KR100414575B1 - Projection exposure equipment - Google Patents
Projection exposure equipment Download PDFInfo
- Publication number
- KR100414575B1 KR100414575B1 KR1019940013066A KR19940013066A KR100414575B1 KR 100414575 B1 KR100414575 B1 KR 100414575B1 KR 1019940013066 A KR1019940013066 A KR 1019940013066A KR 19940013066 A KR19940013066 A KR 19940013066A KR 100414575 B1 KR100414575 B1 KR 100414575B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- optical system
- substrate
- projection optical
- amount
- mark
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70058—Mask illumination systems
- G03F7/70066—Size and form of the illuminated area in the mask plane, e.g. reticle masking blades or blinds
-
- 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
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
- G03F7/70241—Optical aspects of refractive lens systems, i.e. comprising only refractive elements
-
- 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
- G03F9/7073—Alignment marks and their environment
Abstract
본 발명에 따른 투사노광장치는 사진감광기판의 각 노광영역위에 마스크 패턴을 투사하는 투사광학장치 및 사전결정된 거리정도 투사광학장치에서 떨어져 있는 측외형의 마크 검출장치를 포함한다. 본 발명에 따른 한 양상에 있어서, 투사노광장치는 투사광학장치의 영상위치에 대한 상쇄량 및, 투사광학장치와 마크검출 장치가 놓여 있는 환경조건의 변화량에 기초하여 축외형 마크검출장치의 최적 초점 위치에 대한 상쇄량을 계산하는 수단을 포함한다. 기판상의 위치마크의 검출이 상쇄량을 고려할때, 마크검출장치의 위치에 있는 기판표면이 최적 초점위치와 정열된 후에 수행된다. 본 발명의 또다른 양상에 있어서, 투시노광장치는 기판표면의 경사량을 결정하기 위한 경사량 측정수단을 포함한다. 기판상의 위치마크의 검출은 경사가 제거된 후 또는 마크검출장치의 위치에 있는 표면이 경사량 고려시 최적 초점위치로 정열된 후에 수행된다.The projection exposure apparatus according to the present invention includes a projection optical device for projecting a mask pattern onto each exposure area of the photosensitive substrate, and an out-of-side mark detection device separated from the projection optical device by a predetermined distance. In one aspect according to the present invention, the projection exposure apparatus is based on the offset amount of the image position of the projection optical device, and the optimum focus of the off-axis mark detection device based on the change amount of the environmental conditions in which the projection optical device and the mark detection device are placed. Means for calculating an offset amount for the location. When the detection of the position mark on the substrate takes into account the offset amount, it is performed after the substrate surface at the position of the mark detection device is aligned with the optimum focus position. In another aspect of the present invention, the see-through exposure apparatus includes an inclination amount measuring means for determining the inclination amount of the substrate surface. The detection of the position mark on the substrate is performed after the inclination is removed or after the surface at the position of the mark detection device is aligned to the optimal focal position in consideration of the amount of inclination.
Description
본 발명은 투영 노광 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼, 액정 디스플레이 소자 플레이트 등의 기판상에 형성된 정렬 마크가 마스크 이미지를 기판과 정렬시키기 위해 비축(off axis) 형태의 정렬 센서에 의하여 검출되는 투영 노광 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus, and in particular, an projection mark formed on a substrate, such as a semiconductor wafer, a liquid crystal display element plate, or the like, which is detected by an off axis alignment sensor to align the mask image with the substrate. Relates to a device.
포토리소그래피 공정에 의한 반도체 소자, 액정 소자등의 제조시, 투영 노광 장치가 사용되어 왔는데, 여기서 레티클 등과 같은 포토마스크의 패턴 이미지는 감광성 물질에 피복되어 있는 기판(예를 들면, 웨이퍼, 글라스 플레이트 등)상의 숏 영역(shot area)들을 노출시키기 위하여 투영 광학계에 의하여 투영된다.In the manufacture of semiconductor devices, liquid crystal devices, etc. by the photolithography process, projection exposure apparatuses have been used, wherein a pattern image of a photomask such as a reticle is used for a substrate (eg, a wafer, a glass plate, etc.) coated with a photosensitive material. Projected by the projection optics to expose the shot areas.
통상의 투영 노광 장치는 검출된 위치가 투영 광학계의 결상 평면과 일치하도록 하기 위하여 노광 위치에서 투영 광학계의 광축을 따라 웨이퍼의 위치(높이)를 검출하기 위한 자동 포커스 메커니즘을 포함해야만 했다. 최근, 투영 광학계의 고해상도를 얻기 위한 노력의 결과로서 포커스의 깊이가 더욱 얕아졌기 때문에, 웨이퍼의 비평탄 및 경사가 존재할 때 웨이퍼의 노광 영역에서의 해상도 및 투광된 이미지의 라인 폭의 균일성이 저하된다는 문제점이 발생한다. 이것을 피하기 위하여, 통상의 투영 노광 장치는 또한 상술된 자동 포커스 메커니즘뿐만 아니라 각 노광 위치에서 웨이퍼의 수평 위치를 검출 및 제어하기 위한 메커니즘(자동 레벨링(leveling) 메커니즘)을 포함한다. 이 두 메커니즘을 결합시킨 실시예가 미합중국 특허 제,4,558,949호에 기술되어 있으며, 그것은 사선 입사 시준기 형태의레벨 검출 장치 및 사선 입사 형태의 포커스 검출 장치의 일체 결합을 나타낸다.Conventional projection exposure apparatus had to include an autofocus mechanism for detecting the position (height) of the wafer along the optical axis of the projection optical system at the exposure position in order for the detected position to coincide with the imaging plane of the projection optical system. In recent years, since the depth of focus has become shallower as a result of efforts to obtain high resolution of the projection optical system, the uniformity of the resolution in the exposure area of the wafer and the line width of the projected image when the unevenness and inclination of the wafer exist The problem arises. To avoid this, conventional projection exposure apparatus also includes a mechanism (automatic leveling mechanism) for detecting and controlling the horizontal position of the wafer at each exposure position as well as the above-described autofocus mechanism. An embodiment combining these two mechanisms is described in US Pat. No. 4,558,949, which represents an integral combination of an oblique collimator type level detection device and an oblique incident type focus detection device.
최근 몇년동안, 고집적도를 가지는 IC 들을 제조하기 위하여 노광광(exposure light)의 파장이 더 짧아지는 경향이 강하고, 그리하여 고해상도를 획득하게 된다. 이를 위해, 예를들면, KrF 엑시머 레이저 빔(파장 λ=248.5nm)이 노광광으로서 사용되는 것으로 제안되었다. KrF 엑시머 레이저 빔을 사용하는 투영 노광 장치의 경우, 레티클과 웨이퍼 사이의 정렬이 노광광과는 다른 파장을 가지는 정렬광이 노광 투영 렌즈를 통하여 기판상에 조사되는 TTL(through the lens) 장치에 의해 실행된다 하더라도, 그러한 장치는 노광광의 파장에 가까운 적당한 파장을 가지는 정렬광을 방사하기 위한 광원을 가지고 있지는 않다. 그러므로, 노광광의 파장은 정렬광의 파장과는 상당히 다르다. 상기 투영 렌즈는 노광광과의 특정 파장에 관련하여 색수차를 감소시키거나 또는 제거시키도록 고안되기 때문에 색수차가 적당히 조정된 정렬광학계를 구비하는 것은 어려운 일이다.In recent years, the wavelength of exposure light tends to be shorter in order to manufacture ICs with high integration, and thus high resolution is obtained. For this purpose, for example, it has been proposed that a KrF excimer laser beam (wavelength? = 248.5 nm) is used as the exposure light. In the case of a projection exposure apparatus using a KrF excimer laser beam, an alignment light whose alignment between the reticle and the wafer has a wavelength different from that of the exposure light is transmitted by a TTL (through the lens) device through which the irradiation light is irradiated onto the substrate through the exposure projection lens. Although implemented, such a device does not have a light source for emitting alignment light having a suitable wavelength close to the wavelength of the exposure light. Therefore, the wavelength of the exposure light is quite different from the wavelength of the alignment light. Since the projection lens is designed to reduce or eliminate chromatic aberration in relation to a specific wavelength with the exposure light, it is difficult to have an alignment optical system with properly adjusted chromatic aberration.
추가로, 상기 정렬이 엑시머 레이저 빔 자체를 사용함으로써 실행된다 하더라도, 해결해야 할 많은 문제가 있다. 예를들면, 웨이퍼상에 피복된 포토레지스트 등과 같은 감광성 물질이 노광되는 문제, 그리고 자체가 맥동광원인 엑시머 레이저로부터의 출력 펄스에서의 광역 분산에 관한 문제 등이 해결되어야 한다. 그렇기 때문에, 원자외선 복사원을 사용하는 투영 노광 장치에서, 비축 형태의 정렬 센서가 사용되는 경우, 그 정렬광의 파장 및 그것의 검출 방법에 관한 제한이 사실상 없기 때문에, 투영 광학계로부터 소정의 거리만큼 간격이 떨어져 있고, 웨이퍼상에서 정렬 마크만을 검출하도록 구성된, 비축 형태의 정렬 센서를 구비하는 것이 효과적이며, 그 결과 높은 재생성을 가지는 정렬이 기대된다.In addition, even though the alignment is performed by using the excimer laser beam itself, there are many problems to be solved. For example, the problem of exposing a photosensitive material such as a photoresist coated on a wafer and the like, and the problem of wide dispersion in an output pulse from an excimer laser, which is itself a pulsating light source, must be solved. Therefore, in the projection exposure apparatus using the far-infrared radiation source, when a non-axis-type alignment sensor is used, since there is practically no limitation on the wavelength of the alignment light and its detection method, it is spaced by a predetermined distance from the projection optical system. With this separation, it is effective to have an off-axis alignment sensor configured to detect only alignment marks on the wafer, with the result that alignment with high reproducibility is expected.
그러나, 종래 비축 형태의 정렬 센서를 가지는 투영 노광 장치에서, 자동 포커싱 및 자동 레벨링(leveling)이 노광 위치(투영 광학계의 노광부)에서만 실행되게 된다. 이 경우, 투영 광학계의 결상 평면의 위치 편차가 대기압 등의 요동으로 인하여 발생하는 경우, 비축 형태의 정렬 센서의 최선의 포커스 위치는 대응하게 변화되지 않는다. 그렇기 때문에, 웨이퍼의 노광 평면이 자동 포커스 장치에 의하여 투영 광학계의 결상 평면과 정렬되는 경우에도, 포커스 부정합(out-of-focus)이 비축 형태의 정렬센서에서 발생하고, 그 결과 웨이퍼상의 정렬 마크를 검출하는데 대한 정확도가 저하되게 된다.However, in the projection exposure apparatus having the conventional non-axis-type alignment sensor, automatic focusing and automatic leveling are performed only at the exposure position (exposure section of the projection optical system). In this case, when the positional deviation of the imaging plane of the projection optical system occurs due to fluctuations such as atmospheric pressure, the best focus position of the non-axis-type alignment sensor does not change correspondingly. Therefore, even when the exposure plane of the wafer is aligned with the imaging plane of the projection optical system by the auto focus device, out-of-focus occurs in the non-axis-type alignment sensor, and as a result, the alignment mark on the wafer is removed. The accuracy of the detection is lowered.
추가로, 노광이 오랜 시간 동안 계속될 때, 투영 광학 시스템의 결상 평면의 위치가 노광의 연속 조사로 인한 열 변형에 의하여 광축을 따라 변화되게 된다. 또한 이런 경우에, 비축 형태의 정렬 센서의 최선의 포커스 위치는 변화하지 않기 때문에, 웨이퍼의 노광 평면이 투영 광학계의 결상 평면과 정렬하게 될 때, 포커스 부정합이 비축 형태의 정렬 센서에서 발생할 것이다.In addition, when the exposure continues for a long time, the position of the imaging plane of the projection optical system is changed along the optical axis by thermal deformation due to continuous irradiation of the exposure. Also in this case, since the best focus position of the non-axis-type alignment sensor does not change, when the exposure plane of the wafer is aligned with the imaging plane of the projection optical system, focus mismatch will occur in the non-axis-type alignment sensor.
추가로, 웨이퍼 표면이 경사져 있다면, 웨이퍼의 표면이 투영 광학계의 노광 위치에서 그 투영 광학계의 결상 평면과 정렬되어 있다는 조건에서, 정렬 마크가 비축 형태의 정렬 센서에 의하여 검출되게 될 경우, 웨이퍼의 표면은 정렬 센서가 설치되는 검출 위치에서 정렬센서의 포커스로부터 이탈되게 되고, 그렇기 때문에 검출 정확도는 저하되게 될 것이다. 다시 말해서, 만약 정렬 마크가 투영 광학계의 노광 위치로 시프트되고, 그후 웨이퍼의 표면이 자동 포커싱 동작에 의하여 투영광학 시스템의 결상 평면과 정렬되고, 다음에 정렬 마크가 정렬 센서가 설치되는 검출 위치로 시프트되게 된다면, 그 정렬 마크는 최선의 포커스 위치로 가져오게 될 것이고, 그렇기 때문에 최적의 정밀도가 획득될 것이다. 그러나, 이 경우, 하나의 스테이지가 노광 위치로부터 정렬 마크위치(정렬 센서가 설치되는 위치에 대응한 위치)로 시프트 되어야 하기 때문에, 처리율이 저하하게 될 것이다.In addition, if the wafer surface is inclined, the surface of the wafer when the alignment mark is to be detected by the non-axis-type alignment sensor under the condition that the surface of the wafer is aligned with the imaging plane of the projection optical system at the exposure position of the projection optical system. Will deviate from the focus of the alignment sensor at the detection position where the alignment sensor is installed, and thus the detection accuracy will be degraded. In other words, if the alignment mark is shifted to the exposure position of the projection optical system, then the surface of the wafer is aligned with the imaging plane of the projection optical system by an automatic focusing operation, and then the alignment mark is shifted to the detection position where the alignment sensor is installed. If so, the alignment mark will be brought to the best focus position, so optimum precision will be obtained. However, in this case, since one stage must be shifted from the exposure position to the alignment mark position (the position corresponding to the position at which the alignment sensor is installed), the throughput will be lowered.
본 발명의 목적은, 웨이퍼상의 정렬 마크의 위치가 투영 광학계의 투영 렌즈의 포커스의 요동에 관계없이 높은 정확도로 정렬 센서에 의해 검출될 수 있고, 레티클상의 패턴 이미지는 그 투영 광학계에 의해 고분해능으로 웨이퍼의 노광 평면상에 투영될 수 있는, 비축 형태의 정렬 센서를 가지는 투영 노광 장치를 제공하고자 하는 것이다.It is an object of the present invention that the position of the alignment mark on the wafer can be detected by the alignment sensor with high accuracy regardless of the fluctuation of the focus of the projection lens of the projection optical system, and the pattern image on the reticle is wafer with high resolution by the projection optical system. It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus having an alignment sensor in the form of a non-axis, which can be projected onto an exposure plane of a.
본 발명의 다른 목적은, 웨이퍼의 표면이 경사져 있어도, 정렬 마크의 위치가 정렬 센서에 의해 더 저하된 처리율 없이 높은 정확도로 검출될 수 있는, 비축 형태의 정렬 센서를 가지는 투영 노광 장치를 제공하고자 하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a projection exposure apparatus having an alignment sensor of the non-axis type, in which the position of the alignment mark can be detected with high accuracy without further reduced throughput by the alignment sensor even if the surface of the wafer is inclined. will be.
본 발명의 또다른 목적은 전술한 장치에서 위치 지정 마크를 검출하기 위한 방법을 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for detecting a positioning mark in the above-described apparatus.
본 발명은, 감광성 기판상에 각 노광 영역상으로 마스크 패턴을 투영하기 위한 투영 광학계와, 투영 광학계의 광축에 수직인 평면에서 기판의 이치를 지정하기 위한 기판 스테이지와, 투영 광학계로부터 소정의 거리만큼 간격이 떨어진 비축 형태의 마크 검출 장치와, 그 스테이지 수단에 의한 마크 검출 장치에 의해 검출된 기판상에 형성된 위치 지정 마크의 검출된 위치를 기초로 하여 기판상의 각 노광영역을 상기 마스크와 정렬시키기 위한 제어 시스템과, 투영 광학계의 광축에 평행한 방향으로 기판의 위치를 지정하기 위한 높이 조절 수단과, 그리고 투영 광학계의 광축 근처에서 투영 광학계의 광축에 평행한 방향을 따라 기판의 포커스 위치를 검출하기 위한 포커스 위치 검출 수단을 포함하는 투영 노광 장치에 적용될 수 있다.The present invention provides a projection optical system for projecting a mask pattern onto each exposure area on a photosensitive substrate, a substrate stage for designating the value of the substrate in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system, and a predetermined distance from the projection optical system. For aligning each exposure area on the substrate with the mask on the basis of the non-axially spaced mark detection device and the detected position of the positioning mark formed on the substrate detected by the mark detection device by the stage means. A control system, height adjusting means for positioning the substrate in a direction parallel to the optical axis of the projection optical system, and for detecting a focus position of the substrate along a direction parallel to the optical axis of the projection optical system near the optical axis of the projection optical system. It can be applied to a projection exposure apparatus including a focus position detecting means.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 투영 노광 장치는 비축 형태의 투영 광학계 및 마크 검출 장치가 속해 있는 환경 조건을 측정하기 위한 환경 조건 측정 장치를 추가로 포함하며, 그리고 제어장치는 환경 조건의 변화량의 검출 결과에 기초하여 투영 광학계의 이미지 위치에 대한 오프 셋 양과 마크 검출 장치의 최적 포커스 위치에 대한 오프셋 양을 결정하는 오프 셋 계산 수단을 포함한다. 이런 실시예에서, 포커스 위치 검출 수단에 의해 검출될 수 있는 포커스 위치는 기판상의 위치 지정 마크의 위치가 마크 검출 시스템에 의해 검출될 때 오프셋 계산 수단에 의해 달성되는 오프셋 양에 기초하여 그리고 마스크 패턴이 투영 광학계를 통해 기판상의 노출 영역 상에 노출될 때 오프셋 계산 수단에 의해 달성되는 오프셋 양에 기초하여 독립적으로 변화하고, 그 결과 투영 광학계의 광축과 평행한 기판상의 위치가 높이 조절 수단에 의해 독립적으로 설정된다.According to another embodiment of the present invention, the present projection exposure apparatus further includes an environmental condition measuring device for measuring an environmental condition to which the non-axis-type projection optical system and the mark detection apparatus belong, and the control device includes a change amount of the environmental condition. Offset calculation means for determining an offset amount with respect to the image position of the projection optical system and an offset amount with respect to the optimal focus position of the mark detection apparatus based on the detection result of. In this embodiment, the focus position that can be detected by the focus position detecting means is based on the offset amount achieved by the offset calculating means when the position of the positioning mark on the substrate is detected by the mark detection system and the mask pattern is When exposed on the exposed area on the substrate through the projection optical system, it changes independently based on the amount of offset achieved by the offset calculating means, so that the position on the substrate parallel to the optical axis of the projection optical system is independent by the height adjusting means. Is set.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 투영 노광 장치는 투영 광학계의 광축에 수직인 평면에 관하여 기판 스테이지상에 안착되는 기판의 경사량을 측정하기 위한 경사량 측정 수단을 추가로 포함하고, 그 제어장치는 포커스 위치 검출 수단에 의해 결정된 기판상의 어떤 위치에서의 포커스 위치, 경사량 측정 수단에 의해 결정된 기판의 경사량, 및 마크가 마크 검출장치에 의해 검출될 수 있도록 스테이지가 배치될 때 기판상의 마크에 관한 배열 정보에 기초하여 소정값으로 마크와 마크 검출 장치 사이의 거리를 보정하는데 요구되는 높이 조절 수단의 시프팅 양을 계산하기 위한 계산 수단을 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the projection exposure apparatus further includes inclination amount measuring means for measuring the inclination amount of the substrate seated on the substrate stage with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system, and the control thereof. The apparatus includes a mark on a substrate when the stage is arranged so that the focus position at a position on the substrate determined by the focus position detecting means, the amount of tilt of the substrate determined by the tilt amount measuring means, and the mark can be detected by the mark detecting apparatus. And calculating means for calculating the shifting amount of the height adjusting means required to correct the distance between the mark and the mark detection device to a predetermined value based on the arrangement information relating to.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 본 투영 노광 장치는 투영 광학계의 광축에 수직인 평면에 관하여 기판 스테이지상에 안착된 기판의 경사량을 측정하기 위한 경사량 측정 수단과, 기판 스테이지상에 설치되고 기판을 경사지게 하는 기판 경사량 보정 수단을 추가로 포함하며, 제어 장치는 기판이 경사량 측정수단에 의해 결정된 경사량을 기초로 하여 투영 광학계의 광축에 수직하게 되도록 기판 경사량 보정 수단이 보정될 수 있도록 하며, 마크 및 마크 검출 장치 사이의 거리가 소정의 값을 가지도록 포커스 위치 검출 수단 및 높이 조절 수단이 기판을 상하로 시프트 시킬 수 있도록하며, 다음에 마크가 마크 검출 장치에 의해 검출될 수 있도록 스테이지가 배치될 경우 마크 검출 장치가 위치 지정 마크의 위치를 검출할 수 있도록 하는 역할을 한다.According to another embodiment of the present invention, the present projection exposure apparatus is provided with an inclination amount measuring means for measuring an inclination amount of a substrate seated on a substrate stage with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system and on the substrate stage. And the substrate tilt amount correcting means for tilting the substrate, wherein the control device is adapted to correct the substrate tilt amount correcting means so that the substrate is perpendicular to the optical axis of the projection optical system based on the tilt amount determined by the tilt amount measuring means. The focus position detecting means and the height adjusting means can shift the substrate up and down so that the distance between the mark and the mark detecting device has a predetermined value, and then the mark can be detected by the mark detecting device. If the stage is arranged so that the mark detection device can detect the position of the positioning mark .
본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 투영 노광 장치는 투영 광학계의 광축에 수직인 평면에 관하여 기판 스테이지상에 안착된 기판의 경사량을 측정하기 위한 경사량 측정 수단과, 경사량 측정 수단에 의해 결정된 기판의 경사량을 이미 저장된 기판 경사량의 허여가능한 값과 비교하기 위한 비교 수단을 추가로 포함하며, 제어장치는 마크가 마크 검출 장치에 의해 검출될 수 있도록 스테이지가 배치될 때, 만약 경사량 측정 수단에 의해 결정된 기판의 경사량에 상기 허여가능한 값보다 더 크다고 판단되면, 그 마크 및 마크 검출 장치 사이의 거리가 소정의 값을 가지도록 포커스 위치 검출 수단 및 높이 조절 수단을 제어하는 역할을 한다.According to a further embodiment of the present invention, a projection exposure apparatus includes a tilt amount measuring means for measuring the tilt amount of a substrate seated on a substrate stage with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system, and by the tilt amount measuring means. And comparing means for comparing the determined amount of inclination of the substrate with the allowable value of the already stored amount of substrate inclination, wherein the control device, when the stage is arranged so that the mark can be detected by the mark detection device, If it is determined that the inclination amount of the substrate determined by the measuring means is larger than the allowable value, it serves to control the focus position detecting means and the height adjusting means so that the distance between the mark and the mark detecting device has a predetermined value. .
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투영 노광 장치에 관하여 도면을 참조로 하여 설명하겠다.A projection exposure apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
이 실시예에서, 본 발명은, 투영 노광 장치에 적용되며, 여기서 레티클의 패턴 이미지가 포토레지스터(레지스트) 물질이 피복된 웨이퍼의 각 숏 영역상에 단계적 반복 공정에 의하여 연속적으로 투영되게 된다.In this embodiment, the present invention is applied to a projection exposure apparatus wherein a pattern image of a reticle is continuously projected by a stepwise repeating process on each shot region of a wafer coated with a photoresist (resist) material.
제 1도는 이 실시예에 따른 투영 노광 장치의 개략도를 도시한 것이다. 제 1도에서, 초고압 수은 램프(1)로부터 방출된 노광광(1L1)은 타원형거울(2)에 의해 반사되어, 그 타원형 거울의 제 2 포커스에 집속되고, 그후 시준 렌즈, 간섭 필터, 광학 집속기 (플라이 아이 렌즈), 구경 조리대(σ 조리개)등을 포함하는 조사 광학계(3)로 입사된다. 추가로, 타원형 거울(2)의 제 2 포커스 근처에서, 모터(5)에 의해 구동되는 셔터(예를들면, 4 베인 로터리 셔터)(4)가 구비되어 있어서 노광광의 광로를 닫거나 열게 된다. 다시 말하면, 노광광(1L1)은 수은 램프(1)로부터 방출된 밝은 선(i-라인 등)으로 한정되는 것이 아니라, KrF 엑시머 레이저 또는 ArF 엑시머 레이저로부터 방출된 레이저 빔이거나 금속 증기 레이저 또는 YAG 레이저로부터 방출된 고조파가 될 수 있다.1 shows a schematic diagram of a projection exposure apparatus according to this embodiment. In FIG. 1, the exposure light 1L1 emitted from the ultra-high pressure mercury lamp 1 is reflected by the elliptical mirror 2, is focused on the second focus of the elliptical mirror, and then the collimating lens, interference filter, optical collection It enters into the irradiation optical system 3 including a shorthand (fly eye lens), an aperture counter (σ aperture), and the like. In addition, near the second focus of the elliptical mirror 2, a shutter (e.g., four vane rotary shutter) 4 driven by the motor 5 is provided to close or open the light path of the exposure light. In other words, the exposure light 1L1 is not limited to the bright line (i-line, etc.) emitted from the mercury lamp 1, but is a laser beam emitted from a KrF excimer laser or an ArF excimer laser or a metal vapor laser or a YAG laser. It can be harmonics emitted from.
조사 광학계(3)로부터 나타나고 웨이퍼의 레지스트 층에 감광성을 주는 범위내의 파장을 가지는 노광광의 거의 대부분은 빔 스플리터(6)를 통과하고, 그후 제 1 릴레이 렌즈(7), 다양한 시야 조리개(레티클 블라인드)(8) 및 제 2 릴레이렌즈(9)를 통과하여, 거울(10)에 도달하게 된다. 다음에, 광은 메인 시준 렌즈(11)를 향하여 수직 방향 아래로 거울에 의해 반사된다. 다음에, 상기 광은 실질적으로 균일한 조도로 레티클(R)의 패턴 영역(PA)을 조사하도록 메인 시준 렌즈를 통과한다. 레티클 블라인드(8)가 배치된 평면은 레티클(R)의 패턴 형성 평면과 (관계된 이미지로) 결합된다.Almost all of the exposure light that appears from the irradiation optical system 3 and has a wavelength within the range of giving photoresist to the resist layer of the wafer passes through the beam splitter 6, and then the first relay lens 7, various field stops (reticle blinds) It passes through 8 and the second relay lens 9 to reach the mirror 10. The light is then reflected by the mirror down the vertical direction towards the main collimating lens 11. The light then passes through the main collimating lens to irradiate the pattern area PA of the reticle R with a substantially uniform illuminance. The plane in which the reticle blind 8 is disposed is combined (in a related image) with the pattern forming plane of the reticle R.
레티클(R)은 모터(15)에 의한 투영 광학계(16)의 광축 방향으로 약간 시프트될 수 있고, 2차원상으로 시프트될 수 있는 레티클 스테이지(12)상에 정지되고, 수평면에서 약간 회전된다. 시프트 가능한 거울(13m)은 레티클 스테이지(12)의 한끝에 고정되고, 그 거울은 레이저 광파 간섭 측정기(간섭계)(13)로부터 레이저 빔을 반사시킬 수 있고, 그리하여 레티클 스테이지(12)의 1차원 위치는 항상, 예를들면 0.01㎛ 정도의 분해능으로 간섭계(13)에 의하여 검출된다. 레티클(R)상에 배치된 레티클 정렬 장치(도시되지 않음)는 레티클(R)의 주변부상에 형성된 두 집합의 정렬 마크를 검출하는 역할을 한다. 레티클 정렬 장치로부터 검출 신호를 기초로 하여 레티클 스테이지(12)를 약간 시프트함으로써, 레티클(R)은 패턴 영역(PA)의 중심이 투영 광학계의 광축(AX)과 정렬되도록 배치된다.The reticle R may be slightly shifted in the optical axis direction of the projection optical system 16 by the motor 15, is stopped on the reticle stage 12 which may be shifted in two dimensions, and is rotated slightly in the horizontal plane. The shiftable mirror 13m is fixed at one end of the reticle stage 12, which mirror can reflect the laser beam from the laser wave interferometer (interferometer) 13, and thus the one-dimensional position of the reticle stage 12 Is always detected by the interferometer 13 with a resolution of, for example, about 0.01 μm. A reticle alignment device (not shown) disposed on the reticle R serves to detect two sets of alignment marks formed on the periphery of the reticle R. By slightly shifting the reticle stage 12 based on the detection signal from the reticle alignment device, the reticle R is arranged such that the center of the pattern area PA is aligned with the optical axis AX of the projection optical system.
레티클(R)의 패턴 영역(PA)을 통과하는 노광광(1L1)은 텔레센트릭 투영 광학계(16)에 입사하고, 그 결과 레티클(R)의 회로 패턴의 투영된 이미지가 원래 크기의 1/5로 축소되고, 그 축소된 이미지는 포토레지스트 층이 형성된 웨이퍼(W)상에 형성된 숏 영역중 하나 이상에 투영(집속)된다. 웨이퍼는 그것의 표면이 투영 광학계(16)의 결상 평면과 일치하도록 안착된다.The exposure light 1L1 passing through the pattern area PA of the reticle R is incident on the telecentric projection optical system 16, so that the projected image of the circuit pattern of the reticle R is 1 / original size. Reduced to 5, the reduced image is projected (focused) on one or more of the shot regions formed on the wafer W on which the photoresist layer is formed. The wafer is seated so that its surface coincides with the imaging plane of the projection optics 16.
제 3도는 웨이퍼(W)의 좌표계(x,y)를 따라 웨이퍼(W) 상에 배치된 숏 영역(ES1∼ESN)을 도시한다. X 방향 정렬 웨이퍼 마크(Mxi) 및 Y 방향 정렬 웨이퍼 마크(Myi)는 각 숏 영역(ESi) 근처의 직선상에 형성된다. 웨이퍼 마크(Mxi)는 소정의 피치에서 X 방향을 따라 배치된 복수의 바를 포함하는 멀티바형의 마크이고, 웨이퍼 마크(Myi)는 소정의 피치에서 Y 방향을 따라 배열된 복수의 바를 포함하는 멀티바형의 마크이다. 추가로, 기술된 실시예에서, 예를들면, 그 정렬은 향상된 글로블 정렬 장치(이하에 "EGA 장치"로 언급됨)에 의해 실행된다. EGA 장치는, 숏 영역(SAi) 전체중에서 단지 미리 선택된 숏 영역(SA1∼SA9)에 관한 웨이퍼 마크의 위치가 비축 형태의 정렬 센서에 의해 검출되는 공지되어 있는 장치이다. 이런 영역들은 "샘플 숏 영역"으로 참조된다. 그 다음, 모든 숏 영역에 적용할 수 있는 설계 좌표가 만족스럽게 검출 결과를 처리함으로 계산되고, 다른 숏 영역에 관한 정렬이 계산된 설계 좌표를 기초로 실행된다. EGA 장치는 미합중국 특허 제 4,780,617호에 설명되어 있다.3 shows the shot regions ES1 to ESN disposed on the wafer W along the coordinate systems x and y of the wafer W. As shown in FIG. The X-direction aligned wafer mark Mxi and the Y-direction aligned wafer mark Myi are formed on a straight line near each shot region ESi. The wafer mark Mxi is a multi-bar type mark including a plurality of bars arranged along the X direction at a predetermined pitch, and the wafer mark Myi is a multi-bar type including a plurality of bars arranged along the Y direction at a predetermined pitch. Is the mark. In addition, in the described embodiment, for example, the alignment is performed by an improved global alignment apparatus (hereinafter referred to as "EGA apparatus"). The EGA apparatus is a known apparatus in which the position of the wafer mark with respect to only the preselected shot regions SA1 to SA9 in the entire shot region SAi is detected by a non-axis alignment sensor. These areas are referred to as "sample shot areas". Then, the design coordinates applicable to all the shot regions are calculated by satisfactorily processing the detection result, and the alignment with respect to the other shot regions is executed based on the calculated design coordinates. EGA devices are described in US Pat. No. 4,780,617.
제 1도를 참조하면, 웨이퍼(W)는 진공 작용에 의하여 미세하게 회전 가능한 웨이퍼 홀더에 고착되고, 웨이퍼 홀더를 경유하여 Z 스테이지(17)상에 고정되고, Z 스테이지(17)는 XY 스테이지(18)상에 고정된다. 전체 장치의 동작을 제어하기 위한 메인 제어장치(14)는 단계적 반복 방식으로 모터(21)에 의하여 XY 스테이지(18)를 구동하는 역할을 하고, 또한 Z 스테이지(17)를 동작시키고, 그럼으로써 웨이퍼를 2차원적으로 시프트시키고, Z 스테이지(17)를 경유하여 투영 광학계(16)의 광축과 평행한 Z 방향으로 웨이퍼(W)를 위치지정하게 된다. 웨이퍼(W)를 수평으로 레벨링하기 위한 레벨링 스테이지(17ℓ)는 Z 스테이지(17)에 통합된다. 웨이퍼(W)상의 한 숏 영역에 관한 레티클(R)의 이동 노광이 완료될 때, 웨이퍼(W)는 웨이퍼 스테이지 WS의 XY 스테이지(18)에 의해 다음 숏 위치로 단계적으로 시프트된다. 간섭계(20)로부터 레이저 빔을 반사시키기 위한 시프트 가능한 거울(20m)은 Z 스테이지(17)의 한 끝에 고정되고, 그리하여 Z 스테이지(17)의 2차원 위치는 항상 간섭계(20)에 의하여, 예를들면 0.01㎛ 차수의 분해능으로 검출된다.Referring to FIG. 1, the wafer W is fixed to a finely rotatable wafer holder by vacuum action, fixed on the Z stage 17 via the wafer holder, and the Z stage 17 is an XY stage ( 18) is fixed on the phase. The main controller 14 for controlling the operation of the entire apparatus serves to drive the XY stage 18 by the motor 21 in a stepwise repetitive manner, and also to operate the Z stage 17, thereby the wafer. Is shifted two-dimensionally, and the wafer W is positioned in the Z direction parallel to the optical axis of the projection optical system 16 via the Z stage 17. The leveling stage 17L for leveling the wafer W horizontally is integrated into the Z stage 17. When the movement exposure of the reticle R with respect to one shot area on the wafer W is completed, the wafer W is stepwise shifted to the next shot position by the XY stage 18 of the wafer stage WS. A shiftable mirror 20m for reflecting the laser beam from the interferometer 20 is fixed at one end of the Z stage 17, so that the two-dimensional position of the Z stage 17 is always determined by the interferometer 20, for example. For example, it is detected with the resolution of 0.01 micrometer order.
추가로, 베이스라인 측정시 사용되는 기준 마크가 형성된 유리 기판을 포함하는 기준 부재(19)는 Z 스테이지(17)상에 설치되어서, 대략 기준 부재의 상부면이 웨이퍼(W)의 노광 표면과 정렬된다. 설명된 실시예에서, 그 기준 부재의 위치가 Z 스테이지(17)에 의해 Z 방향으로 변화되는 동안, 기준 마크는 비축 형태의 정렬 센서(27)(이하에 기술됨)에 의하여 관측되고, 그에 의하여 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치는 결상된 기준 마크의 대비가 가장 높게 되는 위치로부터 결정된다. 기준 부재(19)상에 형성된 기준 마크는 웨이퍼 마크와 유사한 멀티바 형태의 마크일 수도 있다.In addition, a reference member 19 comprising a glass substrate on which a reference mark is used for baseline measurement is mounted on the Z stage 17, so that approximately the top surface of the reference member is aligned with the exposure surface of the wafer W. FIG. do. In the described embodiment, while the position of the reference member is changed in the Z direction by the Z stage 17, the reference mark is observed by the alignment sensor 27 (described below) in the form of a non-axis, thereby The optimal focus position of the alignment sensor 27 is determined from the position where the contrast of the formed reference mark is the highest. The reference mark formed on the reference member 19 may be a mark in the form of a multibar similar to the wafer mark.
추가로, 정렬 센서(27)에 의하여 기준 부재(19)상에 기준 마크의 위치를 검출함으로써, 그리고 그후 투영 광학계를 통하여 TTL(though the lens) 형태의 마크의 관측 시스템에 의해 기준 마크의 위치를 검출함으로써, 베이스 라인 양, 즉 투영 광학계(16)의 광축 및 정렬 센서(27)의 광축 사이의 편향 양이 결정된다. 정렬 센서(27)에 의하여 웨이퍼상의 임의의 웨이퍼 마크의 위치를 검출함으로써 그리고 검출 결과에 베이스 라인 양을 더함으로써, 그러한 웨이퍼 마크가 투영 광학계(16)의 노광 영역에 속하는 숏 영역의 위치를 결정하는 것이 가능하다.In addition, the position of the reference mark is detected by the alignment sensor 27 by detecting the position of the reference mark on the reference member 19 and then through the projection optical system by the observation system of the mark in the form of a tough the lens (TTL). By detecting, the amount of base line, that is, the amount of deflection between the optical axis of the projection optical system 16 and the optical axis of the alignment sensor 27 is determined. By detecting the position of any wafer mark on the wafer by the alignment sensor 27 and by adding the baseline amount to the detection result, the position of the shot area belonging to the exposure area of the projection optical system 16 is determined. It is possible.
추가로, 제 1도에 도시된 바와 같이, 투영 광학계(16)의 결상 모양을 조절하기 위한 결상 모양 보정부(22)가 제공된다. 설명된 실시예에 따른 보정부(22)는, 압전 소자 등에 의하여 (그 광축과 평행한 방향으로 또는 그 광축에 관하여 그들을 경사지게) 그들을 이동시키기 위하여, 투영 광학계(16)를 구성하는 임의의 렌즈 소자(특히, 레티클(2)의 근처에 배열된 복수의 렌즈 소자)를 독립적으로 구동시킴으로써, 이미지 모양을 보정하는 역할을 한다(예를들면, 투영 확대 및/또는 왜곡).In addition, as shown in FIG. 1, an image shape correcting portion 22 for adjusting the image shape of the projection optical system 16 is provided. The correction unit 22 according to the described embodiment is any lens element constituting the projection optical system 16 for moving them (in a direction parallel to the optical axis or inclining them with respect to the optical axis) by a piezoelectric element or the like. In particular, by independently driving (a plurality of lens elements arranged in the vicinity of the reticle 2), it serves to correct an image shape (e.g., projection magnification and / or distortion).
이리하여, 투영 광학계(16)의 이미지 모양은 주변 압력 및 온도 및 투영 광학계(16)에 관한 노광광의 조사시간(특히, 그 노광광의 흡수에 관한 투영 광학계의 열집속량)에 따라 변화하게 되는 결상 평면의 위치(집속 위치)를 포함한다. 마찬가지로, 정렬 센서(27)의 최선의 포커스 위치는 대기압 및 온도에 의존하여 변화된다.Thus, the image plane of the projection optical system 16 changes depending on the ambient pressure and temperature and the irradiation time of the exposure light with respect to the projection optical system 16 (particularly, the heat focusing amount of the projection optical system with respect to absorption of the exposure light). It includes the position of (focusing position). Likewise, the best focus position of the alignment sensor 27 changes depending on atmospheric pressure and temperature.
상기에서, 주변 센서(23)는 투영 광학계(16) 및 정렬 센서(27) 사이의 중간 위치에 설치되고, 그리하여, 대기압 및 온도는 항상 주변 센서(23)에 의해 측정되고, 메인 제어장치(14)에 측정 결과를 보낸다. 메인 제어장치(14)는 투영 광학계(16)의 이미지 모양의 변화 및 테스트를 통하여 알려진 방정식을 기초로 한 결상 평면 위치에서의 변화를 결정하는 역할을 하며 동시에 정렬 센서(27)의 최선의 포커스 위치의 변화량을 결정하는 역할을 한다. 결상 평면 위치와는 다른 투영 광학계(16)의 이미지 모양의 변화에 관하여, 그러한 변화는 이미지 모양 보정부(22)를 경유하여 메인 제어장치(14)에 의하여 보정된다. 추가로, 투영 광학계(16)의 결상 평면 위치변화 및 정렬 센서(27)의 최선의 포커스 위치 변화에 관하여, 메인 제어장치(14)는 노광 동작중에 그리고 이하에 기술될 정렬 동작중에 Z 스테이지(17)를 경유하여 웨이퍼(W)의 포커스 위치를 독립하여 설정함으로써 그러한 변화를 다룬다.In the above, the peripheral sensor 23 is installed at an intermediate position between the projection optical system 16 and the alignment sensor 27, so that the atmospheric pressure and the temperature are always measured by the peripheral sensor 23, and the main controller 14 Send the measurement result to). The main controller 14 serves to determine the change in the image plane of the projection optical system 16 and the change in the imaging plane position based on known equations while testing the best focus position of the alignment sensor 27. Determines the amount of change in the Regarding the change of the image shape of the projection optical system 16 different from the image plane position, such a change is corrected by the main controller 14 via the image shape corrector 22. In addition, with respect to the imaging plane position change of the projection optical system 16 and the best focus position change of the alignment sensor 27, the main controller 14 is subjected to the Z stage 17 during the exposure operation and during the alignment operation described below. Such change is handled by independently setting the focus position of the wafer W via the < RTI ID = 0.0 >
다른 한편, 빔 스플리터(6)에 의해 반사된 노광광(1L1)은 집광 렌즈(24)를 경유하여 광전 검출기(25)로 입사되고, 광전 검출기(25)로부터 나온 광전 변환신호는 메인 제어장치(14)로 보내진다. 광전 검출기(25)의 광수신량 및 웨이퍼(W)의 노광 평면상의 노광 에너지 사이의 관계가 미리 결정되기 때문에, 메인 제어 시스템(14)은 광전 시스템(25)로부터의 광전 변환 신호를 집속함으로써, 웨이퍼(W)의 각 숏 영역에 관한 집속된 노광량을 모니터하고, 그리하여 노광 시간을 제어한다. 동시에, 투영 광학계(16)를 통과하는 노광광의 전체 집속된 광량이 집속된 노광량으로부터 결정될 수 있기 때문에, 메인 제어(4)는 투영 광학계(16)의 이미지 모양에서의 변화량 및 광전 검출기(25)로부터 나온 광전 변환 신호의 집속 결과를 기초로 하여 투영 광학계(16)의 결상 평면 위치의 변화에서 변화량을 결정할 수 있고, 상술된 방식으로 보정할 수 있다.On the other hand, the exposure light 1L1 reflected by the beam splitter 6 enters the photoelectric detector 25 via the condensing lens 24, and the photoelectric conversion signal from the photoelectric detector 25 is transmitted to the main controller ( 14) are sent to. Since the relationship between the light reception amount of the photoelectric detector 25 and the exposure energy on the exposure plane of the wafer W is predetermined, the main control system 14 focuses the photoelectric conversion signal from the photoelectric system 25, thereby The focused exposure amount for each shot region of (W) is monitored, and the exposure time is thus controlled. At the same time, since the total focused light amount of the exposure light passing through the projection optical system 16 can be determined from the focused exposure amount, the main control 4 is changed from the photoelectric detector 25 and the amount of change in the image shape of the projection optical system 16. The amount of change in the change of the position of the imaging plane of the projection optical system 16 can be determined on the basis of the result of the focusing of the photoelectric conversion signal, and can be corrected in the manner described above.
기술된 실시예에 따른 투영 노광 장치는 웨이퍼(W)의 노광 평면의 위치를 측정하기 위한 포커스 위치 검출 장치["AF 센서"로 언급함]을 추가로 포함한다. 자동 집속은 AF 센서, Z 스테이지 및 메인 제어(14)에 의하여 통상의 방식으로 실행된다. 제 1도에 도시된 바와 같이, AF 센서는 투영 광학계(16)의 양측에 배열된 광송신 장치(42a) 및 광수신장치(42b)에 의해 구성된다.The projection exposure apparatus according to the described embodiment further comprises a focus position detection device (referred to as "AF sensor") for measuring the position of the exposure plane of the wafer W. Automatic focusing is performed in a conventional manner by the AF sensor, the Z stage and the main control 14. As shown in FIG. 1, the AF sensor is constituted by the light transmitting device 42a and the light receiving device 42b arranged on both sides of the projection optical system 16. As shown in FIG.
제 2도는 AF 센서의 확대도이다. 제 2도에서, AF 센서는 광송신장치(42a)와 (조사 장치(43)-광수신 대물렌즈(45)), 광수신장치)(42b)(광수신 대물렌즈(46)-광전 검출기(50))를 포함한다. 광송신장치(42a)에서, 하나의 슬릿을 가지는 구경 기판(도시 안됨)은 조사 장치(43)의 앞에 배치된다. 구경을 통과하는 검출광(예를들면, 웨이퍼(W) 상의 포토레지스트에 감광되지 않는 광)하여, 투영 광학계(16)의 광축(AX)에 관하여 경사지게 웨이퍼(W)의 노광 평면(또는 기준 부재(19)의 표면)에 입사되며, 그 결과, 슬릿상이 집속되고 노광평면에 투영된다. 노광 평면에 의해 반사된 검출광은 광수신 대물렌즈 (46), 경사각 조절 거울(47), 시준 렌즈(48) 및 진동슬릿 플레이트(43)를 통하여 광전 검출기(50)의 광수신 표면에 입사되고, 그리하여, 슬릿상은 광전 검출기의 광수신 표면에서 슬릿 구경에 재집속된다. 구경을 통과한 광은 광전기적으로 검출 신호로 변환되고, 진동 슬릿 기판(49)용의 구동 신호(기준 신호)에 대한 검출 신호의 동시관계는 메인 제어장치(14)에서 측정되고, 그리하여 포커스 신호를 획득하게 된다.2 is an enlarged view of the AF sensor. In FIG. 2, the AF sensor includes the optical transmitter 42a and the (irradiation apparatus 43-the optical reception objective lens 45), the optical receiver) 42b (the optical reception objective lens 46-the photoelectric detector ( 50)). In the optical transmitter 42a, an aperture substrate (not shown) having one slit is disposed in front of the irradiation apparatus 43. Detection light passing through the aperture (for example, light that is not exposed to the photoresist on the wafer W) to be inclined with respect to the optical axis AX of the projection optical system 16 (or the reference plane of the wafer W) (Surface of (19)), and as a result, the slit image is focused and projected onto the exposure plane. The detection light reflected by the exposure plane is incident on the light receiving surface of the photoelectric detector 50 through the light receiving objective lens 46, the tilt angle adjusting mirror 47, the collimation lens 48 and the oscillating slit plate 43. Thus, the slit phase is refocused on the slit aperture at the light receiving surface of the photoelectric detector. The light passing through the aperture is photoelectrically converted into a detection signal, and the simultaneous relationship of the detection signal with respect to the drive signal (reference signal) for the vibration slit substrate 49 is measured by the main controller 14, and thus the focus signal. Will be obtained.
이 경우, 웨이퍼(W)의 노광 평면에서 투영된 슬릿상의 횡방향은 제 2도의 평면에 수직인 방향과 같다. 이리하여, 웨이퍼(W)의 노광 평면이 Z 방향으로 배치될 때, 광전검출기(50)의 광수신 표면상에 집속된 슬릿상은 X 방향으로 시프트된다. 따라서, 광전 검출기(50)로부터 방사된 포커스 신호는, 웨이퍼의 노광 평면이 소정의 범위내에서 포커스 위치로부터 이탈되는 이탈량에 비례하여 대략 선형으로 변화하기 때문에, 포커스 위치에서의 웨이퍼(W)의 노광 평면의 이탈량은 포커스 신호를 기초로 하여 검출될 수 있다. 추가로, 제 2도의 평면에 수직인 축 주위에 광수신장치(42b)의 거울(47)을 회전시킴으로써, 광전 검출기(50)의 광수신 표면상에 집속된 슬릿상은 X 방향으로 시프트될 수 있다. 거울(47)의 경사각은 구동부(51)를 경유하여 메인 제어장치(14)에 의하여 설정된다. 이하에 기술되는 바와 같이, Z 방향에서의 투영 광학계(16)의 최선의 결상 평면위치(결상 평면 위치)가 결정될 때, 그 슬릿상의 중심은, 예를들면 웨이퍼(W)의 노광 평면이 결상 평면 위치에서 설정되는 조건으로 거울을 경사지게 함으로써 광전 검출기(50)의 광수신 표면상에서 구경의 중심과 정렬된다. 이것은 포커스 신호가 제로 교차점에서 설정된다는 것을 의미한다. 이리하여, AF 센서의 구경을 측정하게 되다.In this case, the transverse direction of the slit image projected from the exposure plane of the wafer W is the same as the direction perpendicular to the plane of FIG. Thus, when the exposure plane of the wafer W is disposed in the Z direction, the slit image focused on the light receiving surface of the photodetector 50 is shifted in the X direction. Therefore, the focus signal emitted from the photoelectric detector 50 changes approximately linearly in proportion to the amount of deviation from which the exposure plane of the wafer is separated from the focus position within a predetermined range. The deviation amount of the exposure plane can be detected based on the focus signal. In addition, by rotating the mirror 47 of the light receiving device 42b around an axis perpendicular to the plane of FIG. 2, the slit image focused on the light receiving surface of the photodetector 50 can be shifted in the X direction. . The inclination angle of the mirror 47 is set by the main controller 14 via the drive unit 51. As described below, when the best imaging plane position (imaging plane position) of the projection optical system 16 in the Z direction is determined, the center of the slit image is, for example, that the exposure plane of the wafer W is the imaging plane. By inclining the mirror to the condition set at the position, it is aligned with the center of the aperture on the light receiving surface of the photoelectric detector 50. This means that the focus signal is set at zero crossings. Thus, the aperture of the AF sensor is measured.
또한, 제 1도에 도시된 바와 같이, 프리즘 거울(26) 및 전술된 정렬센서(27)는 투영 광학 시스템(16)의 일측에 배치된다. 상기 정렬 센서(27)에서, 할로겐 램프(28)로부터 방출되는 조사광(IL2)은 시준 렌즈(29)를 통해서 광섬유(30)로 조사되며 광섬유(30)의 다른 단부로부터 나가는 조사광(IL2)은 렌즈 시스템(31), 하프 프리즘(32) 및 대물렌즈(33)를 통해 프리즘 미러(26)로 조사되며, 그 결과 프리즘 미러(26)에 의해 반사된 조사광이 대체로 수직으로 웨이퍼(W)상의 웨이퍼 마크를 조사 또는 비춘다.In addition, as shown in FIG. 1, the prism mirror 26 and the alignment sensor 27 described above are disposed on one side of the projection optical system 16. In the alignment sensor 27, the irradiation light IL2 emitted from the halogen lamp 28 is irradiated to the optical fiber 30 through the collimation lens 29 and the irradiation light IL2 exiting from the other end of the optical fiber 30. Is irradiated to the prism mirror 26 through the lens system 31, the half prism 32 and the objective lens 33, so that the irradiation light reflected by the prism mirror 26 is generally vertically wafer W Examine or illuminate the wafer mark on the image.
웨이퍼(W)상의 웨이퍼 마크에 의해 반사된 광은 프리즘 미러(26) 및 대물렌즈(33)를 통해 하프 프리즘(32)에 도달하도록 역으로 진행된다. 상기 하프 프리즘(32)에 의해 반사된 광은 시준 렌즈(34)를 통해 인덱스 판(35)상의 웨이퍼 마크상을 접속한다. X 방향 인덱스 마크(35a,35b)(제 4도 참조)와 축방향 인덱스 마크는 인덱스 판(35)상에 형성된다. 제 4도에 도시된 바와 같이, 인덱스마크(35a,35b) 각각은 두 개의 바 패턴으로 구성되며 상기 패턴은 Y 방향에 대응하는 방향으로 연장되며 X 방향에 대응하는 방향으로 선정된 거리만큼 서로 분리된다.The light reflected by the wafer mark on the wafer W is reversed to reach the half prism 32 through the prism mirror 26 and the objective lens 33. The light reflected by the half prism 32 connects the wafer mark image on the index plate 35 through the collimation lens 34. X-direction index marks 35a and 35b (see FIG. 4) and axial index marks are formed on the index plate 35. As shown in FIG. 4, the index marks 35a and 35b each consist of two bar patterns, which extend in a direction corresponding to the Y direction and are separated from each other by a predetermined distance in a direction corresponding to the X direction. do.
제 1도에서 인덱스 판(35)은 대물렌즈(33) 및 접속 렌즈(34)를 포함하는 광학 시스템의 일부에서 웨이퍼(W)에 결합배치된다. 따라서, 웨이퍼(W) 상에 웨이퍼 마크상은 인덱스 판(35)상에서 접속 또는 형상화되며, 상기 인덱스판(35)으로부터의 광은 이미지 픽업 소자(카메라 소자)(40X,40Y)의 이미지 픽업 표면에 도달되며 상기 소자는 각각 연결 시스템(36), 미러(37), 연결 시스템(38) 및 하프 미러(39)를 통해서 2차원 CCD 카메라 등을 포함한다. 웨이퍼 마크상 및 인덱스 마크상은 이미지 픽업 소자(40X,40Y)의 이미지 픽업 표면상에서 접속된다. 그 결과, 신호처리 시스템(41)은 인덱스판(35)상의 인덱스 마크와 이미지 픽업 소자(40X,40Y)로부터의 이미지 픽업 신호에 기초한 웨이퍼 마크사이의 위치 편차를 검출하며 상기 위치 편차량은 메인 제어 시스템(14)에 입력된다. 이 경우에, 이미지 픽업 소자(40X)의 주사방향은 X방향에 대응하는 방향이며 이미지 픽업 소자(40Y)의 주사방향은 Y방향에 대응하는 방향이다. 제 3도의 X방향 웨이퍼 마크(Mxi)의 위치 검출은 이미지 픽업 소자(40X)로부터의 이미지 픽업 신호에 기초해서 이루어지며, Y 방향 웨이퍼 마크(Myi)의 위치 검출은 이미지 픽업 소자(40Y)로부터 이미지 픽업 신호에 기초해서 이루어진다. 이러한 방법으로 인덱스 마크를 이용하는 이유는, 이미지 픽업 소자(40X,40Y)에 의해 상 주사가 시작되는 주사 시작 위치가 이동되기 때문이다.In FIG. 1, index plate 35 is coupled to wafer W in a portion of an optical system that includes objective lens 33 and connecting lens 34. Thus, the wafer mark on the wafer W is connected or shaped on the index plate 35, and the light from the index plate 35 reaches the image pickup surfaces of the image pickup elements (camera elements) 40X and 40Y. The device includes a two-dimensional CCD camera or the like through a connection system 36, a mirror 37, a connection system 38, and a half mirror 39, respectively. The wafer mark image and the index mark image are connected on the image pickup surfaces of the image pickup elements 40X and 40Y. As a result, the signal processing system 41 detects the positional deviation between the index mark on the index plate 35 and the wafer mark based on the image pickup signal from the image pickup elements 40X and 40Y, and the amount of positional deviation is main control. Is entered into the system 14. In this case, the scanning direction of the image pickup element 40X is a direction corresponding to the X direction and the scanning direction of the image pickup element 40Y is a direction corresponding to the Y direction. The position detection of the X-direction wafer mark Mxi of FIG. 3 is made based on the image pickup signal from the image pickup element 40X, and the position detection of the Y-direction wafer mark Myi is imaged from the image pickup element 40Y. It is made based on the pickup signal. The reason for using the index mark in this manner is that the scanning start position at which image scanning starts is moved by the image pickup elements 40X and 40Y.
제 1도에 도시되지는 않았지만, 조사 시야 조리개가, 시야 조리개가 렌즈 시스템(31)내의 웨이퍼(W)와 대체로 결합되는 방식으로 제공된다. 상기 시야 조리개는 웨이퍼(W) 상의 조사 영역을 조절하도록 사용된다. 제 3도에 도시된 샘플 숏(shot) 영역(SA1)과 연관된 X 방향 웨이퍼 마크(Mxj)가 하프 프리즘(26) 바로 밑에 배치될 때, 제 1도의 이미지 픽업 소자(40X)에 의해 관측된 조사영역에 대응하는 부분의 상태가 제 4(a)도에 도시된다. 웨이퍼(W)상의 조사영역(55)은 웨이퍼 마크(Mxj)에 대응하는 영역(55c)과 웨이퍼 마크(Mxj)에 인접하여 인덱스 판(35)상의 인덱스 마크(35a,35b)에 대응하는 영역(55a,55b)을 포함한다. 조사영역(55)이 영역(55a,55b)을 포함하는 이유는 인덱스 판(35)상의 인덱스 마크(35a,35b)가 웨이퍼로부터 복귀된 광을 이용하여 투과가능하게 조사될 수 있기 때문이다.Although not shown in FIG. 1, an irradiation field stop is provided in such a way that the field stop is generally coupled with the wafer W in the lens system 31. The field stop is used to adjust the irradiation area on the wafer (W). The irradiation observed by the image pickup element 40X of FIG. 1 when the X-direction wafer mark Mxj associated with the sample shot area SA1 shown in FIG. 3 is disposed directly under the half prism 26. The state of the part corresponding to the area is shown in FIG. 4 (a). The irradiation area 55 on the wafer W is an area 55c corresponding to the wafer mark Mxj and an area corresponding to the index marks 35a and 35b on the index plate 35 adjacent to the wafer mark Mxj. 55a, 55b). The reason why the irradiation area 55 includes the areas 55a and 55b is that the index marks 35a and 35b on the index plate 35 can be irradiated to be transmitted by using the light returned from the wafer.
따라서, 잡음 성분을 다른 마크로부터 방지하며 회로 패턴이 인덱스 마크(35a, 35b)를 조사하는 광과 혼합되지 않도록 하기 위해서, 영역(55a,55b)은 회로 패턴이나 마크를 갖지 않으며 보통으로 미러-가공(mirror-finished)된다. 이후, 영역(55a,55b)과 같이 회로 패턴이나 마크를 갖지 않는 영역은 "금지구역"으로 명명된다.Thus, in order to prevent noise components from other marks and to prevent the circuit pattern from mixing with the light irradiating the index marks 35a and 35b, the regions 55a and 55b have no circuit pattern or marks and are usually mirror-machined. (mirror-finished). Subsequently, regions that do not have circuit patterns or marks, such as regions 55a and 55b, are named "prohibited regions".
웨이퍼 마크(Mxj) 및 인덱스 마크(35a,35b)에 대응하는, 이미지 픽업 소자(40X)로부터의 이미지 픽업 신호(SX)는 제 4(b)도에 도시된다. 여기서 좌표는 신호의 강도를 나타내며 가로축은 X축에서 제 1도의 XY 스테이지(18)의 주사 위치를 표시한다. 제 4(b)도에 도시된 바와 같아, 이미지 픽업 소자(40X)로부터의 이미지 픽업 신호는 인덱스 마크(35a,35b) 및 웨이퍼 마크(Mxj)의 에지에 대응하는 위치의 "바닥(bottoms)"(가장 낮은 레벨)를 갖는 신호 파형을 갖는다. 더욱이, 웨이퍼 정렬 마크 및 인덱스 마크가 Y 방향에 대해서 제공되며, 상기 마크는 이미지 픽업 소자(40Y)에 의해 검출된다.The image pickup signal SX from the image pickup element 40X, corresponding to the wafer mark Mxj and the index marks 35a and 35b, is shown in FIG. 4 (b). Here, the coordinates represent the strength of the signal and the horizontal axis represents the scanning position of the XY stage 18 of FIG. 1 on the X axis. As shown in FIG. 4 (b), the image pickup signal from the image pickup element 40X is " bottoms " at positions corresponding to the edges of the index marks 35a and 35b and the wafer mark Mxj. It has a signal waveform with (lowest level). Moreover, wafer alignment marks and index marks are provided for the Y direction, which marks are detected by the image pickup element 40Y.
다음에, 본 실시예에서 노광 방법이 설명된다. 예를 들어, 대기압을 고려하여, 투영 광학계(16)의 결상 평면 위치가 주어진 기준 대기압에서 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치와 정렬되도록 상기 장치가 미리 조절되며, AF 센서로부터 포커스 신호가 제로-교차점을 갖도록 미리 측정된다. 웨이퍼(W)상의 노광이 수행되기 전에, 제 1도의 메인 제어 시스템(14)은 주변센서(23)가 투영 광학 시스템(16) 및 정렬 센서(27)가 놓이게 되는 대기압을 측정하게 하며, 투영 광학계(16)의 상 평면의 위치의 변화량(△Z1) 및 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치의 변화량(△Z2)은 측정된 대기압 및 기준 대기압 사이의 차에 기초해서 계산된다.Next, the exposure method will be described in this embodiment. For example, taking into account atmospheric pressure, the device is pre-adjusted such that the imaging plane position of the projection optical system 16 is aligned with the optimal focus position of the alignment sensor 27 at a given reference atmospheric pressure, and the focus signal from the AF sensor is zero. It is measured in advance so as to have an intersection point. Before exposure on the wafer W is performed, the main control system 14 of FIG. 1 causes the peripheral sensor 23 to measure the atmospheric pressure at which the projection optical system 16 and the alignment sensor 27 are placed, and the projection optical system. The change amount DELTA Z1 of the position of the image plane of (16) and the change amount DELTA Z2 of the optimum focus position of the alignment sensor 27 are calculated based on the difference between the measured atmospheric pressure and the reference atmospheric pressure.
제 2도에 도시된 바와 같이, 측정되어 웨이퍼(W)의 노광 평면이 기준 평면(기준 상태의 투영 광학 시스템의 상 평면)(52)에 배치될 때 AF 센서로부터의 포커스 신호가 제로 교차 특성 곡선을 나타내면, 투영 광학계(16)의 결상 평면은 예를들면 대기압의 변화로 인해 평면(53)까지 상승되며, 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치는 예를 들어 평면(54)까지 하강된다. 전술된 바와 같이, 기준 평면(52)으로부터 평면(53)까지의 변화량(△Z2)은 메인제어시스템(14)에 의해 계산된다.As shown in FIG. 2, the focus signal from the AF sensor is zero crossing characteristic curve when the measured and measured exposure plane of the wafer W is placed in the reference plane (image plane of the projection optical system in the reference state) 52. , The imaging plane of the projection optical system 16 is raised to the plane 53 due to, for example, a change in atmospheric pressure, and the optimal focus position of the alignment sensor 27 is lowered to, for example, the plane 54. As described above, the change amount ΔZ2 from the reference plane 52 to the plane 53 is calculated by the main control system 14.
이제, 웨이퍼(W)상의 샘플 숏 영역(제 4도의 샘플 숏 영역(SA1-5A9)의 웨이퍼 마크의 위치가 정렬 센서(27)를 이용하므로 검출될 때, 메인 제어 시스템(12)은 최적의 포커스 위치의 변화량(△Z2)에 대응하는 각으로 구동위치(51)가 겨울(47)을 경사지게 한다. 이 상태에서, 제 5A도에 도시된 바와 같이 자동 포커싱이 수행될때, AF 센서의 광 수신 시스템(42b)으로부터 최적의 포커스 위치에 대응하는 평면(54)과 정렬된다. 따라서, 자동 포커싱을 수행하므로, 상기 웨이퍼(W)의 표면이 평면(54)으로 이동된다. 이 상태에서, 정렬 센서(27)를 사용하므로 각 웨이퍼 마크의 위치를 검출하여, 상기 웨이퍼 마크의 위치는 높은 정밀도로 검출된다.Now, when the position of the wafer mark of the sample shot area (sample shot area SA1-5A9 in FIG. 4) on the wafer W is detected because the alignment sensor 27 is used, the main control system 12 is optimized for focusing. The driving position 51 inclines the winter 47 at an angle corresponding to the change amount ΔZ2 of the position 47. In this state, when the automatic focusing is performed as shown in Fig. 5A, the light receiving system of the AF sensor The surface of the wafer W is moved to the plane 54 because the automatic focusing is performed from 42b, which is aligned with the plane 54 corresponding to the optimum focus position. 27), the position of each wafer mark is detected, and the position of the wafer mark is detected with high accuracy.
예시된 실시예에서, 전술된 바와 같이, 상기 웨이퍼 마크의 위치 검출을 숏 영역(SA1-SA9)에 대해서만 수행된다.In the illustrated embodiment, as described above, the position detection of the wafer mark is performed only for the shot areas SA1-SA9.
이러한 방법으로 결정된 숏 영역(SA1-SA9)의 위치에 기초해서, 다른 숏 영역을 포함하는 모든 숏 영역의 위치를 확인하는데 최소의 에러를 갖는 좌표 시스템은 EGA 시스템에 기초한 메인 제어 시스템(14)에 의해 계산 또는 결정된다. 그후, 상기 각 숏 영역은 설계 및 계산된 좌표 시스템 사이의 관계에 기초한 XY 스테이지(18)의 작용에 의해 노광 영역으로 계속해서 이동되며 노광은 매번 수행된다.Based on the positions of the shot areas SA1-SA9 determined in this way, the coordinate system having the least error in identifying the positions of all the shot areas including other shot areas is assigned to the main control system 14 based on the EGA system. Is calculated or determined. Each shot area is then continuously moved to the exposure area by the action of the XY stage 18 based on the relationship between the designed and calculated coordinate system and the exposure is performed each time.
상기 메인 제어 시스템(14)은 포커스 위치의 전체 변화량(△Z1-△Z2)을 결정하기 위해 오프셋 계산을 한다.The main control system 14 performs an offset calculation to determine the total change amount ΔZ1-ΔZ2 of the focus position.
노광이 웨이퍼상의 각 숏 영역에 대해 수행될 때, 제 2도의 메인 제어 시스템(14)을 구동부(51)가 포커스 위치의 변화량(△Z1-△Z2)에 대응하는 각에 의해 거울(47)을 경사지게 한다. 이 상태에서, 제 5B도에 도시된 바와 같이, 자동 포커싱이 수행될 때, AF 센서의 광수신 시스템(42b)으로부터 획득된 포커스 신호가 제로-2차 곡선을 도시하는 평면은 투영 광학계(16)의 상 평면에 대응하는 평면(53)과 정렬된다. 이 상태에서, 노광시킴으로써, 레티클의 패턴은 높은 해상력을 갖는 웨이퍼(W)의 각 숏 영역에서 투영될 수 있다.When the exposure is performed for each shot region on the wafer, the main control system 14 of FIG. 2 drives the mirrors 47 at an angle corresponding to the change amount (ΔZ1 -ΔZ2) of the focus position. Incline In this state, as shown in FIG. 5B, when auto focusing is performed, the plane in which the focus signal obtained from the light receiving system 42b of the AF sensor shows the zero-second curve is the projection optical system 16. It is aligned with the plane 53 corresponding to the image plane of. In this state, by exposing, the pattern of the reticle can be projected in each shot region of the wafer W having a high resolution.
말하자면, 상 평면의 위치의 변화량(△Z1)과 최적의 포커스 위치의 변화량(△Z2)이 작으면, 양호한 포커싱이 포커스 신호의 선형 위치의 장점을 이용하여 제로 교차 상태로부터 포커스 신호가 유도되는 조건에서 얻어지며, 그러한 편차량은 마크 측정 작동 및 노광 작동에서 다양한 값으로서 설정될 수 있다고 판단된다. 그 대신에, 메인 제어 시스템(14)은, 상기 값(△Z1-△Z2)에 기초한 AF 센서의 출력에 전자 오프셋을 제공하도록 적응될 수 있다.In other words, if the change amount ΔZ1 of the position of the image plane and the change amount ΔZ2 of the optimal focus position are small, a condition under which good focusing is derived from the zero crossing state by taking advantage of the linear position of the focus signal. It is determined that the amount of deviation can be set as various values in the mark measurement operation and the exposure operation. Instead, the main control system 14 can be adapted to provide an electronic offset to the output of the AF sensor based on the values [Delta] Z1- [Delta] Z2.
또한, 예를 들어, 투영 광학계(16)의 결상 평면의 위치에 관한 측정은 테스트 프린트 또는 웨이퍼를 지지하는 스테이지상에 형성된 발광 마크를 이용하므로 수행될 수 있으며, 상기 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치에 대한 측정은 기준판(19)상의 기준 마크를 관찰함으로써 수행된다. 상기 측정의 결과로서, 오프셋 광(△Z3)이 포커스 위치에 가산되어야 하며, 상기 오프셋 양(△Z3)은 전술된 변화량(△Z1,△Z2)에 가산된다. 그러나, 오프셋 양(△Z3)에 의해 AF 센서의 기준 평면을 미리 조절하므로, 투영 광학계(16)의 결상 평면 위치 파동뿐 아니라 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치의 파동에 영향을 주면, 그러한 오프셋 양(△Z3)은 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치가 결정될 때 자동으로 계산된다.Further, for example, the measurement regarding the position of the imaging plane of the projection optical system 16 can be performed by using a light emitting mark formed on the stage for supporting the test print or the wafer, and the optimum of the alignment sensor 27 The measurement of the focus position is performed by observing the reference mark on the reference plate 19. As a result of the measurement, the offset light DELTA Z3 should be added to the focus position, and the offset amount DELTA Z3 is added to the above-described change amounts DELTA Z1 and DELTA Z2. However, since the reference plane of the AF sensor is preliminarily adjusted by the offset amount ΔZ3, if it affects not only the imaging plane position wave of the projection optical system 16 but also the wave of the optimal focus position of the alignment sensor 27, The offset amount ΔZ3 is automatically calculated when the optimal focus position of the alignment sensor 27 is determined.
전술된 바와 같이 포커스 위치를 교정하므로, 상기 정렬은, 투영 광학계(16)의 AF 센서를 이용하므로 수행될 수 있으며 따라서 웨이퍼(W)의 노광 평면은 비축 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치에 설정된다. 단일 웨이퍼의 포커스 위치가 상기 정렬 프로세스에 앞서 일단 결정될 때, 웨이퍼의 포커스 위치의 결정이 더 이상은 요구되지 않는다. 이 경우에도, 상기 웨이퍼의 노광 평면의 불균일이 보통 정렬 센서(27)의 포커스 깊이내에 포함되므로, 처리량 감소가 방지될 수 있다.Since the focus position is corrected as described above, the alignment can be performed by using the AF sensor of the projection optical system 16 so that the exposure plane of the wafer W is at the optimal focus position of the non-axis alignment sensor 27. Is set. Once the focus position of a single wafer is determined prior to the alignment process, determination of the focus position of the wafer is no longer required. Even in this case, since the unevenness of the exposure plane of the wafer is usually included within the depth of focus of the alignment sensor 27, the throughput reduction can be prevented.
제 6도는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다. 제 6도에서, 전술된 제 1 실시예와 동일 소자는 동일 참조 부호로 지정되며 그 설명은 생략된다. 이후, 제 1 실시예의 제 2 실시예 사이의 차이만 설명된다.6 shows a second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same elements as those of the above-described first embodiment are designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted. Hereinafter, only the differences between the second embodiment of the first embodiment will be described.
제 6도에 도시된 제 2 실시예에서, 메인 제어 시스템(114)은 제 1 실시예가 처리하는 기능은 물론 측정된 포커스 값과, 포커스의 측정이 수행되는 XY 좌표상의 위치와, 웨이퍼(W)의 경사가 교정되어야 하는 여부를 판단하는데 사용되는 경사량의 허용 값을 저장하기 위한 부가적인 기능을 갖는다.In the second embodiment shown in FIG. 6, the main control system 114 includes the measured focus value as well as the function processed by the first embodiment, the position on the XY coordinates where the focus measurement is performed, and the wafer W. FIG. Has an additional function for storing the allowable value of the amount of tilt used to determine whether the tilt of should be corrected.
웨이퍼의 표면이 경사지면, 상기 웨이퍼의 표면이 투영 광학계(16)의 포커스 측정 위치(62)에서 최적의 포커스 위치(65)와 정렬된다 할지라도, 상기 웨이퍼의 표면이 정렬 센서(27)의 마크 검출 위치(64)에서 최적의 포커스 위치(63)와 일치하지 않으므로 마크 검출시 에러가 발생된다. 제 2 실시예에서는 그러한 에러를 제거할 수 있다.If the surface of the wafer is inclined, even if the surface of the wafer is aligned with the optimal focus position 65 at the focus measurement position 62 of the projection optical system 16, the surface of the wafer is a mark of the alignment sensor 27. Since the detection position 64 does not coincide with the optimal focus position 63, an error occurs in detecting the mark. In the second embodiment, such an error can be eliminated.
보통 정렬 순서에서, 세 개의 숏 영역의 마크 위치(검색(숏)를 검출하므로 ±2㎛ 정도의 낮은 정밀도로 상기 장치의 선정된 XY 좌표에 대해 웨이퍼의 위치 설정을 위한 검색 정렬이 수행된 후에, ±0.1㎛-1 높은 정밀도로 각 숏 영역의 위치를 검출하기 위한 미세 정렬이 수행된다. 이 경우에, 검색 정렬에 앞서 제 2 실시예에 따라, 웨이퍼(W) 상의 여러(셋 이상)점의 포커스 위치는 AF 센서에 의해 결정되며, Z-방향(투영 광학계(16)의 광축(AX)과 평행)으로 웨이퍼(W)의 경사량이, 결정된 포커스위치 및 XY 좌표상의 그러한 여러점(여기서 포커스 위치가 결정된다)의 위치에 기초하여 최소 제곱방법과 같은 방법을 사용하여 계산된다.In the normal sorting sequence, after the mark alignment (search) of the three shot regions is detected, a search alignment for positioning the wafer is performed for the selected XY coordinates of the apparatus with a low precision of about ± 2 μm. Fine alignment is performed to detect the position of each shot region with a high accuracy of ± 0.1 μm 1. In this case, according to the second embodiment prior to the search alignment, several (three or more) points on the wafer W are used. The focus position is determined by the AF sensor, and the amount of inclination of the wafer W in the Z-direction (parallel to the optical axis AX of the projection optical system 16) is determined by the determined focus position and several such points on the XY coordinates, where the focus position Is determined using a method such as least square method.
웨이퍼(W)의 경사량을 결정하기 위한 포커스 측정 위치는 웨이퍼(W) 상의 어떤 세 개의 점이 될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 여러 정렬에 사용되는 세 개의 숏 영역의 중심 또는 각각의 검색 숏의 마크 위치(Mxj 또는 Myj)에서 포커스의 접속이 수행될 수 있다.The focus measurement position for determining the amount of inclination of the wafer W may be any three points on the wafer W. FIG. Thus, for example, the connection of focus can be performed at the center of three shot regions used for various alignments or at the mark position (Mxj or Myj) of each search shot.
검색 정렬 및 미세 정렬이 수행될 때, 검출되는 정렬 마크의 XY 좌표 위치, 경사량 및 경사량의 측정중에 결정된 포커스 위치에 기초해서, 메인 제어 시스템(14)은 Z 스테이지의 이동량을 계산하여 정렬 마크가 정렬 센서(27) 하부로 놓일 때 그러한 정렬 마크가 최적의 포커스 위치에 근접하여 배치되며, 상기 마크 위치는 이러한 계산에 기초하여 수직방향으로 Z 스테이지를 이동시킨 후에 검출된다.When search alignment and fine alignment are performed, the main control system 14 calculates the movement amount of the Z stage by calculating the amount of movement of the Z stage based on the XY coordinate position, the amount of tilt and the amount of tilt of the detected alignment mark. When is placed below the alignment sensor 27, such an alignment mark is placed close to the optimum focus position, which mark position is detected after moving the Z stage in the vertical direction based on this calculation.
그 대신에, 포커싱은 검색 정렬 동안에 마크 위치 검출을 수행하도록 정렬 마크 위치에서 이행되며, 한편 웨이퍼의 경사량은 측정된 포커스 위치에 기초해서 동시에 결정되며, 상기 마크 위치는 미세 정렬동안에 수직방향으로 결정된 경사량에 따라 Z 스테이지를 이동시킴으로써 검출될 수 있다.Instead, focusing is performed at the alignment mark position to perform mark position detection during search alignment, while the amount of inclination of the wafer is determined simultaneously based on the measured focus position, and the mark position is determined vertically during fine alignment. It can be detected by moving the Z stage in accordance with the amount of tilt.
또한, 포커싱이 마크 위치에서 미리 수행되는 숏 영역이 미세 정렬 숏 영역내에 포함될 때, 이런 숏 영역의 포커스 위치가 미리 저장되며, 숏 영역에 관한 마크 위치가 Z 스테이지를 저장된 포커스 위치로 시프팅시킴으로써 (웨이퍼의 경사량에 따라 Z 스테이지를 시프팅시키지 않고)검출된다.In addition, when a shot area where focusing is performed in advance at a mark position is included in the fine aligned shot area, the focus position of such a shot area is stored in advance, and the mark position with respect to the shot area is shifted by shifting the Z stage to the stored focus position ( Detection is performed without shifting the Z stage according to the amount of inclination of the wafer.
다음에, 본 발명의 제 3 실시예가 설명된다. 이러한 제 3 실시예에서, 제 6도에 도시된 레벨링 스테이지 구동장치(115)가 사용된다. 웨이퍼(W)의 경사량을 측정하기 위한 방법에 있어서, 제 2 실시예와 유사하게, 검색 정렬에 앞서서, 웨이퍼(W) 상의 여러(셋 이상)점의 포커스 위치는 AF 센서에 의해 결정되며, Z 방향으로 (투영 광학 시스템(16)의 광학 축(AX)과 평행함) 웨이퍼(W)의 경사량은 상기 결정된 포커스 위치 및 XY 좌표상의 그러한 여러 점의 위치(여기서 포커스위치가 결정된다)에 기초해서 최소 제곱 방법과 같은 것을 사용하므로 계산된다. 상기 메인 제어 시스템(114)은 계산된 경사를 제거하기 위해 구동장치(115)를 작동시킨다. 웨이퍼(W) 상의 어떤 위치에서 포커스가, 마크 위치 검출이 수행되기 전에 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치와 정렬되었을 때, 마크 위치 검출은 정렬 작동 동안에 모든 숏 영역의 마크를 검출하기 전에 포커싱을 하지 않고 수행될 수 있다. 상기 웨이퍼의 경사량은 상기 검색 정렬동안에 측정된 포커스 위치에 기초해서 계산될 수 있으며, 그러한 경사량은 미세 정렬전에 레벨링을 수행하므로 제거될 수 있다. 그 대신에, 상기 포커스 위치는 검색을 위해 사용되는 세 개의 숏 영역에서 먼저 측정될 수 있으며, 상기 웨이퍼의 경사량이 계산될 수 있으며, 다음에 레벨링이 수행된 후 검색 정렬이 수행될 수 있다.Next, a third embodiment of the present invention will be described. In this third embodiment, the leveling stage drive 115 shown in FIG. 6 is used. In the method for measuring the inclination amount of the wafer W, similar to the second embodiment, prior to the search alignment, the focus position of several (three or more) points on the wafer W is determined by the AF sensor, The amount of inclination of the wafer W in the Z direction (parallel to the optical axis AX of the projection optical system 16) is determined at the determined focus position and the positions of those various points on the XY coordinates, where the focus position is determined. Is calculated based on the same method as the least square method. The main control system 114 operates the drive 115 to remove the calculated slope. When the focus at a certain position on the wafer W is aligned with the optimal focus position of the alignment sensor 27 before the mark position detection is performed, the mark position detection is focused before detecting the marks of all shot regions during the alignment operation. It can be done without. The amount of inclination of the wafer can be calculated based on the focus position measured during the search alignment, and the amount of inclination can be eliminated since leveling is performed before fine alignment. Instead, the focus position can be measured first in the three shot regions used for retrieval, the inclination of the wafer can be calculated, and then retrieval alignment can be performed after leveling is performed.
상기 경사가 제거된 후에, Z 스테이지를 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치로 수직으로 이동시키므로, 평평한 상태인 웨이퍼가 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치와 정렬될 수 있으며, 따라서 마크 위치는 모든 정렬 마크에 대해 포커싱을 수행하지 않고도 검출될 수 있다.After the inclination is removed, the Z stage is moved vertically to the optimal focus position of the alignment sensor 27, so that the wafer in a flat state can be aligned with the optimal focus position of the alignment sensor 27, and thus the mark position. Can be detected without performing focusing on all alignment marks.
상기 웨이퍼의 표면이 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치와 정렬되어야 할 때, 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 평면이 투영 광학계(16)의 최적의 포커스 평면과 다르면, AF 센서의 경사각 조정 미터(47)가 경사진 후 포커싱 작동이 수행될 수 있으며, 따라서 포커싱후에 웨이퍼(W)가 Z 방향으로 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 평면으로 이동될 수 있다. 그 대신에 웨이퍼(W)의 표면은 투영 광학계(16)의 최적의 포커스 평면과 미리 정렬될 수 있으며 그후 Z 스테이지는 정렬 센서(27)의 미리 결정된 최적의 포커스 평면과 투영 광학계(16)의 최적의 포커스 평면 사이의 차에 대응하는 거리만큼 수직으로 이동될 수 있다. 어떤 경우에도, 웨이퍼(W)의 노광 평면이 AF 센서를 이용하여 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 평면으로 이동되면 충분하다.When the surface of the wafer is to be aligned with the optimal focus position of the alignment sensor 27, if the optimal focus plane of the alignment sensor 27 is different from the optimal focus plane of the projection optical system 16, the tilt angle adjustment of the AF sensor A focusing operation can be performed after the meter 47 is tilted, so that after focusing the wafer W can be moved to the optimal focus plane of the alignment sensor 27 in the Z direction. Instead, the surface of the wafer W may be pre-aligned with the optimal focus plane of the projection optics 16 and then the Z stage is then determined with the predetermined optimal focus plane of the alignment sensor 27 and the optimal of the projection optics 16. It can be moved vertically by a distance corresponding to the difference between the focus planes of. In any case, it is sufficient that the exposure plane of the wafer W is moved to the optimal focus plane of the alignment sensor 27 using the AF sensor.
다음에, 본 발명의 제 4 실시예가 설명된다. 제 2 및 제 3 실시예와 유사하게, 상기 웨이퍼(W)의 경사량을 측정하기 위해서, 검색 정렬전에, 웨이퍼(W)의 여러(셋 이상)점의 포커스 위치는 AF 센서에 의해 결정되며, Z 방향으로(투영 광학계(16)의 광축(AX)과 평행함) 웨이퍼(W)의 경사량은 상기 결정된 포커스 위치와 XY 좌표상의 그러한 여러 점(여기서 포커스 위치가 결정됨)의 위치에 기초해서 최소 제곱 방법과 같은 것을 이용하여 계산된다.Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. Similar to the second and third embodiments, in order to measure the inclination amount of the wafer W, before the search alignment, the focus positions of several (three or more) points of the wafer W are determined by the AF sensor, The amount of inclination of the wafer W in the Z direction (parallel to the optical axis AX of the projection optical system 16) is minimum based on the determined focus position and the positions of those various points on the XY coordinates, where the focus position is determined. Calculated using something like the square method.
상기 경사량이 메인 제어 시스템(114)에 이미 저장된 설정값 보다 크면, 상기 마크 위치 검출을 각각의 숏 영역 포커스 모드에서 수행되며 상기 모드에서 포커싱은 정렬을 위해 위치검출되는 모든 숏 영역에 대해 수행되며, 한편 상기 경사량이 설정값보다 작으면, 상기 마크위치 검출은 비-포커스 모드에서 수행되며 상기모드에서 개별 포커싱이 마크 위치 검출시 수행되지 않는다. 비-포커스 모드에서, 상기 포커스 위치가 웨이퍼(W)의 중심근처에 배치된 숏 영역에 대해 다시 검출될 수 있거나 Z 스테이지는 마지막으로 포커스가 잡히는 숏 영역의 포커스 위치로 이동되거나, Z 스테이지는 평균 포커스 위치로 이용될 수 있다. 각각의 숏 영역 포커스 모드에서, 포커싱이 미리 수행되는 숏 영역이 미세정렬 숏 영역내에 포함될 때, 그러한 숏 영역의 포커싱 데이터가 미리 저장될 수 있으며, 그러한 데이터 영역에 대한 마크 위치가 그러한 데이터를 이용하므로써 검출될 수 있다. 웨이퍼의 경사 대신에, Z 스테이지의 이동범위(Z 방향을 따라 웨이퍼의 표면에서 위치 파동)는 경사량을 판단하기 위해 획득될 수 있다. 경사를 판단하기 위한 기준으로서 설정값과 Z 스테이지의 이동 범위는 센서의 텔레센트리시티(telecentricity)와 요구된 정밀도에 비추어서 결정될 수 있다.If the inclination amount is larger than a setting value already stored in the main control system 114, the mark position detection is performed in each short area focus mode, in which the focusing is performed for all the shot areas that are positioned for alignment, On the other hand, if the inclination amount is smaller than the set value, the mark position detection is performed in the non-focus mode, and the individual focusing in the mode is not performed at the mark position detection. In non-focus mode, the focus position can be detected again for the shot region located near the center of the wafer W or the Z stage is moved to the focus position of the last focused shot region or the Z stage is averaged. It can be used as a focus position. In each shot area focus mode, when the shot area where focusing is performed in advance is included in the fine alignment shot area, the focusing data of such shot area can be stored in advance, and the mark position for such data area is utilized by using such data. Can be detected. Instead of the inclination of the wafer, the moving range of the Z stage (position wave at the surface of the wafer along the Z direction) can be obtained to determine the inclination amount. As a criterion for determining the inclination, the set value and the moving range of the Z stage can be determined in view of the telecentricity of the sensor and the required precision.
제 4 실시예의 특징은 전술된 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 적용될 수 있다. 이 경우에, 제 2 실시예에 의해, 상기 경사량이 설정값보다 크면, Z 스테이지는 수직으로 이동되어 마크위치는 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치와 정렬되며, 한편, 상기 경사량이 설정값보다 작으면, 마크 위치를 정렬센서(27)의 최적의 포커스 위치와 정렬하기 위한 작동이 수행되지 않는다. 한편, 제 4 실시예의 기능이 제 3 실시예에 적용될 때, 상기 경사량이 전에 저장된 설정값 보다 크면, 경사는 제거되며, 한편, 상기 경사량이 설정값보다 작으면, 상기 마크 위치 검출은, 경사를 제거하지 않고 또한 각 정렬 마크 위치에서 포커싱을 하지 않고 수행된다.The features of the fourth embodiment can be applied to the above-described second and third embodiments. In this case, according to the second embodiment, if the inclination amount is larger than the set value, the Z stage is moved vertically so that the mark position is aligned with the optimal focus position of the alignment sensor 27, while the inclination amount is the set value. If smaller, the operation for aligning the mark position with the optimum focus position of the alignment sensor 27 is not performed. On the other hand, when the function of the fourth embodiment is applied to the third embodiment, if the inclination amount is larger than the previously stored setting value, the inclination is removed, while if the inclination amount is smaller than the setting value, the mark position detection causes the inclination to be reduced. It is performed without removing and without focusing at each alignment mark position.
제 1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투영 노광 장치의 개략도;1 is a schematic diagram of a projection exposure apparatus according to a preferred embodiment of the present invention;
제 2도는 제 1도의 AF 센서의 확대도;2 is an enlarged view of the AF sensor of FIG. 1;
제 3도는 상술한 실시예에 따른, 노출된 웨이퍼상의 숏(shot) 영역의 배열을 도시한 평면도;3 is a plan view showing an arrangement of shot regions on an exposed wafer, according to the embodiment described above;
제 4도의 (a)는 촬상 소자에 의하여 관측된 웨이퍼 마크 및 색인 마크, (b)는 (a) 부분의 마크에 대응하는 결상 신호를 도시하는 파형그래프;(A) of FIG. 4 is a waveform graph showing an imaging signal corresponding to the mark of the wafer mark and the index mark observed by the imaging element, and (b) the part of (a);
제 5A도는 정렬 동작시 포커스 위치를 도시하는 장치의 메인부의 측면도;5A is a side view of the main portion of the apparatus showing the focus position in the alignment operation;
제 5B도는 노광 동작시 포커스 위치를 도시하는 장치의 메인부의 측면도;5B is a side view of the main portion of the apparatus showing the focus position in the exposure operation;
제 6도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 투영 노광 장치의 개략도.6 is a schematic view of a projection exposure apparatus according to another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 수은 램프 2 : 타원형 거울1: mercury lamp 2: oval mirror
3 : 조사 광학계 4 : 셔터3: irradiation optical system 4: shutter
5 : 모터 6 : 빔 스플리터5: motor 6: beam splitter
7 : 릴레이 렌즈 8 : 시야 조리개7: relay lens 8: field aperture
8 : 메인 집광 렌즈 16 : 투영 광학계8 main condenser lens 16 projection optical system
Claims (24)
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP93-138490 | 1993-06-10 | ||
| JP5138490A JPH06349708A (en) | 1993-06-10 | 1993-06-10 | Projection exposure device |
| JP93-283235 | 1993-11-12 | ||
| JP5283235A JPH07142346A (en) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | Projection aligner |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR950001922A KR950001922A (en) | 1995-01-04 |
| KR100414575B1 true KR100414575B1 (en) | 2004-03-10 |
Family
ID=49381824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019940013066A KR100414575B1 (en) | 1993-06-10 | 1994-06-10 | Projection exposure equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100414575B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8067753B2 (en) | 2008-03-25 | 2011-11-29 | Nuflare Technology, Inc. | Electron beam writing apparatus and method |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6852988B2 (en) * | 2000-11-28 | 2005-02-08 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Gap adjustment apparatus and gap adjustment method for adjusting gap between two objects |
-
1994
- 1994-06-10 KR KR1019940013066A patent/KR100414575B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8067753B2 (en) | 2008-03-25 | 2011-11-29 | Nuflare Technology, Inc. | Electron beam writing apparatus and method |
| KR101108368B1 (en) * | 2008-03-25 | 2012-01-30 | 가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지 | Electron beam drawing device and electron beam drawing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR950001922A (en) | 1995-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5654553A (en) | Projection exposure apparatus having an alignment sensor for aligning a mask image with a substrate | |
| US6654097B1 (en) | Projection exposure apparatus | |
| KR100240371B1 (en) | Surface position detecting method and apparatus and scanning exposure method and apparatus | |
| US5483056A (en) | Method of projecting exposure with a focus detection mechanism for detecting first and second amounts of defocus | |
| US6538740B1 (en) | Adjusting method for position detecting apparatus | |
| US5985495A (en) | Methods for measuring image-formation characteristics of a projection-optical system | |
| KR100370680B1 (en) | Projection Exposure Method and Projection Exposure Device | |
| JP3181050B2 (en) | Projection exposure method and apparatus | |
| JP3572430B2 (en) | Exposure method and apparatus | |
| US5268744A (en) | Method of positioning a wafer with respect to a focal plane of an optical system | |
| JP3308063B2 (en) | Projection exposure method and apparatus | |
| US8384878B2 (en) | Exposure apparatus and device manufacturing method | |
| KR100287504B1 (en) | Scanning exposure apparatus with surface position detection device | |
| US5475490A (en) | Method of measuring a leveling plane | |
| KR100391345B1 (en) | Exposure method and stepper | |
| US6539326B1 (en) | Position detecting system for projection exposure apparatus | |
| KR100414575B1 (en) | Projection exposure equipment | |
| JPH07142346A (en) | Projection aligner | |
| JP2012190945A (en) | Exposure device and manufacturing method of device | |
| US20050128455A1 (en) | Exposure apparatus, alignment method and device manufacturing method | |
| JPH11251218A (en) | Method and device for detecting position and aligner equipped with the same | |
| JPH104055A (en) | Automatic focusing device and manufacture of device using it | |
| JPH06349708A (en) | Projection exposure device | |
| JP3617710B2 (en) | Projection exposure equipment | |
| JP2003035511A (en) | Position detector and aligner equipped with it |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |