있으므로, 마크 위치의 검출 결과를 통계 처리함으로써 전 쇼트영역의 XY 기본 좌표상의 위치가 산출된다. 상기 산출 결과에 따라 각 쇼트영역의 위치결정을 행한다.3 shows the shot regions ES1 to EXN arranged along the coordinate systems X and Y of the photosensitive substrate W. As shown in FIG. The alignment marks Mxi for the X-direction and the alignment marks Myi for the Y-direction are formed in the street lines adjacent to the shot regions ESi, respectively. The alignment mark Mxi is made up of a plurality of rectangles arranged at a predetermined pitch in the X direction, and the alignment mark Myi is made up of a plurality of rectangles arranged at a predetermined pitch in the Y direction. This embodiment performs alignment in an EGA manner. In the EGA system, the off-axis alignment sensor 27 (a kind of alignment system) is used only for the shot region (hereinafter referred to as "sample shot") SA1 to SA9 selected in advance from the entire shot region ESi. Detect location. The detection result is based on the XY basic coordinates, which are index coordinates when the " XY stage on which the photosensitive substrate W is placed " is moved. Since the positional relationship between the mark and each shot region is stored in advance, the position on the XY basic coordinates of all the shot regions is calculated by performing statistical processing on the detection result of the mark position. Positioning of each shot area is performed in accordance with the calculation result.
감광 기판(W)은, 미소회전가능한 웨이퍼 홀더(도시하지 않음)에 진공 흡착되며, 상기 홀더를 통하여 Z 스테이지(17)상에 올려지게 된다. Z 스테이지(17)는 XY 스테이지(18)상에 놓여져 있다. 스테퍼 전체의 동작을 제어하는 주 제어계(14)(연산부와 제어부)는, 모터(21)에 의해, XY 스테이지(18)를 스텝ㆍ앤드ㆍ리피트 방식으로 X방향으로 이동시킴과 동시에 Z 스테이지(17)를 광축방향(Z 방향)으로 이동시킬 수가 있다. Z 스테이지(17)내에는, 감광 기판(W)의 수평 맞춤(레벨링)을 행하는 레벨링 스테이지가 조합되어 있다. 한개의 쇼트영역으로의 노광이 종료하면, XY 스테이지에 의해 감광 기판(W)은 다음의 쇼트영역이 투영광학계(16)의 바로 밑(즉 노광위치)에 오도록 스테핑된다(이로써 얼라인인트는 완료된다). Z 스테이지(17)의 단부에는 간섭계(20)로부터의 레이저 빔을 반사하는 이동경(20m)이 고정되며, Z 스테이지(17)의 XY 방향의 위치는 간섭계(20)에 의해, 예를들어 0.01㎛ 정도의 분해능으로 항상 검출된다.The photosensitive substrate W is vacuum-adsorbed to a microrotable wafer holder (not shown), and is mounted on the Z stage 17 through the holder. The Z stage 17 is placed on the XY stage 18. The main control system 14 (the calculation unit and the control unit) which controls the operation of the entire stepper moves the XY stage 18 in the X direction in a step-and-repeat manner by the motor 21 and at the same time the Z stage 17 ) Can be moved in the optical axis direction (Z direction). In the Z stage 17, a leveling stage for leveling (leveling) the photosensitive substrate W is combined. When the exposure to one shot region is finished, the photosensitive substrate W is stepped by the XY stage so that the next shot region is directly under the projection optical system 16 (that is, the exposure position). do). At the end of the Z stage 17, a moving mirror 20m reflecting the laser beam from the interferometer 20 is fixed, and the position in the XY direction of the Z stage 17 is adjusted by the interferometer 20, for example, 0.01 µm. It is always detected with a degree of resolution.
Z 스테이지(17)상에는「기준 마크가 형성된 유리기판으로 이루어지는 기준부재(19)」가, 그 표면의 높이가 감광 기판(W)표면의 높이와 거의 일치하도록 설치되어 있다. (주)「거의 일치」라함은, 실제로는 감광 기판간 및 쇼트영역간에 있어서 기판의 표면의 높이가 각각 다르기 때문이다. 본 실시예에서는, Z 스테이지(17)에 의해 Z 방향의 위치를 변화시킴으로써, 기준부재(19)상의 기준마크를 후술하는 오프 축의 얼라인먼트 센서(27)로 검출한다. 검출된 기준마크(이미지)의 콘트라스트가 가장 높아지는 위치가 최상의 초점합치면이며, 이것에 의해 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면(베스트 포커스 위치)을 결정한다. 기준 마크로서는, 얼라인먼트 마크와 동일한 것이 사용된다.On the Z stage 17, "the reference member 19 which consists of a glass substrate with a reference mark formed" is provided so that the height of the surface thereof may substantially match the height of the surface of the photosensitive substrate W. As shown in FIG. (Note) "Almost coincident" is because, in reality, the heights of the surfaces of the substrates differ between the photosensitive substrates and the shot regions. In this embodiment, by changing the position in the Z direction by the Z stage 17, the reference mark on the reference member 19 is detected by the off-axis alignment sensor 27 described later. The position where the contrast of the detected reference mark (image) becomes the highest is the best focus matching surface, thereby determining the focus matching surface (best focus position) of the alignment sensor 27. As a reference mark, the same thing as an alignment mark is used.
다른 한편, 얼라인먼트 센서(27)가 기준마크의 위치를 검출한 후, TTL(through the lens)방식의 관찰계(도시하지 않음)가 투영광학계(16)를 통해 기준마크의 위치를 검출한다. 이렇게 함으로써, 투영광학계(16)의 광축과 얼라인먼트 센서(27)의 광축과의 어긋남량(베이스 라인 량)을 구한다. 얼라인먼트 센서(27)로 얼라인먼트 마크의 위치를 검출한 후, 검출결과에 베이스 라인량을 가산함으로써, 각 쇼트영역의 XY기본 좌표상의 위치를 계산하여, 예측할 수 있다. 예측한 위치는 주제어계에 기억시켜 둔다. 기본 좌표는 XY 스테이지(18)를 이동시킬 때의 지표좌표이므로, 그때마다 마크를 검출하지 않고 기억해 놓은 것에 근거하여 각 쇼트영역을 순차적으로 위치결정하고, 또한 노광할 수 있다.On the other hand, after the alignment sensor 27 detects the position of the reference mark, a TTL (through the lens) observation system (not shown) detects the position of the reference mark through the projection optical system 16. By doing in this way, the deviation amount (base line amount) of the optical axis of the projection optical system 16 and the optical axis of the alignment sensor 27 is calculated | required. After the position of the alignment mark is detected by the alignment sensor 27, the base line amount is added to the detection result to calculate and predict the position on the XY basic coordinates of each shot region. The predicted position is memorized in the main control system. Since the basic coordinates are index coordinates when the XY stage 18 is moved, each shot region can be positioned and exposed sequentially based on the stored marks without detecting the marks each time.
기준부재(19)상에는, 발광마크(광원과 슬릿으로 이루어진다)가 설치된다. 상기 발광마크로부터의 광을 투영광학계(16)를 통해 레티클(R)에 조사하고, 반사광을다시 발광마크에 인접한 수광센서가 검출한다. Z 스테이지(17)를 Z 방향으로 이동하여, 수광센서의 검출량이 최대가 되는 위치가 투영 광학계(16)의 결상면이 된다. 또한, 발광마크로부터의 광을 레티클 얼라인먼트 마크에 조사하여, 상기 마크로부터의 반사광을 검출한다. 발광마크를 XY 방향으로 이동시키고, 레티클 얼라인먼트 마크를 주사함으로써 레티클 중심으로부터 레티클 얼라인먼트 마크까지의 거리(XY 기본 좌표 상의 거리)를 계측한다. 상기 계측값과 실제의 레티클 중심으로부터 레티클 얼라인먼트 마크까지의 거리를 비교함으로써 투영광학계(16)의 결상특성을 산출할 수 있다.On the reference member 19, a light emitting mark (consisting of a light source and a slit) is provided. The light from the light emitting mark is irradiated to the reticle R through the projection optical system 16, and the reflected light is detected again by the light receiving sensor adjacent to the light emitting mark. The position where the Z stage 17 is moved in the Z direction so that the detection amount of the light receiving sensor is maximum becomes the imaging surface of the projection optical system 16. Further, light from the light emitting mark is irradiated to the reticle alignment mark to detect the reflected light from the mark. By moving the light emitting mark in the XY direction and scanning the reticle alignment mark, the distance (distance on the XY basic coordinates) from the reticle center to the reticle alignment mark is measured. The imaging characteristics of the projection optical system 16 can be calculated by comparing the measured value with the distance from the actual reticle center to the reticle alignment mark.
스테퍼 조립시에는, 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면과 투영광학계(16)의 결상면은 거의 동일 평면내에 있다. 그러나, 사용시에는, 대기압 변동 및 노광에 따른 열의 영향으로 초점합치면과 결상면의 위치관계는 더욱 어긋나게 된다.At the time of stepper assembly, the focal mating surface of the alignment sensor 27 and the imaging surface of the projection optical system 16 are in substantially the same plane. However, in use, the positional relationship between the focal mating surface and the imaging surface is further shifted under the influence of atmospheric pressure fluctuations and heat due to exposure.
상기 스테퍼에는, 투영광학계(16)의 결상특성을 조정하기 위한 조정부(결상특성 조정부)(22)가 설치되어 있다. 본 실시예의 조정부(22)는, 투영광학계(16)의 일부를 구성하는 렌즈 얼리먼트, 특히 레티클(12)에 가까운 복수의 렌즈 엘리먼트의 각각을 피에조 소자 등 압전소자를 이용하여 독립적으로 구동(광축 AX에 대해 평행이동 또는 경사)시킨다. 이렇게 함으로써, 투영광학계(16)의 결상특성(예를들어 투영배율이나 비틀림)을 조정할 수 있다. 조정폭은, 이미지 높이 15mm의 위치(쇼트 중심으로부터 15mm인 위치)에서 최대한 ±수㎛ 정도이다.The stepper is provided with an adjusting section (image forming characteristic adjusting section) 22 for adjusting the imaging characteristic of the projection optical system 16. The adjusting unit 22 of the present embodiment independently drives each of the lens alignments constituting a part of the projection optical system 16, in particular, a plurality of lens elements close to the reticle 12, using piezoelectric elements such as piezoelectric elements (optical axis Translation or inclination with respect to AX). By doing so, the imaging characteristics (for example, the projection magnification and the torsion) of the projection optical system 16 can be adjusted. The adjustment width is about ± several micrometers at the maximum at the position of the image height of 15 mm (a position 15 mm from the center of the shot).
조정부(22)에 의해 결상특성을 조정하면, 이에 따라 투영광학계의 결상면의 위치도 변위한다. 따라서, 얼라인먼트 센서(27)의 베스트 포커스 위치와 차이가 발생하게 된다.When the imaging characteristic is adjusted by the adjusting unit 22, the position of the imaging surface of the projection optical system is also displaced accordingly. Therefore, a difference occurs with the best focus position of the alignment sensor 27.
그러므로, 투영광학계(16)의 결상특성을 조정했을 때 발생하는 투영광학계(16)의 결상면의 변위량(△Z2)을 조정량과의 함수로서 미리 조사해 두고, 주제어계(14)에 기억시켜 둔다. 이와는 별도로 주제어계(14)는, 얼라인먼트 센서(27)의 베스트 포커스 위치와 투영광학계의 결상면과의 차이분(△Z1)도 기억하고 있다. 조정후의 결상면과 얼라인먼트 센서(27)의 베스트 포커스 위치와의 차이분(△Z)(△Z1+△Z2)을 계산하여 출력할 수 있다.Therefore, the displacement amount [Delta] Z2 of the imaging surface of the projection optical system 16, which occurs when the imaging characteristic of the projection optical system 16 is adjusted, is investigated in advance as a function of the adjustment amount and stored in the main control system 14. . Apart from this, the main control system 14 also stores the difference ΔZ1 between the best focus position of the alignment sensor 27 and the image plane of the projection optical system. The difference ΔZ (ΔZ1 + ΔZ2) between the image plane after adjustment and the best focus position of the alignment sensor 27 can be calculated and output.
또한, 본 실시예의 스테퍼는, AF 센서를 구비하고 있다. AF 센서, Z 스테이지(17) 및 주제어계(14)의 일부가 본 발명의 오토 포커스부를 구성한다. AF 센서는 투영광학계(16)의 측면에 배치된 송광계(42a) 및 수광계(42b)로 구성된다. 본 실시예의 오토 포커스부는 Z 스테이지에 의해 감광기판(W) 표면을 투영광학계의 광축방향으로 이동시키고 있으나, Z 스테이지와는 별도의 구동장치를 구비하여도 상관없다.Moreover, the stepper of this embodiment is equipped with the AF sensor. A part of the AF sensor, the Z stage 17 and the main control system 14 constitute the auto focus unit of the present invention. The AF sensor is composed of a light transmitter 42a and a light receiver 42b disposed on the side of the projection optical system 16. Although the autofocus of the present embodiment moves the surface of the photosensitive substrate W in the optical axis direction of the projection optical system by the Z stage, it may be provided with a driving device separate from the Z stage.
제 2도는 제 1도의 AF 센서를 확대도시한 도면이다. 제 2도에 있어서, AF 센서는 송광계(42a)(조명계(43)∼집광대물렌즈(45)와 수광계(42b)(집광 대물렌즈(46)∼광전검출기(50))로 구성되어 있다. 송광계(42a)에 있어서, 조명계(43)의 앞면에는 슬릿 패턴으로 이루어진 개구 패턴이 형성되어 있다. 그 개구 패턴을 통과한 검출광(감광제를 감광시키지 않는 파장)(IL3)이, 미러(44) 및 집광대물렌즈(45)를 통해 투영광학계(16)의 광축(AX)에 비스듬하게 감광 기판(W)(또는 기준 부재((19))에 조사된다. 감광 기판(W) 상에 슬릿 패턴 이미지가 투영 결상된다. 감광 기판(W)에서 반사된 검출광은, 수광계(42b)의 수광대물렌즈(46), 경사각 가변 미러(47), 결상렌즈(48) 및 진동 슬릿(49)을 거쳐 광전검출기(50)의 수광면의 슬릿형상의 개구상에 슬릿 패턴 이미지를 재결상한다. 상기 개구를 통과한 광을 광전변환하여 얻은 검출신호가 주제어계(14)내에서 진동슬릿(49)의 구동신호로 동기정류되어, 포커스 신호가 얻어진다.2 is an enlarged view of the AF sensor of FIG. 1. In FIG. 2, the AF sensor is composed of a light transmitter 42a (lighting system 43 to condenser objective lens 45 and a light receiver 42b to condenser objective lens 46 to photoelectric detector 50). In the light transmission system 42a, an opening pattern made of a slit pattern is formed on the front surface of the illumination system 43. The detection light (wavelength that does not expose the photosensitive agent) IL3 passing through the opening pattern is a mirror ( The photosensitive substrate W (or the reference member 19) is irradiated obliquely to the optical axis AX of the projection optical system 16 through the 44 and the condenser objective lens 45. Slit on the photosensitive substrate W The pattern image is projected and image-detected.The detection light reflected from the photosensitive substrate W includes the light receiving objective lens 46, the tilt angle variable mirror 47, the imaging lens 48, and the vibration slit 49 of the light receiving system 42b. And re-image the slit pattern image on the slit-shaped opening of the light receiving surface of the photodetector 50. The detection signal obtained by photoelectric conversion of the light passing through the opening is the main keyword. 14 is a synchronous rectifier in the drive signal of the vibration slit (49), the focus signal is obtained.
이 경우, 감광 기판(W) 위의 슬릿 패턴 이미지의 길이 방향은 제 2도의 지면에 수직인 방향이며, 감광 기판(W)이 Z 방향(광축방향)으로 변위하면, 광전검출기(50)의 수광면에서의 슬릿 패턴 이미지는 X 방향으로 변위한다. 따라서, 광전 검출기(50)로부터 출력되는 포커스 신호는, 소정의 범위내에 있어서 감광 기판(W)의 위치에 대하여 거의 비례하게 변화하는 신호가 된다. 그리하여, AF 센서는 포커스 신호로부터 감광 기판(W) 표면의 위치와 결상면의 위치와의 차를 검출할 수 있다. 또한, 수광계(42b)내의 미러(47)를 경사(제 2도의 지면에 수직인 축을 중심으로 회전) 시킴으로써, 광전 검출기(50)의 수광면에서의 슬릿 패턴 이미지의 위치가 X 방향으로 변위한다. 미러(47)의 경사는 주제어계(14)가 구동부(51)를 구동함으로써 실행된다. 투영광학계(16)의 결상면의 위치를 구한 후(감광 기판(W)표면이 결상면에 위치한 후), 미러(47)를 경사지게 하고, 광전검출기(50)의 수광면의 개구 중심에 슬릿 패턴 이미지의 중심을 합치시킨다. 이는, 이 위치에서 AF 센서의 포커스 신호가 제로 크로스점에 오는 것을 의미하며, 이를 AF 센서조정이라 부른다.In this case, the longitudinal direction of the slit pattern image on the photosensitive substrate W is a direction perpendicular to the ground of FIG. 2, and when the photosensitive substrate W is displaced in the Z direction (optical axis direction), the photodetector 50 receives the light. The slit pattern image in the plane is displaced in the X direction. Therefore, the focus signal output from the photoelectric detector 50 becomes a signal which changes almost in proportion to the position of the photosensitive substrate W within a predetermined range. Thus, the AF sensor can detect the difference between the position of the surface of the photosensitive substrate W and the position of the imaging surface from the focus signal. Further, by inclining the mirror 47 in the light receiving system 42b (rotating about an axis perpendicular to the surface of FIG. 2), the position of the slit pattern image on the light receiving surface of the photoelectric detector 50 is displaced in the X direction. . Inclination of the mirror 47 is performed by the main control system 14 driving the drive unit 51. After obtaining the position of the imaging surface of the projection optical system 16 (after the surface of the photosensitive substrate W is positioned on the imaging surface), the mirror 47 is inclined, and a slit pattern at the opening center of the light receiving surface of the photodetector 50 is obtained. Match the center of the image. This means that the focus signal of the AF sensor at this position comes to the zero cross point, which is called AF sensor adjustment.
여기서, 조정이란 AF 센서 내부의 위치에 근거하여 기준위치를 변화시키는 것을 말하며, 교정이란 AF 센서 밖의 기준위치에 근거하여 AF 센서 내의 기준위치를 변화시키는 것을 말한다.Here, the adjustment refers to changing the reference position based on the position inside the AF sensor, and the calibration refers to changing the reference position in the AF sensor based on the reference position outside the AF sensor.
제 1도에 도시한 바와같이, 투영광학계(16)의 측면에는, 프리즘 미러(26)와 함께 오프 축 방식의 얼라이먼트 센서(27)가 배치되어 있다. 상기 얼라인먼트 센서(27)에 있어서, 할로겐 램프(28)로부터의 조명광(IL2)은 집광렌즈(29)를 통해 광파이버(30)에 입사한다. 광파이버(30)의 타단으로부터 사출된 조명광(IL2)은, 렌즈계(31), 하프 프리즘(32) 및 대물렌즈(33)를 통해 프리즘 미러(26)에 입사한다. 프리즘 미러(26)에서 반사된 조명광(IL2)이 감광 기판(W)상의 얼라이먼트 마크를 수직으로 조명한다.As shown in FIG. 1, an off-axis alignment sensor 27 is disposed on the side surface of the projection optical system 16 together with the prism mirror 26. In the alignment sensor 27, the illumination light IL2 from the halogen lamp 28 is incident on the optical fiber 30 through the condenser lens 29. The illumination light IL2 emitted from 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. The illumination light IL2 reflected by the prism mirror 26 vertically illuminates the alignment mark on the photosensitive substrate W. As shown in FIG.
얼라이먼트 마크로부터의 반사광은 같은 경로를 되돌아와 프리즘 미러(26), 대물렌즈(33)를 통해 하프 프리즘(32)에 도달하며, 하프 프리즘(32)으로 반사된 광이, 결상렌즈(34)를 거쳐 지표판(35) 위에 얼라이먼트 마크 이미지를 결상한다. 지표판(35)에는 X 방향용 지표 마크(35a, 35b)(제 4도 참조) 및, Y 방향용 지표 마크가 형성되어 있다. 지표마크(35a,35b)는 제 4도에 도시한 바와 같이, 각각 Y 방향에 대응하는 방향으로 뻗은 두개의 직선형상의 패턴으로 이루어지며, 상기 두개의 직선형상의 패턴은 X 방향으로 대응하는 방향으로 소정 간격으로 배열된다. 제 1도에 도시한 바와같이, 지표판(35)은 대물렌즈(33)와 결상렌즈(34)에 의해 감광 기판(W)과 켤레로 배치된다. 따라서, 얼라이먼트 마크의 이미지는 지표판(35)상에 결상되며, 지표판(35)으로부터의 광이 릴레이계(36), 미러(37), 릴레이계(38) 및 하프 프리즘(39)을 통해, 텔레비젼 카메라(예를 들어 2차원 CCD 카메라)(40X) 및 (40Y)의 촬상면에 도달한다. 상기 촬상면에는 각각 얼라이먼트 마크의 이미지와 지표마크의 이미지가 결상된다. 텔레비젼 카메라(40X) 및 (40Y)로부터의 촬상신호에 근거하여, 신호처리계(41)가 얼라이먼트 마크와 지표마크와의 위치가 어긋남량을 검출하고, 상기 위치 어긋남량을 주제어계(14)에 공급한다. 텔레비젼 카메라(40X)의 주사선의 방향은 X 방향에 대응하는 방향이며, 텔레비젼 카메라(40Y)의 주사선의 방향은 Y 방향에 대응하는 방향이다. 그러므로 제 3도의 X 방향용 얼라이먼트 마크(Mxi)의 위치 검출은 텔레비젼 카메라(40X)의 촬상신호에 근거하여 수행하며, Y 방향용 얼라이먼트 마크(Myi)의 위치 검출은 텔레비젼 카메라(40Y)의 촬상신호에 근거하여 수행된다. 이와 같이 지표마크를 사용하는 것은 텔레비젼 카메라(40X) 및 (40Y)에 의한 화상의 스캔 개시 위치가 드리프트하기 때문이다.The reflected light from the alignment mark returns to the half prism 32 through the prism mirror 26 and the objective lens 33, and the light reflected by the half prism 32 causes the imaging lens 34 to pass through. The alignment mark image is imaged on the ground plate 35 through the surface. The indicator plates 35 are provided with indicator marks 35a and 35b for the X direction (see FIG. 4) and indicator marks for the Y direction. As shown in FIG. 4, the indicator marks 35a and 35b each consist of two linear patterns extending in a direction corresponding to the Y direction, and the two linear patterns are predetermined in a direction corresponding to the X direction. Are arranged at intervals. As shown in FIG. 1, the indicator plate 35 is arranged in pairs with the photosensitive substrate W by the objective lens 33 and the imaging lens 34. Thus, the image of the alignment mark is imaged on the indicator plate 35, and the light from the indicator plate 35 passes through the relay system 36, the mirror 37, the relay system 38, and the half prism 39. And image pickup surfaces of the television cameras (for example, two-dimensional CCD cameras) 40X and 40Y. The image of the alignment mark and the image of the indicator mark are respectively formed on the imaging surface. Based on the image pickup signals from the television cameras 40X and 40Y, the signal processing system 41 detects the shift amount of the alignment mark and the indicator mark, and transmits the shift amount to the main controller 14. Supply. The direction of the scanning line of the television camera 40X is a direction corresponding to the X direction, and the direction of the scanning line of the television camera 40Y is a direction corresponding to the Y direction. Therefore, the position detection of the alignment mark Mxi for the X direction of FIG. 3 is performed based on the imaging signal of the television camera 40X, and the position detection of the alignment mark Myi for the Y direction is the imaging signal of the television camera 40Y. Is performed on the basis of The indicator marks are used in this way because the scanning start positions of the images by the television cameras 40X and 40Y drift.
제 1도에는 도시되어 있지 않으나, 렌즈계(31)내의 감광 기판(W)과 거의 켤레인 위치에 조명 시야 조리개가 설치되어 있다. 조명 시야 조리개는 감광 기판(W) 위에서의 조명영역을 규정한다. 하프 프리즘(26)의 바로 밑에 제 3도의 샘플 쇼트(SA1)에 부설된 X 방향용 얼라이먼트 마크(Mxi)가 있을 경우, 제 1도의 텔레비젼 카메라(40X)로 관찰되는 그 조명영역에 상당하는 부분의 모습을 제 4(a)도에 도시한다. 조명영역(55)은, 얼라이먼트 마크(Mxi)에 상당하는 영역(55c)과 얼라이먼트 마크(Mxi) 근방에서 지표 마크(35a,35b)에 상당하는 영역(55a,55b)으로 구성되어 있다. 조명영역을 영역(55a,55b)까지 확장시키고 있는 것은, 영역(55a,55b)의 감광 기판(W)으로부터 되돌아온 광을 이용하여 지표마크(35a,35b)를 조명하고 있기 때문이다.Although not shown in FIG. 1, the illumination field stop is provided at a position almost connected to the photosensitive substrate W in the lens system 31. The illumination field stop defines the area of illumination on the photosensitive substrate W. FIG. If there is an alignment mark Mxi for the X direction attached to the sample shot SA1 of FIG. 3 immediately below the half prism 26, the portion corresponding to the illumination area observed with the television camera 40X of FIG. The figure is shown in FIG. 4 (a). The illumination area 55 is comprised from the area | region 55c corresponding to alignment mark Mxi, and the area | regions 55a and 55b corresponding to index marks 35a and 35b in the vicinity of alignment mark Mxi. The illumination region is extended to the regions 55a and 55b because the indicator marks 35a and 35b are illuminated by using the light returned from the photosensitive substrate W of the regions 55a and 55b.
따라서, 지표마크(35a,35b)를 조명하는 광에 다른 마크나 회로패턴으로부터의 노이즈 성분이 혼입하지 않도록, 영역(55a,55b)은 회로 패턴도 마크도 형성되어 있지 않은 영역으로 되어 있으며, 통상적으로는 경면 형상으로 가공되어 있다. 이하 영역(55a,55b)와 같은「회로 패턴도 마크도 형성되어 있지 않은 영역」을「금지대」라 부르기로 한다.Therefore, the areas 55a and 55b are areas in which neither the circuit pattern nor the mark is formed, so that noises from other marks or circuit patterns do not mix with the light illuminating the indicator marks 35a and 35b. It is processed into the mirror shape. "Areas with neither circuit patterns nor marks formed" such as the areas 55a and 55b will be referred to as "prohibited zones".
얼라이먼트 마크(Mxi), 지표마크(35a,35b)에 상당하는 촬상신호(SX)를 제 4(b)도에 도시한다. 여기서 세로축은 신호의 강도를 표시하고, 가로축은 제 1도의 XY 스테이지(18)의 X방향의 주사위치를 표시한다. 제 4(b)도에 도시한 바와같이, 촬상신호는 지표마크(35a,35b) 위치나 얼라인먼트 마크(Mxj)의 엣지에 상당하는 위치(화소위치)에서 극소가 된다. Y 방향에도 얼라인먼트 마크, 지표마크가 설치되어 있으며, 텔레비젼 카메라(40Y)는 Y 방향의 마크를 검출한다.4 (b) shows an image pickup signal SX corresponding to alignment marks Mxi and index marks 35a and 35b. Here, the vertical axis represents the signal strength, and the horizontal axis represents the dice in the X direction of the XY stage 18 in FIG. As shown in FIG. 4 (b), the image pickup signal is minimized at positions (pixel positions) corresponding to the positions of the indicator marks 35a and 35b and the edges of the alignment marks Mxj. An alignment mark and an index mark are also provided in the Y direction, and the television camera 40Y detects the mark in the Y direction.
여기서, 투영광학계(16)의 결상특성(특히 투영배율)의 계측방법에 대해 설명하기로 한다. 하나는, 테스트 노광을 행하여, 노광된 쇼트영역의 중심으로부터 그 주변부의 계측용 마크까지의 거리를 측정한다. 이를 바탕으로 결상특성이 계산으로 구해진다. 또 하나는, 상기한 바와같이, 기준부재(19)에 설치된 발광 마크로부터의 광을 사용하여, 레티클(R)의 레티클 얼라인먼트 마크를 주사한다. 결상특성의 계측결과에 따라, 조정부(22)에 의해 소정의 결상특성이 되도록 조정한다.Here, the measuring method of the imaging characteristic (especially projection magnification) of the projection optical system 16 is demonstrated. One test-exposes and measures the distance from the center of the exposed short region to the measurement mark of the peripheral part. Based on this, the imaging characteristic is calculated by calculation. As described above, the reticle alignment mark of the reticle R is scanned using the light from the light emitting mark provided in the reference member 19. According to the measurement result of the imaging characteristic, the adjustment part 22 adjusts so that it may become a predetermined imaging characteristic.
다른 한편, 상기한 EGA 방식에 의해 노광하는 감광 기판(W)의 스케일링값을 계측한다. 이렇게 함으로써, 전처리 공정에 있어서의 감광 기판(W) 위에 형성된 쇼트영역의 신축도를 알 수 있다. 상기 신축도에 맞추어 결상특성(특히 투영배율)을 조정하여 중첩노광하는 방법도 있다.On the other hand, the scaling value of the photosensitive board | substrate W exposed by the above-mentioned EGA system is measured. By doing in this way, the elasticity of the shot region formed on the photosensitive board | substrate W in a pretreatment process can be known. There is also a method of overlapping exposure by adjusting the imaging characteristic (particularly, the projection magnification) in accordance with the stretching degree.
(실시예 2)(Example 2)
실시예 1의 스테퍼를 사용한 제 1 노광방법의 실시예에 대해 설명하기로 한다. 미리 투영광학계(16)의 결상면의 위치와 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면과의 차가 △Z1임이 계측되어 있다. 여기서, 투영광학계(16)의 결상면의 위치에서 AF 센서의 포커스 신호가 제로 크로스점에 오도록 교정한다.An example of the first exposure method using the stepper of Example 1 will be described. It is measured beforehand that the difference between the position of the imaging surface of the projection optical system 16 and the focal mating surface of the alignment sensor 27 is ΔZ1. Here, correction is performed so that the focus signal of the AF sensor is at the zero cross point at the position of the image plane of the projection optical system 16.
결상특성의 조정을 조정부(22)에 의해 행했을때, 상기 조정량을 △M1이라 하면, 상기 조정량(△M1)에 따라 결정되는 결상면의 변위량(△Z2)이 주 제어계(14)에 의해 산출된다. 상기 변위량(△Z2)은, 아래 식으로 구해진다.When the adjustment of the imaging characteristic is performed by the adjusting unit 22, if the adjustment amount is ΔM1, the displacement amount ΔZ2 of the imaging surface determined according to the adjustment amount ΔM1 is applied to the main control system 14. Is calculated. The displacement amount ΔZ2 is obtained by the following equation.
여기서, K는 비례계수이며, 미리 실험 또는 시뮬레이션으로 구해둔다. 조정전에, 제 2도에 도시한 바와 같이, 투영광학계(16)의 결상면이 어느 기준면(52)에 위치해 있으며, 감광 기판(W) 표면이 기준면(52)에 있을 때에 AF 센서에 포커스 신호가 제로 크로스점에 온 것으로 가정한다. 조정 후, 투영 광학계(16)의 결상면은 변위량(△Z2)만큼 상승하여 면(53)에 위치한 것으로 가정한다. 상기 면(53)에서, AF 센서의 포커스 신호가 제로 크로스점에 오도록, 주제어계(14)는 구동부(51)를 통해 변위량(△Z2)에 대응하는 각도만큼 미러(47)를 경사지게 한다. 한편, 얼라인먼트 센서(27)의 베스트 포커스 위치(초점합치면)는, 기준면(52)에 대하여 △Z1만큼 변위한 면(54)의 위치(즉, 면(53)으로부터 △Z1+△Z2=△Z만큼 저하된 위치)에 있다고 가정한다.Here, K is a proportional coefficient and is obtained by experiment or simulation in advance. Prior to the adjustment, as shown in FIG. 2, the focus signal is applied to the AF sensor when the imaging plane of the projection optical system 16 is located on a certain reference plane 52 and the surface of the photosensitive substrate W is on the reference plane 52. Assume that we come to the zero cross point. After the adjustment, it is assumed that the imaging plane of the projection optical system 16 rises by the displacement amount DELTA Z2 and is located on the plane 53. On the surface 53, the main control system 14 inclines the mirror 47 by the angle corresponding to the displacement amount ΔZ2 through the driving unit 51 so that the focus signal of the AF sensor is at the zero crossing point. On the other hand, the best focus position (focus matching surface) of the alignment sensor 27 is the position of the surface 54 displaced by ΔZ1 with respect to the reference plane 52 (that is, by ΔZ1 + ΔZ2 = ΔZ from the surface 53). In a degraded position).
우선, 감광 기판(W)을 Z스테이지(17) 위에 올려놓는다. 그리고, 얼라인먼트센서(27)를 이용하여 감광 기판(W) 위의 샘플 쇼트(제 4도의 샘플 쇼트 SA1∼SA9)의 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 동작을 행한다. 이때, 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면에서 AF 센서의 포커스 신호가 제로 크로스점에 오도록, 주제어계(14)는 구동부(51)를 통해 베스트 포커스 위치의 차이분(△Z1+△Z2)에 대응하는 각도만큼 미러(47)를 경사지게 해둔다. 그리고, 감광 기판(W)의 중심을 투영광학계(16)의 바로 밑으로 이동하여, 오토 포커스부를 작동시키면, 제 5(a)도에 도시하는 바와 같이, 얼라인먼트 센서의 초점합치면인 면(54)에 감광 기판(w) 표면이 이동한다. 이 상태에서, 얼라인먼트 센서(27)의 바로 밑에 얼라인먼트 마크를 이동하여, 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면에서 얼라인먼트 마크의 위치를 검출한다.First, the photosensitive substrate W is placed on the Z stage 17. Then, the alignment sensor 27 is used to detect the position of the alignment mark of the sample shots (sample shots SA1 to SA9 in FIG. 4) on the photosensitive substrate W. FIG. At this time, the main control system 14 corresponds to the difference (ΔZ1 + ΔZ2) of the best focus position through the driving unit 51 so that the focus signal of the AF sensor is at the zero crossing point on the focus matching surface of the alignment sensor 27. The mirror 47 is inclined by the angle. Then, when the center of the photosensitive substrate W is moved directly under the projection optical system 16 to operate the auto focus unit, as shown in FIG. 5 (a), the surface 54 which is the focal mating surface of the alignment sensor is shown. The surface of the photosensitive substrate w moves. In this state, the alignment mark is moved directly under the alignment sensor 27 to detect the position of the alignment mark on the focal mating surface of the alignment sensor 27.
샘플 쇼트 전부에 대해 마크 검출을 행하며, 주제어계(14)는 검출한 마크 위치 좌표로부터 전 쇼트영역의 위치를 소정 연산식으로 산출한다.Mark detection is performed on all of the sample shots, and the main control system 14 calculates the positions of all shot regions from the detected mark position coordinates by a predetermined expression.
다음에, 각 쇼트영역에 노광을 행한다. 이때, 제 2도의 주제어계(14)는 구동부(51)를 통해 베스트 포커스 위치의 차이분(△Z1+△Z2)에 대응하는 각도만큼 미러(47)를 원래로 되돌아오게 하는 방향으로 경사지게 한다. 이 상태에서 오토 포커스부를 작동시키면, 제 5(b)도에 도시하는 바와 같이, AF 센서의 수광계(42b)로부터 얻어지는 포커스 신호가 제로 크로스점에 오는 위치가, 투영광학계(16)의 결상면이 있는 면(53)이 된다. 이 상태에서, 노광을 행하는 쇼트영역을 투영광학계(16)의 바로 밑으로 이동시키고, 그 다음에 오토 포커스부를 작동시켜, 감광 기판(W) 표면을 투영광학계(16)의 결상면으로 이동시킨다. 그런 다음 노광을행하면, 중첩 정밀도가 높으며, 투영 이미지(회로 패턴 이미지)의 해상도도 높다. 순차적으로 감광 기판(W)의 각 쇼트 영역을 투영광학계(16)의 바로 밑으로 이동시켜 노광한다. 모든 쇼트영역의 노광이 종료하면, 감광 기판(W)을 교환하고 동일한 동작을 반복한다.Next, each shot area is exposed. At this time, the main control system 14 of FIG. 2 is inclined in the direction to return the mirror 47 to the original by an angle corresponding to the difference (ΔZ1 + ΔZ2) of the best focus position through the driving unit 51. When the autofocus unit is operated in this state, as shown in FIG. 5 (b), the position where the focus signal obtained from the light receiving system 42b of the AF sensor reaches the zero cross point is the image plane of the projection optical system 16. This is the surface 53. In this state, the shot area to be exposed is moved directly under the projection optical system 16, and then the auto focus unit is operated to move the surface of the photosensitive substrate W to the image plane of the projection optical system 16. FIG. Then, when exposure is performed, the superposition accuracy is high, and the resolution of the projection image (circuit pattern image) is also high. Each shot region of the photosensitive substrate W is sequentially moved under the projection optical system 16 for exposure. When the exposure of all the shot regions is completed, the photosensitive substrate W is replaced and the same operation is repeated.
한편, 투영광학계(16)의 결상면의 위치와 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면의 위치와의 차이분(△Z1+△Z2)이 작을 경우, 포커스 신호의 선형부분을 사용하여 감광 기판(W)의 베스트 포커스 위치를 마크 위치 검출과 노광시에 「△Z1+△Z2」만큼 각각 서로 다른 위치에 설정해도 된다. 또한, 포커스신호의 제로 크로스점에 전기적으로 옵셋을 부여하기만 해도 된다.On the other hand, when the difference (ΔZ1 + ΔZ2) between the position of the imaging surface of the projection optical system 16 and the position of the focal mating surface of the alignment sensor 27 is small, the photosensitive substrate W is formed by using the linear portion of the focus signal. May be set at different positions by "ΔZ1 + ΔZ2" at the time of mark position detection and exposure. In addition, it is only necessary to electrically offset the zero cross point of the focus signal.
투영광학계(16)의 결상면의 위치 검출은, 예를들어 테스트 프린트나 기준부재(19)에 설치한 발광마크등을 사용하여 수행할 수 있으며, 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면의 검출은 기준부재(19)의 기준 마크 관찰에 의하여 행할 수 있다. 검출한 결과, 베스트 포커스 위치에 다시 옵셋(이것을 △Z3이라 한다)을 추가하게 될 경우에, 상기 옵셋(△Z3)을 상기 변위량 △Z1과 △Z2에 추가하지 않으면 안된다. 그러나, 상기 옵셋(△Z3)의 원인이, 투영광학계(16)의 결상면과 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면의 변동 모두에 영향을 주는 것일 경우에는 주제어계(14)는 미리 AF 센서의 기준면을(△Z3) 만큼 조정해 두면 된다. 그렇게 하면, 옵셋(△Z3)은 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면을 구할 때 반드시 사용할 필요는 없게 된다.The position detection of the imaging surface of the projection optical system 16 can be performed using, for example, a test print or a light emitting mark provided on the reference member 19, and the detection of the focal coincidence surface of the alignment sensor 27 is a reference. This can be done by observing the reference mark of the member 19. As a result of detection, when the offset (this is called DELTA Z3) is added to the best focus position again, the offset DELTA Z3 must be added to the displacement amounts DELTA Z1 and DELTA Z2. However, when the cause of the offset ΔZ3 affects both the imaging plane of the projection optical system 16 and the variation of the focal mating plane of the alignment sensor 27, the main control system 14 is previously referred to the reference plane of the AF sensor. Just adjust by (ΔZ3). In this case, the offset ΔZ3 does not necessarily need to be used when obtaining the focal mating surface of the alignment sensor 27.
만일, 감광 기판(W)이 경사를 갖고 있을 경우에는, AF 센서를 사용하여 수개의 쇼트영역에 대하여 각각 베스트 포커스 위치를 구하고, 대략적인 레벨링을 행하여 경사를 제거한 다음 얼라인먼트를 행하면 된다. 통상적인 얼라인먼트 시퀀스는, 세개의 쇼트영역(서치 쇼트)을 얼라인먼트하고, ±2㎛ 정도로 대충 추종하는 서치 얼라인먼트를 행한 후, ±0.1㎛ 정도 이하로 추종하는 미세(fine) 얼라인먼트를 행한다. 이 경우, 예를 들어 서치 쇼트에서 상기 레벨링을 수행해도 된다. 반대로, 레벨링을 행한 후에 서치 얼라인먼트를 수행해도 되며, 서치 얼라인먼트를 행하면서 AF 센서를 사용하여 베스트 포커스 위치를 구하고, 레벨링 후에 미세 얼라인먼트에 이행하여도 된다. 경사를 제거한 후에 오토 포커스부를 작동시킴으로써, 수평인 상태로 감광 기판(W) 표면을 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면에 맞출 수 있다.If the photosensitive substrate W has an inclination, the best focus position can be obtained for each of several shot regions using an AF sensor, and rough alignment is performed to remove the inclination and then perform alignment. In a typical alignment sequence, three shot regions (search shots) are aligned, a search alignment is roughly followed by about ± 2 μm, and fine alignment is followed by about ± 0.1 μm or less. In this case, for example, the leveling may be performed in a search shot. On the contrary, after performing leveling, search alignment may be performed, while performing search alignment, the best focus position may be obtained by using an AF sensor, and fine alignment may be performed after leveling. After the inclination is removed, the autofocus unit is operated, whereby the surface of the photosensitive substrate W can be aligned with the focal mating surface of the alignment sensor 27 in a horizontal state.
더욱이, 미리 감광 기판(W)의 여러 쇼트영역에서 베스트 포커스 위치를 구하고, 감광 기판(W)의 경사를 최소 제곱 근사법 등으로 구해도 된다. 그리고, 서치 얼라인먼트 및 미세 얼라인먼트를 행할 때에는, 얼라인먼트 마크의 좌표와 경사로부터 그 경사에 맞춰 Z 스테이지를 상하 이동시키고 얼라인먼트 센서(27)의 베스트 포커스 위치에서 얼라인먼트를 행한다. 베스트 포커스 위치를 구하는 쇼트영역은, 서치 쇼트이든 미세 얼라인먼트용 샘플 쇼트이든 상관없으며, 그 밖의 것이어도 좋다. 또한, 미세 얼라인먼트시의 샘플 쇼트의 포커스 위치를 모두 계측하여 기억시켜두고, 얼라인먼트시에 그에 따라 Z 스테이지를 상하 이동시켜도 좋다.Furthermore, the best focus position may be obtained in various shot regions of the photosensitive substrate W in advance, and the inclination of the photosensitive substrate W may be obtained by a least square approximation method or the like. When performing search alignment and fine alignment, the Z stage is moved up and down in accordance with the inclination of the alignment mark and the inclination, and alignment is performed at the best focus position of the alignment sensor 27. The shot area for finding the best focus position may be a search shot or a sample short for fine alignment, or may be other. In addition, all the focus positions of the sample shots at the time of fine alignment may be measured and stored, and the Z stage may be moved up and down accordingly at the time of alignment.
(실시예 3)(Example 3)
제 2 스테퍼 및 그것을 사용하는 제 2 노광방법의 실시예에 대해 설명하기로 한다. 본 실시예에서는, 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면으로부터 어긋난 위치에서 검출을 행하여도 마크 위치 검출을 정확하게 행할 수 있는 실시예이다.Embodiments of the second stepper and the second exposure method using the same will be described. In this embodiment, the mark position detection can be accurately performed even if the detection is performed at a position shifted from the focal mating surface of the alignment sensor 27.
본 예는 실시예 1에, 주제어계(14)가 얼라인먼트 센서의 텔레센트릭 오차의 값을 기억하고 있는 점을 부가한 것이다.This example adds to the first embodiment that the main control system 14 stores the value of the telecentric error of the alignment sensor.
감광 기판(W) 교환 후, 감광 기판(W)의 중심을 투영광학계(16)의 바로 밑으로 이동하고, 그 위치에서 감광 기판(W)의 표면을 투영광학계(16)의 결상면에 맞추도록 스테이지를 상하 이동시킨다. 다음에, X 방향의 얼라인먼트 마크(Mxi) 가운데 하나를 얼라인먼트 센서(27)의 바로 밑에 오도록 스테이지를 이동시켜, 위치를 검출한다. 이 경우, 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면과(△Z1+△Z2)만큼 Z 방향으로 변위한 위치에서 검출을 행하게 된다. 환언하면, 결상면과 초점합치면은「△Z1+△Z2」만큼 위치의 차이분(△Z)을 가진다. 이로 인해, 검출값은 텔레센트릭 오차에 의해 실제의 마크 위치에 대해 어긋나 있게 된다. 이 어긋남을 보정하기 위하여 주제어계(14)에서, 텔레센트릭 오차와 위치의 차이분(△Z)으로부터 검출값의 어긋남량(△X)을 계산한다. 어긋남량(△X)은, 다음과 같이 계산된다.After exchanging the photosensitive substrate W, the center of the photosensitive substrate W is moved directly under the projection optical system 16 so that the surface of the photosensitive substrate W is aligned with the image plane of the projection optical system 16 at that position. Move the stage up and down. Next, the stage is moved so that one of the alignment marks Mxi in the X direction is directly under the alignment sensor 27, and the position is detected. In this case, detection is performed at a position displaced in the Z direction by the focal mating surface of the alignment sensor 27 (ΔZ1 + ΔZ2). In other words, the imaging plane and the focus mating plane have a difference ΔZ of positions by "ΔZ1 + ΔZ2". For this reason, the detection value is shifted from the actual mark position due to the telecentric error. In order to correct this deviation, in the main control system 14, the deviation amount ΔX of the detected value is calculated from the difference ΔZ between the telecentric error and the position. The shift amount ΔX is calculated as follows.
여기서, Tx는 X방향의 텔레센트릭 오차이다. 주제어계(14)는, 상기 어긋남량(△X)을 검출값에 부가함으로써 마크 위치를 보정한다. 그리고, Y 방향의 얼라인먼트 마크(Myi)도 마찬가지로 위치 검출을 행하고 보정을 행한다. 그런 다음, X,Y 방향 모두의 얼라인먼트 마크를 여러 쇼트 검출하면 쇼트배열을 구할 수있다. 이 후에, 스테이지는 쇼트영역을 투영광학계(16)의 바로 밑으로 이동한다. 그런 다음, 감광 기판(W)의 표면을 베스트 포커스의 위치에 맞추고 노광을 행한다. 모든 쇼트영역에 대해 노광이 종료하면, 감광 기판(W)을 교환하고 같은 동작을 반복한다.Here, Tx is a telecentric error in the X direction. The main control system 14 corrects the mark position by adding the shift amount ΔX to the detection value. The alignment mark Myi in the Y direction is similarly detected for position detection and corrected. Then, if multiple shots of alignment marks in both the X and Y directions are detected, the short arrangement can be obtained. After this, the stage moves the shot region directly below the projection optical system 16. Then, the surface of the photosensitive board | substrate W is adjusted to the position of a best focus, and exposure is performed. When the exposure is finished for all the shot regions, the photosensitive substrate W is replaced and the same operation is repeated.
본 실시예에서는, 차이분(△Z)과 텔레센트릭 오차로부터 어긋남량(△X)을 구하였다. 어긋남량(△X)을 산출하는 것은 이에 한정되지 않고, 차이분(△Z)으로부터 어긋남량을 산출하는 것이라면, 어떠한 방법이라도 상관없다. 예를들어 미리 실험 등에 의해 차이분(△Z)과 어긋남량(△X)과의 관계를 구해두고, 그 관계를 주제어계(14)가 기억해 두는 것도 가능하다.In the present embodiment, the deviation amount ΔX was obtained from the difference ΔZ and the telecentric error. The calculation of the deviation amount ΔX is not limited to this, and any method may be used as long as the deviation amount is calculated from the difference ΔZ. For example, the relationship between the difference ΔZ and the deviation amount ΔX may be obtained by experiment or the like, and the main system 14 may store the relationship.
또한, 본 발명은 상기한 3개의 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 구성을 취할 수 있음은 물론이다.In addition, the present invention is not limited to the above three embodiments, and various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
제 1도는 본 발명의 실시예에 따른 스테퍼의 구성도.1 is a block diagram of a stepper according to an embodiment of the present invention.
제 2도는 제 1도 중의 AF 센서를 도시한 구성도.2 is a block diagram showing the AF sensor in FIG.
제 3도는 감광 기판의 각 쇼트영역을 도시한 평면도.3 is a plan view showing each shot region of the photosensitive substrate.
제 4(a)도는 텔레비젼 카메라로 관찰되는 얼라이먼트 마크 및 지표마크의 모식도, 제 4(b)도는 제 4(a)도에 대응하는 촬상신호를 도시한 파형도.Fig. 4 (a) is a schematic diagram of alignment marks and index marks observed by a television camera, and Fig. 4 (b) is a waveform diagram showing image pickup signals corresponding to Fig. 4 (a).
제 5(a)도는 얼라인먼트(정렬)시의 포커스 위치를 도시한 주요 부분의 측면도, 제 5(b)도는 노광시 포커스 위치를 도시한 주요 부분의 측면도이다.5 (a) is a side view of the main part showing the focus position at the time of alignment (alignment), and FIG. 5 (b) is a side view of the main part showing the focus position at the time of exposure.
★도면의 주요부분에 대한 부호의 설명★ ★ Explanation of symbols for main parts of drawings ★
1 : 광원 R : 레티클1: light source R: reticle
W : 웨이퍼 14 : 주제어계W: Wafer 14: Main control system
16 : 투영광학계 22 : 조정부(결상특성 조정부의 일부)16: projection optical system 22: adjustment unit (part of the imaging characteristic adjustment unit)
ES1-ESN : 쇼트영역ES1-ESN: Short Area
Mxi : X방향용 얼라인먼트 마크Mxi: Alignment mark for X direction
Myi : Y방향용 얼라인먼트 마크Myi: alignment mark for Y direction
본 발명은, 조정부에 의해 결상특성을 조정한 경우, 얼라인먼트 센서의 초점합치면에서 얼라인먼트 마크를 검출하거나(청구항 1, 2), 혹은 투영광학계의 결상면의 위치와 얼라인먼트 센서의 초점합치면의 위치와의 차이분(△Z)에 근거하여, 마크 위치의 검출값을 보정한다(청구항 3, 5), 그러므로, 결상특성을 조정하여 중첩 정밀도가 향상된 경우에도 얼라인먼트 정밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있고, 그 결과, 디바이스의 양품률이 향상된다.According to the present invention, when the imaging characteristic is adjusted by the adjusting unit, the alignment mark is detected from the focal mating surface of the alignment sensor (claims 1 and 2), or the position of the image mating surface of the projection optical system and the position of the focal mating surface of the alignment sensor. Based on the difference ΔZ, the detected value of the mark position is corrected (claims 3 and 5). Therefore, even when the overlapping accuracy is improved by adjusting the imaging characteristic, the alignment accuracy can be prevented from being lowered. As a result, the yield rate of the device is improved.
Claims (35)
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