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JP2787711B2 - Projection exposure equipment - Google Patents

Projection exposure equipment

Info

Publication number
JP2787711B2
JP2787711B2 JP1148362A JP14836289A JP2787711B2 JP 2787711 B2 JP2787711 B2 JP 2787711B2 JP 1148362 A JP1148362 A JP 1148362A JP 14836289 A JP14836289 A JP 14836289A JP 2787711 B2 JP2787711 B2 JP 2787711B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
projection
optical system
reticle
image
stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP1148362A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0314217A (en
Inventor
寿彦 辻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP1148362A priority Critical patent/JP2787711B2/en
Publication of JPH0314217A publication Critical patent/JPH0314217A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2787711B2 publication Critical patent/JP2787711B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えばLSI製造に用いられる投影露光装
置、特にそのマスクとステージとの相対位置の計測やデ
ィストーションの計測のための機構を備えた投影露光装
置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to, for example, a projection exposure apparatus used in the manufacture of LSIs, in particular, provided with a mechanism for measuring the relative position between a mask and a stage and measuring distortion. The present invention relates to a projection exposure apparatus.

[従来の技術] 現在、LSIメモリ等の回路パターンの転写において
は、投影露光装置が一般的に用いられている。この投影
露光装置による回路パターンの転写においては、投影露
光を行う前に行われる半導体ウェハとマスクとの投影光
学系を介した高精度な相対位置決めが不可欠であり、種
々の相対位置決め方法が考案され、実用化されている。
[Prior Art] At present, a projection exposure apparatus is generally used for transferring a circuit pattern of an LSI memory or the like. In the transfer of a circuit pattern by this projection exposure apparatus, high-precision relative positioning of a semiconductor wafer and a mask through a projection optical system, which is performed before performing projection exposure, is indispensable, and various relative positioning methods have been devised. Has been put to practical use.

第7図に特開昭64−10105号に係る投影露光装置の概
略な構成を示す。ここでは、露光光の光源に最大300Hz
のパルス発光を行うエキシマレーザ30jが採用されてい
て、1ショット200パルス(ウェハ上の単位露光面積に
対応する1回の露光期間中にエキシマレーザ30jが200回
発光する)程度で露光が行われる。また、露光光による
投影光学系3jを介したレチクル(マスクと同義)1jとウ
ェハ4jとの相対位置決めが行われていて、位置合せ用の
別光源を用いた場合のような投影レンズ3jの色収差に起
因する種々の誤差の影響がない。また、この露光光(以
下露光照明の場合と区別するために計測光とする)は、
ステージ5jからレチクル1jの方向に照射されるのでウェ
ハ上に形成されたレジスト層を不必要に感光させない。
FIG. 7 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to JP-A-64-10105. Here, the exposure light source is set to a maximum of 300 Hz.
The excimer laser 30j that emits a pulse is used, and exposure is performed with about 200 pulses per shot (the excimer laser 30j emits 200 times during one exposure period corresponding to a unit exposure area on a wafer). . In addition, the reticle (synonymous with a mask) 1j and the wafer 4j are positioned relative to each other via the projection optical system 3j by the exposure light, and the chromatic aberration of the projection lens 3j as in the case where another light source for alignment is used. Is not affected by various errors caused by This exposure light (hereinafter referred to as measurement light to distinguish it from the case of exposure illumination)
Since the irradiation is performed from the stage 5j in the direction of the reticle 1j, the resist layer formed on the wafer is not unnecessarily exposed.

本従来例において、レチクルステージ2jに取り付けら
れたレチクル1jには、転写領域の周囲に形成された遮光
部分とこの遮光部分に複数個形成された位置決め用のレ
チクルマーク9jとを有する。ここで、レチクルマーク9j
は、遮光部分に形成されたスリット形状を有する透明な
透光部分である。
In this conventional example, the reticle 1j attached to the reticle stage 2j has a light-shielding portion formed around the transfer area and a plurality of positioning reticle marks 9j formed in the light-shielding portion. Where reticle mark 9j
Is a transparent light transmitting portion having a slit shape formed in the light shielding portion.

また、ステージ5j上の投光器8jは、計測光を投光する
ための基準マーク10jを有する。ここで、基準マーク10j
は、投光器8j表面の遮光部分に形成された十字形状(2
本の直交するスリット)を有する透明な透光部分であ
る。
The light projector 8j on the stage 5j has a reference mark 10j for projecting measurement light. Here, the reference mark 10j
Is a cross shape (2) formed on the light shielding portion on the surface of the projector 8j.
This is a transparent light-transmitting portion having a slit perpendicular to the book.

このレチクルマーク9jに対して基準マーク10jが、ス
テージ5jの移動により、投影レンズ3jを介して横切るよ
うにレチクル1jとステージ5jとを相対移動させるととも
に、このときのステージ5jの移動量を干渉計45jにより
計測する。これにより、レチクルマーク9jの投影レンズ
3jに関する共役な位置がステージ5jの位置座標として記
憶され、レチクル1jの転写領域の中心点を含む任意の点
のステージ5j上における位置座標が算出される。
The reticle 1j and the stage 5j are moved relative to the reticle mark 9j so that the reference mark 10j moves across the projection lens 3j by moving the stage 5j, and the amount of movement of the stage 5j at this time is measured by an interferometer. Measure with 45j. Thereby, the projection lens of the reticle mark 9j
The conjugate position regarding 3j is stored as the position coordinates of the stage 5j, and the position coordinates of an arbitrary point including the center point of the transfer area of the reticle 1j on the stage 5j are calculated.

露光期間中、エキシマレーザ30jから射出された露光
光は、ズームエキスパンダ31j、オプチカルインテグレ
ータ32j、メインコンデンサレンズ36jにより、均一な強
度分布をレチクル1jの転写領域上で持つように調整され
て、ダイクロイックミラー21jを透過してレチクル1jの
所定領域を照明する。
During the exposure period, the exposure light emitted from the excimer laser 30j is adjusted by the zoom expander 31j, the optical integrator 32j, and the main condenser lens 36j so as to have a uniform intensity distribution on the transfer area of the reticle 1j, and is dichroic. A predetermined area of the reticle 1j is illuminated through the mirror 21j.

前述のレチクル1jとステージ5jとの相対位置検出を行
う場合のエキシマレーザ30jから射出される計測光は、
干渉計45jからの位置計測パルスに応答して発光トリガ
が行われるパルス光である。このパルス光は、ミラー11
j〜14jを経て投光器8jに導かれ、基準マーク10jからレ
チクル1jの方向に放射される。この計測光の一部は、投
影レンズ3jを介してレチクル1j上にスリット状の照明ス
ポット(基準マーク像)10j′を形成する。ステージ5j
の移動に伴なってこの照明スポット10j′はレチクル1j
上を移動する。そして、照明スポット10j′の中心とレ
チクルマーク9jの中心とが一致したときに、レチクル1j
を透過して光電検出器25jに入射する計測光は最大レベ
ルとなる。従って、このときの光電検出器25jの出力
は、最大出力となる。すなわち、この最大出力が得られ
るステージ5jの位置を求めることでレチクル1jのステー
ジ移動座標系における相対位置が規定されるのである。
The measurement light emitted from the excimer laser 30j when detecting the relative position between the reticle 1j and the stage 5j,
This is a pulse light that emits light in response to a position measurement pulse from the interferometer 45j. This pulse light is transmitted to the mirror 11
The light is guided to the projector 8j through j to 14j, and emitted from the reference mark 10j in the direction of the reticle 1j. Part of this measurement light forms a slit-like illumination spot (reference mark image) 10j 'on the reticle 1j via the projection lens 3j. Stage 5j
The illumination spot 10j ′ becomes reticle 1j
Move up. Then, when the center of the illumination spot 10j 'matches the center of the reticle mark 9j, the reticle 1j
Is transmitted to the photoelectric detector 25j and reaches the maximum level. Therefore, the output of the photoelectric detector 25j at this time becomes the maximum output. That is, the relative position of the reticle 1j in the stage movement coordinate system is determined by obtaining the position of the stage 5j at which the maximum output is obtained.

第8図(a)にレチクル1j上における照明スポット10
j′とレチクルマーク9jとのステージ5j移動に伴う重な
り状態を示す。照明スポット10j′は、ステージ5j移動
に伴ない矢印方向に一定速度で移動している。また、第
8図(b)は、照明スポット10j′の移動に伴なう光電
検出器25の出力信号の変化を示す。照明スポット10j′
の中心とレチクルマーク9jの中心とが一致したところで
出力信号は最大となるが、エキシマレーザ30jの各発光
パルス(例えばステージ5jの0.16μm移動毎のトリガ)
に対応した離散的な出力信号分布となっている。
FIG. 8A shows an illumination spot 10 on the reticle 1j.
This shows an overlapping state of j ′ and reticle mark 9j accompanying the movement of stage 5j. The illumination spot 10j 'moves at a constant speed in the direction of the arrow as the stage 5j moves. FIG. 8B shows a change in the output signal of the photoelectric detector 25 accompanying the movement of the illumination spot 10j '. Lighting spot 10j ′
When the center of the reticle mark 9j coincides with the center of the reticle mark 9j, the output signal becomes maximum. However, each emission pulse of the excimer laser 30j (for example, a trigger every 0.16 μm movement of the stage 5j)
And a discrete output signal distribution corresponding to

露光光の光源として用いられるエキシマレーザは、現
在の技術水準では毎秒の発光回数として最大200pps程
度、また1パルスの発光継続時間として10nsec程度のも
のが一般的であって、各パルス発光の間隔に比べ1パル
スの発光継続時間が極めて短い。
Excimer lasers used as a light source for exposure light generally have a maximum emission rate of about 200 pps per second and a light emission duration of about 10 nsec per pulse in the current state of the art. In comparison, the light emission duration of one pulse is extremely short.

[発明が解決しようとする課題] 従来例の投影露光装置のように露光光の光源としてエ
キシマレーザを用いた露光装置では、前述のようにエキ
シマレーザの発光繰り返し周波数が低いため、ステージ
を高速移動させながら高精度な位置計測を行うことが困
難であった。すなわち発光の休止時間(パルスとパルス
の間)にはウェハとマスクとの相対位置の状態を示す情
報(光電信号)が得られないため、ステージ用の干渉計
45jからの計測パルスの応答性に応じてステージ移動速
度を小さくする必要があった。従って、ウェハとレチク
ルとの相対位置決めに長時間を要する等の問題を生じ
て、装置のスループットを損ねた。また、スリット状の
マークを1回走査するたびに数百回以上のパルス発光が
必要なためにエキシマレーザのガス寿命を損ねた。
[Problems to be Solved by the Invention] In an exposure apparatus using an excimer laser as a light source of exposure light, as in a conventional projection exposure apparatus, the stage is moved at high speed because the emission repetition frequency of the excimer laser is low as described above. It was difficult to perform high-accuracy position measurement while doing so. That is, information (photoelectric signal) indicating the state of the relative position between the wafer and the mask cannot be obtained during the light-emission pause time (between pulses), so that the stage interferometer is used.
It was necessary to reduce the stage moving speed according to the response of the measurement pulse from 45j. Therefore, a problem such as a long time is required for the relative positioning between the wafer and the reticle, and the throughput of the apparatus is impaired. In addition, the pulse life of excimer laser is impaired because pulse emission of several hundred times or more is required every time the slit mark is scanned once.

また、計測速度を上げるために例えば、レチクルマー
クの透光部を大きくする、あるいは、干渉計45jの計測
パルスをまびいてエキシマレーザをトリガすることが考
えられるが、その場合、当然位置検出の精度は低下す
る。
In order to increase the measurement speed, for example, it is conceivable to enlarge the light-transmitting portion of the reticle mark, or to trigger the excimer laser by covering the measurement pulse of the interferometer 45j. Accuracy decreases.

また、エキシマレーザの各パルス発光毎の出力が変動
するため、特開昭64−10105号に示されるように各パル
ス発光毎の出力に応じて計測信号の較正(規格化)を行
う必要もあった。
Further, since the output of each pulse emission of the excimer laser fluctuates, it is necessary to calibrate (normalize) the measurement signal according to the output of each pulse emission as shown in JP-A-64-10105. Was.

[課題を解決するための手段] 本発明に係る投影露光装置は、所定のパターンと所定
の位置決めマークとがマスク面に形成されたマスクを露
光光により照明する第1照明光学系と、該パターンの像
を所定の結像面に投影する投影光学系と、前記結像面に
沿って移動可能なステージとを備えた投影露光装置にお
いて、前記結像面とほぼ同一の面内に開口部を有し、前
記ステージに固定された基準部材と、前記基準部材の開
口部を照明して、該開口部の投影像を前記投影光学系を
介して前記マスク面上に結像させる第2照明光学系と、
前記ステージを移動させて前記マスク面上における前記
開口部の投影像と前記位置決めマークとを撮像し前記開
口部の投影像と前記位置決めマークとの相対位置関係を
画像処理で求めることにより、前記位置決めマークの前
記投影光学系による結像位置を計測する計測手段とを備
えている。
[Means for Solving the Problems] A projection exposure apparatus according to the present invention includes a first illumination optical system for illuminating a mask having a predetermined pattern and a predetermined positioning mark formed on a mask surface with exposure light, A projection optical system that projects the image of the image onto a predetermined image plane, and a stage that is movable along the image plane, wherein an opening is formed in substantially the same plane as the image plane. A reference member fixed to the stage, and a second illumination optical system that illuminates an opening of the reference member and forms a projected image of the opening on the mask surface via the projection optical system. System and
The positioning is performed by moving the stage to capture a projection image of the opening and the positioning mark on the mask surface and obtaining a relative positional relationship between the projection image of the opening and the positioning mark by image processing. Measuring means for measuring an image forming position of the mark by the projection optical system.

[作用] 本発明に係る投影露光装置において、第1照明光学系
は、マスク面を露光光により照明する。また、投影光学
系は、露光光によって照明されたマスク面の所定のパタ
ーンの像を所定の結像面に投影する。開口部は、前記結
像面と同一面内に形成されているから、開口部の投影像
は、マスク面上に投影光学系を介して結像される。さら
に、開口部は、ステージに固定された基準部材に備えら
れ、ステージは、前記結像面に沿って移動するから、開
口部の投影像は、ステージの移動に伴ってマスク面上を
移動し得る。第2照明光学系は、前述のように開口部の
投影像をマスク面上に形成する。また、計測手段は、ス
テージを移動させて前記マスク面上における前記開口部
の投影像と前記位置決めマークとの相対位置関係を画像
処理で求めることにより、位置決めマークの投影光学系
による結像位置を計測する。
[Operation] In the projection exposure apparatus according to the present invention, the first illumination optical system illuminates the mask surface with exposure light. Further, the projection optical system projects an image of a predetermined pattern on the mask surface illuminated by the exposure light onto a predetermined imaging surface. Since the opening is formed in the same plane as the image forming plane, a projected image of the opening is formed on the mask surface via the projection optical system. Further, the opening is provided on a reference member fixed to the stage, and the stage moves along the imaging plane, so that the projected image of the opening moves on the mask surface with the movement of the stage. obtain. The second illumination optical system forms a projection image of the opening on the mask surface as described above. Further, the measuring means moves the stage and obtains a relative positional relationship between the projected image of the opening on the mask surface and the positioning mark by image processing, thereby determining an image forming position of the positioning mark by the projection optical system. measure.

[発明の実施例] 第1図は、本発明の第1実施例である露光装置の構成
を示す。ここでは、レチクル(マスクと同義)1とステ
ージ5との投影レンズ3を介した相対位置の計測が、レ
チクルに投影された基準マーク10をレチクルマーク9に
照合比較して行われる。
FIG. 1 shows a configuration of an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention. Here, measurement of the relative position between the reticle (synonymous with the mask) 1 and the stage 5 via the projection lens 3 is performed by comparing the reference mark 10 projected on the reticle with the reticle mark 9.

本露光装置において、所定の回路パターンと位置決め
用のレチクルマーク9とを有するレチクル1は、レチク
ルステージ2に取り付けられ、両側テレセントリック
(片側セントリックでも良い)な投影レンズ3を介して
ステージ5と対向する。レチクル1は、レチクルステー
ジ2上で駆動モータ42によりX方向、Y方向に移動可能
であり、この移動量は干渉計43により計測される。レチ
クルステージ2の移動は、後述するレチクル1の位置決
めに用いられる。レチクルステージ2の移動幅は数ミリ
メートル以下で、干渉計43の検出分解能も0.01μm程度
を有する。
In the present exposure apparatus, a reticle 1 having a predetermined circuit pattern and a reticle mark 9 for positioning is attached to a reticle stage 2 and faces a stage 5 via a projection lens 3 which is telecentric on both sides (or one side centric). I do. The reticle 1 can be moved on the reticle stage 2 in the X and Y directions by a drive motor 42, and the amount of movement is measured by an interferometer 43. The movement of the reticle stage 2 is used for positioning the reticle 1 described later. The moving width of the reticle stage 2 is several millimeters or less, and the detection resolution of the interferometer 43 is about 0.01 μm.

実際には、干渉計(レーザ光波干渉式測長器)43とミ
ラー6とは、X方向、Y方向、回転θ方向の位置をそれ
ぞれ独立に検出するため3組設置されているが、ここで
は説明を簡単にするために図示を一部省略してある。ま
た駆動モータ42も各方向に対応して計3個設置されてい
るが、同様な図示を一部省略してある。
Actually, three sets of interferometers (laser-wave interferometers) 43 and mirrors 6 are provided to independently detect the positions in the X direction, the Y direction, and the rotation θ direction. The illustration is partially omitted for simplicity of explanation. Further, a total of three drive motors 42 are provided corresponding to the respective directions, but a similar illustration is partially omitted.

ステージ5は、レチクル1の投影レンズ3に関する結
像面に沿って駆動モータ46により自由に移動可能な構成
である。ステージ5の露光装置本体に対する位置座標
は、ステージ5に固定されたミラー7の移動量を干渉計
45により計測し、所定の基準点からの距離として算出さ
れる。実際には、干渉計(レーザ光波干渉式測長器)45
とミラー7とは、X方向、Y方向の位置を独立に検出す
るため2組設置されているが、ここでは説明を簡単にす
るために図示を一部省略してある。また駆動モータ46も
各方向に対応して計2個設置されているが、同様に図示
を一部省略してある。
The stage 5 is configured to be freely movable by a drive motor 46 along an image plane of the reticle 1 with respect to the projection lens 3. The position coordinates of the stage 5 with respect to the exposure apparatus main body are determined by the amount of movement of the mirror 7 fixed to the stage 5 by an interferometer.
It is measured by 45 and calculated as the distance from a predetermined reference point. Actually, an interferometer (laser light wave interferometer) 45
Although two sets of the mirror 7 and the mirror 7 are provided for independently detecting the positions in the X direction and the Y direction, some of them are not shown here for the sake of simplicity. Further, a total of two drive motors 46 are provided corresponding to the respective directions, but also partially omitted in the drawing.

露光用の照明光学系は、エキシマレーザ30、ズームエ
キスパンダ31、オプチカルインテグレータ(フライアイ
レンズ)32、ミラー33、35、リレーレンズ34、メインコ
ンデンサレンズ36等により構成される。エキシマレーザ
30から射出された露光光は、ズームエキスパンダ31、オ
プチカルインテグレータ32、メインコンデンサレンズ36
により、レチクル1の照射面上で均一な強度分布を持つ
ように調整されて、ビームスプリッタ(ハーフミラー)
21を透過してレチクル1の所定領域を照明する。ズーム
スプリッタ21は、露光光の波長に対して90%の透過率と
10%の反射率とを持つ。
The illumination optical system for exposure includes an excimer laser 30, a zoom expander 31, an optical integrator (fly-eye lens) 32, mirrors 33 and 35, a relay lens 34, a main condenser lens 36, and the like. Excimer laser
Exposure light emitted from 30 is supplied to a zoom expander 31, an optical integrator 32, and a main condenser lens 36.
Is adjusted so as to have a uniform intensity distribution on the irradiation surface of the reticle 1, and the beam splitter (half mirror)
A predetermined area of the reticle 1 is illuminated through the reticle 1. The zoom splitter 21 has a transmittance of 90% with respect to the wavelength of the exposure light.
With a reflectance of 10%.

レチクル1の位置検出用の光学系は、エキシマレーザ
30、ミラー11〜14、投光系8、投影レンズ3により構成
される。この位置検出を行う場合、エキシマレーザ30か
ら射出された露光光をミラー11で反射させて計測光とし
て用いる。この計測光は、ミラー12、13、14を経て投光
系8に導かれ、レチクル1の共役面に形成された開口部
である基準マーク10から上方に放射され、投影レンズ3
に入射して、レチクル1上に基準マーク10の投影像(開
口像)を形成する。
The optical system for detecting the position of the reticle 1 is an excimer laser
The optical system includes a mirror 30, mirrors 11 to 14, a light projecting system 8, and a projection lens 3. When performing this position detection, the exposure light emitted from the excimer laser 30 is reflected by the mirror 11 and used as measurement light. The measurement light is guided to the light projecting system 8 via the mirrors 12, 13, and 14, and is emitted upward from the reference mark 10 which is an opening formed in the conjugate plane of the reticle 1, and the projection lens 3
To form a projection image (aperture image) of the reference mark 10 on the reticle 1.

この基準マークの投影像は、ステージ5の移動によっ
てレチクル1上の任意の点に位置決めできる。また、ミ
ラー11は、露光用の光学系のシャッタの役割も果たして
いて、露光中は図示しないモータ等により第1図中の位
置から退避される。
The projected image of the reference mark can be positioned at an arbitrary point on the reticle 1 by moving the stage 5. The mirror 11 also serves as a shutter of an optical system for exposure, and is retracted from a position in FIG. 1 by a motor (not shown) during exposure.

レチクル1に投影された基準マーク10とレチクルマー
ク9とを撮像して比較する光学系は、ビームプリッタ2
1、対物レンズ22、ハーフミラー23、結像レンズ24、イ
メージセンサ25により構成される。
The optical system for imaging and comparing the reference mark 10 projected on the reticle 1 and the reticle mark 9 is a beam splitter 2.
1. It comprises an objective lens 22, a half mirror 23, an imaging lens 24, and an image sensor 25.

この光学系は、レチクル1上のレチクルマーク9を捕
えるように配置されていて、ステージ5が移動して基準
マーク10の投影像がレチクルマーク9と重なったとき
に、この重なり状態をイメージセンサ25により撮像し
て、基準マーク10とレチクルマーク9との相対位置の計
測を行う。このとき、投影レンズ3を通った計測光は、
レチクルマーク9周囲のレチクル1透明部分を透過して
ビームスプリッタ21で一部分が反射され、対物レンズ2
2、ハーフミラー23、結像光学系24を介してイメージセ
ンサ25上に拡大されて結像される。
This optical system is arranged so as to catch the reticle mark 9 on the reticle 1. When the stage 5 moves and the projected image of the reference mark 10 overlaps with the reticle mark 9, this overlapping state is determined by the image sensor 25. And the relative position between the reference mark 10 and the reticle mark 9 is measured. At this time, the measurement light passing through the projection lens 3 is
The transparent portion of the reticle 1 around the reticle mark 9 is transmitted and partially reflected by the beam splitter 21 so that the objective lens 2
2. The image is enlarged and formed on the image sensor 25 via the half mirror 23 and the image forming optical system 24.

この光学系の検出分解能は、対物レンズ22、結像光学
系24等で構成される光学系の拡大倍率とイメージセンサ
25の分解能とに依存する。ここで、検出分解能を上げる
ために拡大倍率を高くするとこの光学系の視野は小さく
なる。しかし、この視野は、レチクル1上の基準マーク
10の像を十分に捕えられる広さに設定されている。
The detection resolution of this optical system depends on the magnification of the optical system composed of the objective lens 22, the imaging optical system 24, etc., and the image sensor.
Depends on 25 resolution. Here, if the magnification is increased to increase the detection resolution, the field of view of this optical system becomes smaller. However, this field of view is the reference mark on reticle 1.
It is set large enough to capture 10 images.

対物レンズ22とミラー23は、移動可能な台座の上に固
定され、駆動系により矢印の方向に移動する。これによ
り、レチクルマーク9がレチクル1上の適当な範囲内に
あれば、これをイメージセンサ25上に結像できる。ま
た、ハーフミラー23は、本来は単なるミラーで良いが本
実施例ではミラー12を可動にして光路上から退避させ、
ミラー11からの露光光をハーフミラー23、ビームスプリ
ッタ21、レチクル1、投影レンズ3を介してウェハ4に
照射してウェハ上のショット領域の位置決め(ダイ・バ
イ・ダイ・アライメント)にも用いる構成とした。
The objective lens 22 and the mirror 23 are fixed on a movable pedestal, and are moved in the direction of the arrow by a drive system. Thus, if the reticle mark 9 is within an appropriate range on the reticle 1, it can be imaged on the image sensor 25. Also, the half mirror 23 may be a simple mirror originally, but in the present embodiment, the mirror 12 is made movable and retracted from the optical path,
A configuration in which exposure light from the mirror 11 is irradiated to the wafer 4 via the half mirror 23, the beam splitter 21, the reticle 1, and the projection lens 3 to be used for positioning of a shot area on the wafer (die-by-die alignment). And

次に、本実施例の投影露光装置を用いたレチクル1の
位置計測、レチクルのアライメント、およびウェハアラ
イメントを説明する。
Next, position measurement of the reticle 1, alignment of the reticle, and wafer alignment using the projection exposure apparatus of the present embodiment will be described.

第2図(a)は、本実施例におけるステージ5に固定
された投光系8上の基準マーク10を示す。ここで、基準
マーク10は矩形で、10(a)、10(b)と大きさを変え
て2個設定されている。
FIG. 2A shows a reference mark 10 on the light projecting system 8 fixed to the stage 5 in the present embodiment. Here, the reference mark 10 is rectangular, and two pieces are set in a different size, 10 (a) and 10 (b).

第2図(b)は、レチクル1の転写領域PEの周囲の透
明部分に設定されたレチクルマーク9を示す。レチクル
マーク9は、遮光性の十字マークであり、9(a)、9
(b)、9(c)と3箇所に設定されている。
FIG. 2B shows a reticle mark 9 set on a transparent portion around the transfer area PE of the reticle 1. The reticle mark 9 is a light-shielding cross mark, and
(B) and 9 (c) are set in three places.

第2図(c)は、レチクル1の位置検出を行う場合、
ステージ5を移動させて、レチクル1上の3箇所の基準
マークのそれぞれに対して順次位置決めするときの基準
マーク10の投影像の軌跡を示す。
FIG. 2C shows a case where the position of the reticle 1 is detected.
The trajectory of the projected image of the reference mark 10 when the stage 5 is moved to sequentially position each of the three reference marks on the reticle 1 is shown.

基準マーク10は、基準マーク10のレチクル1上の投影
像の幅がレチクルマーク9よりも十分に幅広くなるよう
設定されている。また、レチクルマーク9の十字線は、
基準マーク10の投影像との重なりを広い領域で起すよう
にそれぞれ十分長く設定されている。
The reference mark 10 is set such that the width of the projected image of the reference mark 10 on the reticle 1 is sufficiently wider than the reticle mark 9. Also, the crosshair of the reticle mark 9 is
Each of them is set to be sufficiently long so that an overlap with the projected image of the reference mark 10 occurs in a wide area.

さて、レチクル1をレチクルステージ2上にプリアラ
イメントして載置した後、レチクル1の位置検出、およ
び位置決めが行われる。この場合、エキシマレーザ30を
発光させないで所定のプログラムによりステージ5を移
動させる。これにより基準マーク10の投影像の軌跡は、
第2図(c)の矢印となり、おおよその位置で各レチク
ルマーク9(a)、9(b)、9(c)と交差する。
After the reticle 1 is pre-aligned and mounted on the reticle stage 2, position detection and positioning of the reticle 1 are performed. In this case, the stage 5 is moved by a predetermined program without causing the excimer laser 30 to emit light. Accordingly, the locus of the projected image of the reference mark 10 is
It becomes an arrow in FIG. 2 (c) and intersects with each of the reticle marks 9 (a), 9 (b), 9 (c) at an approximate position.

また、このプログラムは、基準マーク10の投影像が各
レチクルマーク9(a)、9(b)、9(c)とのおお
よその重なり位置に達したときに制御系47からエキシマ
レーザ30に発光トリガを1発または複数発(2〜5発)
送出させる。同時に、この発光トリガ送出時の干渉系45
によるステージ5の位置座標が記憶される。(複数発の
トリガ送出の場合、この間ステージ5は停止している必
要がある)これにより、エキシマレーザ30が発光し計測
光が発生してイメージセンサ25上に像を与える。
Further, this program emits light from the control system 47 to the excimer laser 30 when the projected image of the reference mark 10 reaches an approximate overlapping position with each of the reticle marks 9 (a), 9 (b), 9 (c). One or more triggers (2-5)
Send out. At the same time, the interfering system 45
Is stored. (In the case of sending a plurality of triggers, the stage 5 needs to be stopped during this period.) Thereby, the excimer laser 30 emits light, generates measurement light, and gives an image on the image sensor 25.

また、この発光トリガ送出時の干渉系45によるステー
ジ5の位置座標が制御系47に抽出記憶される。
The position coordinates of the stage 5 by the interference system 45 at the time of emission trigger transmission are extracted and stored in the control system 47.

例えば、レチクルマーク9(a)と基準マーク10の投
影像とのおおよその重なり位置でイメージセンサ25上に
第3図(a)に示すような像が形成されたとする。この
場合、イメージセンサ25の水平走査線方向が計測方向と
なり、この方向と交差する方向に伸びたレチクルマーク
9のエッジと基準マーク10のエッジとの位置関係が光電
検出される。このときのイメージセンサ25の出力信号
は、第3図(b)のようになる。この出力信号の両側の
立ち上がりのエッジに対する中央の凹部の位置を検出す
ることにより、基準マーク10の投影像の中心とレチクル
マーク9(a)のずれ量が求められる。また、このずれ
量と先に記憶したステージ座標値とによりレチクルマー
ク9(a)の投影レンズ3を介した結像点の位置が干渉
計45の座標として与えられる。この操作を前述のステー
ジ5の移動に伴なわせてレチクルマーク9(b)、9
(c)に対して次々に行う。その後各レチクルマーク9
(a)、9(b)、9(c)の座標は、制御系47で各座
標の目標値と比較され、その偏差は、駆動モータ42によ
りレチクルステージ2を移動して補正される。このと
き、レチクルステージ2のx方向、y方向、回転方向そ
れぞれの補正量が、干渉計43により計測されて制御計47
へフィードバックされる。
For example, it is assumed that an image as shown in FIG. 3A is formed on the image sensor 25 at an approximate overlapping position of the reticle mark 9 (a) and the projected image of the reference mark 10. In this case, the horizontal scanning line direction of the image sensor 25 is the measurement direction, and the positional relationship between the edge of the reticle mark 9 and the edge of the reference mark 10 extending in a direction intersecting this direction is photoelectrically detected. The output signal of the image sensor 25 at this time is as shown in FIG. By detecting the position of the central concave portion with respect to the rising edges on both sides of the output signal, the shift amount between the center of the projected image of the reference mark 10 and the reticle mark 9 (a) is obtained. Also, the position of the image forming point of the reticle mark 9 (a) via the projection lens 3 is given as the coordinates of the interferometer 45 based on the shift amount and the previously stored stage coordinate value. This operation is performed in accordance with the movement of the stage 5, and the reticle marks 9 (b), 9 (b)
(C) is performed one after another. Then each reticle mark 9
The coordinates of (a), 9 (b), and 9 (c) are compared with target values of the respective coordinates by the control system 47, and the deviation is corrected by moving the reticle stage 2 by the drive motor 42. At this time, the correction amounts of the reticle stage 2 in the x direction, the y direction, and the rotation direction are measured by the interferometer 43 and the controller 47
Is fed back to

本実施例の投影露光装置では、レチクル1の装置に対
する位置合せを効率良くかつ高精度に行うために、以上
の操作を粗調整と微調整との2回繰り返す。ここで、粗
調整は、第2図(a)の投光系8上の大きな基準マーク
10(a)によるイメージセンサ25の出力信号を用いてス
テージ5を前述のプログラムに従って連続的に移動させ
るとともに、結像光学系24の倍率を低倍率に切り替えて
視野を広くして行う。また、微調整は、小さな基準マー
ク10(b)を粗調整で求められた各レチクルマーク9
(a)、9(b)、9(c)の投影位置の座標から両基
準マーク10(a)、10(b)の中心距離分ずれた位置を
移動させる、またはずれた位置に位置決めし停止させ、
結像光学系24の倍率を高倍率に切り替え検出分解能を高
めて行う。
In the projection exposure apparatus of the present embodiment, the above operation is repeated twice, that is, coarse adjustment and fine adjustment, in order to perform the alignment of the reticle 1 with the apparatus efficiently and with high accuracy. Here, the coarse adjustment is performed by using a large reference mark on the light projecting system 8 in FIG.
The stage 5 is continuously moved in accordance with the above-mentioned program using the output signal of the image sensor 25 according to 10 (a), and the field of view is widened by switching the magnification of the imaging optical system 24 to a low magnification. The fine adjustment is performed on each reticle mark 9 obtained by coarse adjustment of the small reference mark 10 (b).
(A), 9 (b) and 9 (c) are moved from the coordinates of the projected position by the center distance of both reference marks 10 (a) and 10 (b), or are positioned and stopped at the shifted positions. Let
The magnification of the imaging optical system 24 is switched to a high magnification to increase the detection resolution.

以上の手順によりレチクル1の装置に対する位置合せ
が行われる。また、この位置合せ終了後の各レチクルマ
ーク9(a)、9(b)、9(c)に対応するステージ
5の位置座標値からレチクル1上の回路パターン領域PE
の投影像の中心位置の位置座標が求められ記憶される。
さらに、レチクルマーク9(a)、9(c)の座標か
ら、レチクル1の残留ローテーション(回転量)誤差が
検出される。
The alignment of the reticle 1 with respect to the apparatus is performed by the above procedure. Further, the circuit pattern area PE on the reticle 1 is obtained from the position coordinate values of the stage 5 corresponding to the respective reticle marks 9 (a), 9 (b), 9 (c) after the completion of the alignment.
Is obtained and stored.
Further, a residual rotation (rotation amount) error of the reticle 1 is detected from the coordinates of the reticle marks 9 (a) and 9 (c).

また、ダイ・バイ・ダイ・アライメント系(11、22、
23、24、25、30)または不図示のオフ・アクシス・アラ
イメント系等により測定したステージ5上における基準
マーク10とウェハ4上のアライメントマークとの距離に
より、回路パターン領域PEの投影像とウェハ上の被転写
領域とを重ね合せるために必要なステージ5の移動量の
算出が行われる。制御系47は、この移動量に従って駆動
モータ46によりステージ5の位置調整を行う。これによ
り、ウェハ4とレチクル1の相対位置決め動作(アライ
メント)が行われる。
Die-by-die alignment systems (11, 22,
23, 24, 25, 30) or the distance between the reference mark 10 on the stage 5 and the alignment mark on the wafer 4 measured by an off-axis alignment system or the like (not shown), the projected image of the circuit pattern area PE and the wafer The amount of movement of the stage 5 necessary to overlap the upper transfer target area is calculated. The control system 47 adjusts the position of the stage 5 by the drive motor 46 according to the amount of movement. Thus, a relative positioning operation (alignment) between the wafer 4 and the reticle 1 is performed.

以上の動作において、エキシマレーザ30の1回の発光
パルス幅は20nsec程度であり、発光トリガを制御系47か
ら送出して1μsec以内には発光できるから、ウェハス
テージ5を停止することなくレチクルマーク9の投影位
置を基準マーク10が高速に走査する間に1パルスだけ発
光させるだけでも十分に高精度な計測が可能である。こ
のとき、発光トリガと干渉計45の出力とが制御系47のハ
ードウェアによって十分高速に処理されるなら走査によ
り生じる誤差は干渉計分解能よりも十分小さくすること
が可能である。
In the above operation, one emission pulse width of the excimer laser 30 is about 20 nsec, and an emission trigger can be emitted within 1 μsec from the control system 47, so that the reticle mark 9 can be emitted without stopping the wafer stage 5. Sufficiently accurate measurement is possible by emitting only one pulse while the reference mark 10 scans the projected position at a high speed. At this time, if the light emission trigger and the output of the interferometer 45 are processed at a sufficiently high speed by the hardware of the control system 47, the error caused by scanning can be made sufficiently smaller than the interferometer resolution.

また、ウェハステージ5を位置決めしておき十分安定
な状態でエキシマレーザ30を何回か発光させることによ
り、イメージセンサ25に同じ画像を蓄積させて出力信号
を平均化して計測再現性を高めることも可能である。
In addition, by positioning the wafer stage 5 and emitting the excimer laser 30 several times in a sufficiently stable state, the same image can be accumulated in the image sensor 25 and the output signals can be averaged to improve the measurement reproducibility. It is possible.

さらに、基準マーク10の投影像とレチクルマーク9と
のおおよその重なり位置で、計測方向に一定量だけ両者
の相対位置をずらせて、それぞれ位置ずれ量の計測を行
い、2つ以上の重なり状態の画像から得られる位置ずれ
量とずらせた移動量(移動位置)からレチクルマーク9
の中心と基準マーク像の中心とが一致するステージ位置
座標を算出することも可能である。
Further, at the approximate overlapping position of the projected image of the reference mark 10 and the reticle mark 9, the relative positions of the two are shifted by a fixed amount in the measurement direction, and the amount of displacement is measured. The reticle mark 9 is calculated based on the positional shift amount obtained from the image and the shifted amount (moved position).
It is also possible to calculate the stage position coordinates where the center of the reference mark image coincides with the center of the reference mark image.

次に、本実施例の露光装置における倍率計測及びディ
ストーションの計測について説明する。
Next, magnification measurement and distortion measurement in the exposure apparatus of the present embodiment will be described.

ここで用いられるレチクル1には、前述のレチクルマ
ーク9とともに、転写領域を含む領域のディストーショ
ン及び倍率測定位置に対応させて遮光性の十字マークが
形成されている。これらの十字マークの投影像の位置を
検出することにより、倍率計測とディストーションの計
測とを行う。
On the reticle 1 used here, together with the reticle mark 9 described above, a light-shielding cross mark is formed corresponding to the distortion and magnification measurement positions of the area including the transfer area. By detecting the positions of the projected images of these cross marks, magnification measurement and distortion measurement are performed.

レチクル1の装置に対する位置決めを行った後各十字
マークの結像レンズ3に関する設計上の各結像点を基準
マーク10が通るような所定のプログラムに従って、干渉
計45で移動量をフィードバックしながらステージ5を移
動させる。基準マーク10の中心が、第4図(a)のよう
にこの設計上の各結像点に達したときにエキシマレーザ
30を発光させる。イメージセンサ25からは、第4図
(b)のような出力信号が得られ、両側の立ち上がりと
中央の凹部とを検出して十字マークの設計上の各結像点
と基準マーク10の位置ずれ量を算出する。ここで、イメ
ージセンサ25は、x軸方向、y軸方向の2方向の出力信
号を同時に出力する(2次元センサ)から、1回のエキ
シマレーザ30の発光でx軸方向、y軸方向の2方向の位
置ずれ量が検出される。ただし、イメージセンサ25の垂
直走査方向は、1フレーム走査後に、垂直方向に並んだ
画素列のレベルを切り出し回路等で抽出することにより
第4図(b)のような信号を得る。
After positioning the reticle 1 with respect to the apparatus, the interferometer 45 feeds back the movement amount by the interferometer 45 in accordance with a predetermined program such that the reference mark 10 passes through each of the design imaging points of each cross mark with respect to the imaging lens 3. Move 5 When the center of the reference mark 10 reaches each of the design imaging points as shown in FIG.
Flash 30. An output signal as shown in FIG. 4 (b) is obtained from the image sensor 25, and the rising of both sides and the central concave portion are detected, and the positional shift between each of the design imaging points of the cross mark and the reference mark 10 is detected. Calculate the amount. Here, the image sensor 25 simultaneously outputs output signals in two directions of the x-axis direction and the y-axis direction (two-dimensional sensor), so that one emission of the excimer laser 30 emits two signals in the x-axis direction and the y-axis direction. The amount of displacement in the direction is detected. However, in the vertical scanning direction of the image sensor 25, a signal as shown in FIG. 4 (b) is obtained by extracting a level of a pixel row arranged in the vertical direction by a clipping circuit or the like after scanning one frame.

投影レンズにディストーション及び、倍率誤差が全く
存在しなければ十字マーク中心と発光マーク中心とが一
致するが通常は僅かにずれ、このずれがディストーショ
ン、あるいは、倍率誤差である。
If there is no distortion or magnification error in the projection lens, the center of the cross mark and the center of the light-emitting mark coincide with each other, but usually slightly deviate, and this deviation is distortion or magnification error.

このディストーション及び倍率誤差の計測の際も、対
物レンズ22を駆動系によって紙面と垂直な面内で移動さ
せてレチクル1上のすべての十字マークのそれぞれをイ
メージセンサ25上に結像できる。これによりレチクル1
上のすべての十字マークに対する計測が行われる。
Also at the time of measuring the distortion and the magnification error, the objective lens 22 can be moved in a plane perpendicular to the paper surface by the drive system to form all the cross marks on the reticle 1 on the image sensor 25. Thereby, reticle 1
Measurements are made for all the above cross marks.

本実施例の投影露光装置のさらに別の機能として、投
影レンズ3に関するレチクル1上の任意の点の合焦点位
置を計測することも可能である。
As still another function of the projection exposure apparatus of the present embodiment, it is also possible to measure the in-focus position of an arbitrary point on the reticle 1 with respect to the projection lens 3.

ここで、ステージ5には上下方向の移動量を計測する
焦点検出系、ギャップセンサ等が設置される。ステージ
5を上下いずれかの方向に移動させてイメージセンサ25
の信号波形をサンプリングすることにより、信号波形の
コントラストや波形の凹凸の傾き等から合焦点の判定を
行い、焦点検出系、ギャップセンサ等の示す移動量か
ら、その高さ位置が計測される。
Here, the stage 5 is provided with a focus detection system that measures the amount of vertical movement, a gap sensor, and the like. The stage 5 is moved up or down to move the image sensor 25
By sampling the signal waveform, the in-focus point is determined from the contrast of the signal waveform, the inclination of the unevenness of the waveform, and the like, and the height position is measured from the movement amount indicated by the focus detection system, the gap sensor, and the like.

本実施例においてはレチクルの透過光を利用したが投
影レンズ3がウェハ側のみテレセントリックな構成にお
いてはレチクルの反射光を利用することが可能である。
In this embodiment, the transmitted light of the reticle is used. However, in a configuration in which the projection lens 3 is telecentric only on the wafer side, it is possible to use the reflected light of the reticle.

第5図は、本発明の投影露光装置の第2実施例であ
る。第2実施例においては、ウェハ側のみテレセントリ
ックな投影レンズ3bを通った基準マーク10からの露光光
をレチクル1bで反射させてイメージセンサ25bに導く構
成である。
FIG. 5 shows a second embodiment of the projection exposure apparatus of the present invention. In the second embodiment, the exposure light from the reference mark 10 passing through the telecentric projection lens 3b only on the wafer side is reflected by the reticle 1b and guided to the image sensor 25b.

ここで、図示されないその他の構成は、第1図と同一
である。また、レチクル1の転写領域の外側は鏡面上に
加工され、レチクルマーク9は、この鏡面に形成された
透光性または吸収性の十字形である。
Here, other configurations not shown are the same as those in FIG. The outside of the transfer area of the reticle 1 is processed on a mirror surface, and the reticle mark 9 is a light-transmitting or absorbing cross shape formed on the mirror surface.

投影レンズ3bを通った基準マーク10からの露光光は、
レチクル1bで反射されミラー26、対物レンズ22b、結像
レンズ24bを介してイメージセンサ25bに入射させる。第
2実施例においても第1実施例と同様の機能と効果とが
得られる。
The exposure light from the reference mark 10 passing through the projection lens 3b is
The light is reflected by the reticle 1b and is incident on the image sensor 25b via the mirror 26, the objective lens 22b, and the imaging lens 24b. In the second embodiment, functions and effects similar to those of the first embodiment can be obtained.

第6図は、本発明の投影露光装置の第3実施例であ
る。第3実施例において、ウェハ4上に設定された位置
決め用のマークは、レチクル1cを介することなく投影レ
ンズ3c、ミラー27c、26cを通してアライメント系26cで
画像として検出される構成である。ここで、図示されな
いその他の構成は、第1図と同一である。また、レチク
ル1cは、前もって別の方法により装置本体に精度良く位
置決めされる。
FIG. 6 shows a third embodiment of the projection exposure apparatus of the present invention. In the third embodiment, the positioning mark set on the wafer 4 is detected as an image by the alignment system 26c through the projection lens 3c and mirrors 27c and 26c without passing through the reticle 1c. Here, other configurations not shown are the same as those in FIG. The reticle 1c is accurately positioned in advance in the apparatus main body by another method.

第3実施例の投影露光装置においては、ウェハ4をプ
リアライメントしてステージ5に載置した後、アライメ
ント系26cを用いて、ウェハ4上に設定された複数個の
位置決め用マークの位置を計測する。これにより、ウェ
ハ4上の位置決め用マークの位置、すなわち被露光領域
(ショット)の中心点と基準マーク10との相対位置関係
が求められる。
In the projection exposure apparatus according to the third embodiment, after pre-aligning the wafer 4 and placing it on the stage 5, the positions of a plurality of positioning marks set on the wafer 4 are measured using the alignment system 26c. I do. Thus, the position of the positioning mark on the wafer 4, that is, the relative positional relationship between the reference mark 10 and the center point of the exposure area (shot) is obtained.

基準マーク10とレチクル1cとの位置関係はステージ上
の投光系8を用いて予め計測してあるので、結果とし
て、レチクル1cとウエハ4とが相対的に位置決めされ
る。また、アライメント系25cは、第1実施例のイメー
ジセンサ25のように撮像機能を持つとともに、アライメ
ント系25cの内部に設定された位置決め用の指標に対す
る検出像の中心位置のずれ量を算出する機能を持つ。
Since the positional relationship between the reference mark 10 and the reticle 1c is measured in advance using the light projecting system 8 on the stage, the reticle 1c and the wafer 4 are relatively positioned as a result. The alignment system 25c has an imaging function like the image sensor 25 of the first embodiment, and also has a function of calculating the amount of deviation of the center position of the detected image with respect to the positioning index set inside the alignment system 25c. have.

第3実施例の投影露光装置においては、ステージ5を
移動させてまず基準マーク10をアライメント系25cに捕
えて基準マーク10の座標位置を記憶した後、ステージ5
を移動させてウェハ4上の各位置決め用のマークをアラ
イメント系25cで捕えることにより、各位置決め用のマ
ークと基準マーク10との間のそれぞれの距離が干渉計45
により計測される。この場合、基準マーク10は、アライ
メント系が容易に検出しうるような形状のパターンであ
る必要が有るとともに、ウェハ4上の各位置決め用のマ
ークと同一な形状であることが望ましい。
In the projection exposure apparatus according to the third embodiment, the stage 5 is moved so that the reference mark 10 is first captured by the alignment system 25c and the coordinate position of the reference mark 10 is stored.
Is moved to catch each positioning mark on the wafer 4 by the alignment system 25c, so that the distance between each positioning mark and the reference mark 10 is reduced by the interferometer 45.
Is measured by In this case, the reference mark 10 needs to be a pattern having a shape that can be easily detected by the alignment system, and desirably has the same shape as the positioning marks on the wafer 4.

さらに図示しない第4実施例として、特開昭64−1010
5号に示されるようなOFF−AXISアライメント系を有する
投影露光装置においても同様に、その光電検出器に替え
て撮像機能を備えた相対位置の検出系を採用することが
可能である。これにより、第3実施例と全く同様にして
ベースライン量等を計測できる。本実施例によれば、位
置決めマークの中心と開口部の投影像の中心を一致させ
るようにステージの位置決めを行わなくても、位置決め
マークの投影光学系による結像位置を検出可能である。
また、開口部は、マスク面上における開口部の投影像が
マスク側のスリット状の位置決めマークよりも位置計測
方向に関して相対的に十分大きな幅を持つように形成さ
れているから、イメージセンサが撮像する開口部の投影
像と位置決めマークとの重なり状態は、開口部の明るい
投影像の内側に入った相対的に暗くて細い位置決めマー
クとなる。この明暗像を画像処理することにより、位置
決めマークの中心と開口部の中心との位置ずれ量が、ス
テージの座標値単位で算出される。これにより、位置決
めマークの中心と開口部の投影像の中心とが一致するス
テージ位置の座標が算出される。すなわち、特に位置決
めマークの中心と開口部の投影像の中心を一致させるよ
うにステージの位置決めを行わなくても、開口部と位置
決めマークとの投影光学系に関する相対位置関係を計測
できる。さらに、開口部の投影像と位置決めマークとの
相対位置関係を画像処理で求めることにより、位置決め
マークの投影光学系による結像位置を計測できるから、
エキシマレーザ等のパルス発光する光源を用いても高速
で高精度な計測が可能である。また、このときの光源の
発光回数は、例えば特開昭64−10105号に係る投影露光
装置に比べて格段に少なくて済む。これにより、パルス
発光する光源のガス寿命が伸びる。また、本発明に係る
投影露光装置においては、露光転写以外の場合に露光光
が、ウェハに対して照射されないのでウェハのレジスト
層の不必要な感光が無い。[発明の効果] 本発明に係る投影露光装置においては、ステージに固
定された基準部材が有する開口部の投影像とマスク面の
位置決めマークとの相対位置関係を画像処理で求めるこ
とにより、位置決めマークの投影光学系による結像位置
を計測できるから、露光準備時間等が短縮されて装置の
可動効率が向上する。また、開口部の投影像と位置決め
マークとの相対位置関係を画像処理で求めることによ
り、開口部の投影像と位置決めマークとの重なり状態が
いかなる状態でも、位置決めマークの投影光学系による
結像位置を計測できる。
Further, as a fourth embodiment not shown, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-1010
Similarly, in a projection exposure apparatus having an OFF-AXIS alignment system as shown in No. 5, a relative position detection system having an imaging function can be employed instead of the photoelectric detector. Thus, the baseline amount and the like can be measured in exactly the same manner as in the third embodiment. According to the present embodiment, the imaging position of the positioning mark by the projection optical system can be detected without positioning the stage so that the center of the positioning mark matches the center of the projected image of the opening.
Further, since the opening is formed so that the projected image of the opening on the mask surface has a width sufficiently larger in the position measurement direction than the slit-shaped positioning mark on the mask side, the image sensor captures the image. The overlapping state between the projected image of the opening and the positioning mark becomes a relatively dark and thin positioning mark inside the bright projected image of the opening. By performing image processing on this bright / dark image, the amount of displacement between the center of the positioning mark and the center of the opening is calculated in units of coordinate values of the stage. Thereby, the coordinates of the stage position where the center of the positioning mark coincides with the center of the projected image of the opening are calculated. That is, the relative positional relationship between the opening and the positioning mark with respect to the projection optical system can be measured without positioning the stage so that the center of the positioning mark coincides with the center of the projection image of the opening. Furthermore, since the relative positional relationship between the projection image of the opening and the positioning mark is obtained by image processing, the image forming position of the positioning mark by the projection optical system can be measured.
High-speed and high-accuracy measurement is possible even using a pulsed light source such as an excimer laser. Further, the number of times of light emission of the light source at this time is much smaller than that of the projection exposure apparatus disclosed in, for example, JP-A-64-10105. This extends the gas life of the light source that emits pulsed light. Further, in the projection exposure apparatus according to the present invention, unnecessary exposure of the resist layer of the wafer is eliminated because the exposure light is not irradiated to the wafer except for the exposure transfer. [Effect of the Invention] In the projection exposure apparatus according to the present invention, the positioning mark is obtained by determining the relative positional relationship between the projection image of the opening of the reference member fixed to the stage and the positioning mark on the mask surface by image processing. Since the image formation position by the projection optical system can be measured, the exposure preparation time and the like are shortened, and the operation efficiency of the apparatus is improved. In addition, by determining the relative positional relationship between the projection image of the opening and the positioning mark by image processing, the image forming position of the positioning mark by the projection optical system can be obtained regardless of the state of overlap between the projection image of the opening and the positioning mark. Can be measured.

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

第1図は、本発明の第1実施例の投影露光装置の構成を
示す模式図である。 第2図(a)は、第1実施例の投影露光装置の投光器8
の平面図、第2図(b)は、同じくレチクル1の平面
図、第2図(c)は、第1実施例におけるレチクル1の
装置本体に対する位置決めの方法を説明する概念図であ
る。 第3図(a)は、第1実施例の投影露光装置のイメージ
センサ25の撮像像の一例を示す概念図、第3図(b)
は、このときのイメージセンサ25の出力信号を示す概念
図である。 第4図(a)は、第1実施例におけるディストーション
の計測時のイメージセンサ25の撮像像の一例を示す概念
図、第4図(b)は、このときのイメージセンサ25の出
力信号を示す概念図である。 第5図は、本発明の第2実施例の投影露光装置の部分的
な構成を示す模式図である。 第6図は、本発明の第3実施例の投影露光装置の部分的
な構成を示す模式図である。 第7図は、従来例の投影露光装置の構成を示す模式図で
ある。 第8図(a)は、従来例の投影露光装置のレチクル1j上
におけるレチクルマーク9jと基準マーク10jの投影像の
重なりの一例を示す概念図、第8図(b)は、このとき
の光電検出器25jの出力信号を示す概念図である。 [主要部分の符号の説明] 1……レチクル、3……投影レンズ 4……ウェハ、5……ステージ 6……投光系、9……レチクルマーク 10……基準マーク、11〜14……ミラー 25……イメージセンサ、30……エキシマレーザ 34……リレーレンズ系、36……コンデンサレンズ 45……干渉計
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2A shows a projector 8 of the projection exposure apparatus according to the first embodiment.
2 (b) is a plan view of the reticle 1, and FIG. 2 (c) is a conceptual diagram illustrating a method of positioning the reticle 1 with respect to the apparatus main body in the first embodiment. FIG. 3A is a conceptual diagram showing an example of a captured image of the image sensor 25 of the projection exposure apparatus of the first embodiment, and FIG.
Is a conceptual diagram showing an output signal of the image sensor 25 at this time. FIG. 4A is a conceptual diagram showing an example of a captured image of the image sensor 25 at the time of measuring distortion in the first embodiment, and FIG. 4B shows an output signal of the image sensor 25 at this time. It is a conceptual diagram. FIG. 5 is a schematic diagram showing a partial configuration of a projection exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram showing a partial configuration of a projection exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional projection exposure apparatus. FIG. 8A is a conceptual diagram showing an example of an overlap of projected images of a reticle mark 9j and a reference mark 10j on a reticle 1j of a conventional projection exposure apparatus, and FIG. FIG. 14 is a conceptual diagram showing an output signal of a detector 25j. [Description of Signs of Main Parts] 1 reticle, 3 projection lens 4 wafer 5 stage 6 projection system 9 reticle mark 10 reference mark 11 to 14 Mirror 25 ... Image sensor, 30 ... Excimer laser 34 ... Relay lens system, 36 ... Condenser lens 45 ... Interferometer

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】所定のパターンと所定の位置決めマークと
がマスク面に形成されたマスクを露光光により照明する
第1照明光学系と、該パターンの像を所定の結像面に投
影する投影光学系と、前記結像面に沿って移動可能なス
テージとを備えた投影露光装置において、 前記結像面とほぼ同一の面内に開口部を有し、前記ステ
ージに固定された基準部材と; 前記基準部材の開口部を照明して、該開口部の投影像を
前記投影光学系を介して前記マスク面上に結像させる第
2照明光学系と; 前記ステージを移動させて前記マスク面上における前記
開口部の投影像と前記位置決めマークとを撮像し前記開
口部の投影像と前記位置決めマークとの相対位置関係を
画像処理で求めることにより、前記位置決めマークの前
記投影光学系による結像位置を計測する計測手段と; を備えることを特徴とする投影露光装置。
1. A first illumination optical system for irradiating a mask having a predetermined pattern and a predetermined positioning mark formed on a mask surface with exposure light, and a projection optical system for projecting an image of the pattern on a predetermined image forming surface. A projection exposure apparatus comprising: a system; and a stage movable along the imaging plane, comprising: a reference member having an opening in substantially the same plane as the imaging plane and fixed to the stage; A second illumination optical system that illuminates the opening of the reference member and forms a projected image of the opening on the mask surface via the projection optical system; and moving the stage to move the stage onto the mask surface. By imaging the projected image of the opening and the positioning mark in the above and determining the relative positional relationship between the projected image of the opening and the positioning mark by image processing, the image forming position of the positioning mark by the projection optical system Measure That the measuring means and; projection exposure apparatus comprising: a.
【請求項2】前記開口部は、そのマスク面上における投
影像が位置計測の方向に関して前記位置決めマークより
も大きな幅となるように形成されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の投影露光装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the opening is formed such that a projection image on the mask surface has a width larger than the positioning mark in a direction of position measurement. The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項3】前記第2照明光学系は、前記開口部をパル
ス光で照明するための照明用光源を有することを特徴と
する特許請求の範囲第1項又は第2項記載の投影露光装
置。
3. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the second illumination optical system has an illumination light source for illuminating the opening with pulsed light. .
【請求項4】前記第1照明光学系は、前記マスクをパル
ス光で照明するための露光用光源を有し、前記第2照明
光学系は前記露光用光源を前記照明用光源として用いる
ことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の投影露光
装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein the first illumination optical system has an exposure light source for illuminating the mask with pulsed light, and the second illumination optical system uses the exposure light source as the illumination light source. 4. The projection exposure apparatus according to claim 3, wherein the projection exposure apparatus is characterized in that:
【請求項5】前記露光用光源は、エキシマレーザを射出
することを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の投影
露光装置。
5. The projection exposure apparatus according to claim 4, wherein said exposure light source emits an excimer laser.
【請求項6】前記計測手段は、前記照明用光源から複数
のパルス光を発生させて蓄積された画像情報に基づい
て、前記開口部の投影像と前記位置決めマークとの相対
位置関係を求めることを特徴とする特許請求の範囲第3
項記載の投影露光装置。
6. The measuring means determines a relative positional relationship between a projection image of the opening and the positioning mark based on image information generated by generating a plurality of pulse lights from the illumination light source. Claim 3 characterized by the following.
Item 3. The projection exposure apparatus according to Item 1.
【請求項7】前記計測手段は、前記マスク上に形成され
た複数の位置決めマークの前記投影光学系による結像位
置をそれぞれ計測し、該計測の結果に基づいて前記投影
光学系に関する倍率及びディストーションの少なくとも
一方を計測することを特徴とする特許請求の範囲第1項
又は第2項に記載の投影露光装置。
7. The measuring means measures the image forming positions of a plurality of positioning marks formed on the mask by the projection optical system, and based on a result of the measurement, a magnification and a distortion related to the projection optical system. 3. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein at least one of the two is measured.
【請求項8】前記計測手段は、前記投影光学系の光軸方
向に前記ステージを移動させて前記投影光学系の合焦位
置を計測することを特徴とする特許請求の範囲第1項又
は第2項に記載の投影露光装置。
8. The apparatus according to claim 1, wherein said measuring means measures the in-focus position of said projection optical system by moving said stage in an optical axis direction of said projection optical system. Item 3. The projection exposure apparatus according to Item 2.
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