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JPH06151277A - Aligner - Google Patents

Aligner

Info

Publication number
JPH06151277A
JPH06151277A JP4314328A JP31432892A JPH06151277A JP H06151277 A JPH06151277 A JP H06151277A JP 4314328 A JP4314328 A JP 4314328A JP 31432892 A JP31432892 A JP 31432892A JP H06151277 A JPH06151277 A JP H06151277A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stage
exposure
substrate
plane
detecting
Prior art date
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Granted
Application number
JP4314328A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2646417B2 (en
Inventor
Takao Ukaji
隆夫 宇梶
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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 Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP4314328A priority Critical patent/JP2646417B2/en
Publication of JPH06151277A publication Critical patent/JPH06151277A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2646417B2 publication Critical patent/JP2646417B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces

Landscapes

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

Abstract

PURPOSE:To enable an aligner to carry out an accurate exposure operation for a long term without deteriorating in throughput by a method wherein factors which produce errors in horizontal position measurements when stages are driven are detected, and an X-Y stage and a micro-theta stage are controlled taking the detection results into consideration. CONSTITUTION:Factors, which produce errors in distances nux and nuy in a direction of Z from a light exposure reference plane to measurement axes Lx and Ly, angles betax and betay which the measurement axes Lx and Ly make with the normal lines of reflecting planes MX and MY, a parallelism kappa of the beam of a differential interferometer LZQ to an XY plane and a squareness tau of the beam to the reflecting planes MX and MY, a height difference delta between a measuring spot of the two beams of the differential interferometer LZQ on the reflecting planes MX and MY and the moving plane of an X-Y stage when the Y coordinates of the X-Y stage is zero, and an angle which the two beams of the differential interferometer LZQ make with each other when the beams are projected onto a plane which contains LZY and vertical to the moving plane of the X-Y stage, are detected. The X-Y stage and a micro-theta stage are controlled corresponding to the detection result.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路製造用
の露光装置に関し、特にウエハ(感光基板)を傾斜させ
て所定の露光基準面、例えば投影型露光装置におけるマ
スクパターンの投影像面と、ウエハの表面とを正確に一
致させ、かつウエハの水平回転を最小にした二次元移動
を行なう位置決め機構を有する露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to tilt a wafer (photosensitive substrate) to provide a predetermined exposure reference plane, for example, a projection image plane of a mask pattern in a projection type exposure apparatus. The present invention relates to an exposure apparatus having a positioning mechanism that accurately matches the surface of a wafer and performs two-dimensional movement that minimizes horizontal rotation of the wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路の製造におけるリソグラ
フィ工程において、ステップ・アンド・リピート方式の
縮小投影型露光装置、所謂ステッパは中心的役割を担う
ようになっている。このステッパでは、サブ・ミクロン
程度で形成される回路の縮小線幅に対応して、投影レン
ズの解像限界を年々高める必要があり、大きい開口数
(N.A.)と広い露光フィールドとを同時に満足する
要求が高まっている。しかしながら、大きい開口数
(N.A.)で広い露光フィールドの投影レンズは必然
的に焦点深度が浅くなるため、ウエハ上の任意のショッ
ト領域の一部で所定の露光基準面に対する傾きが生じる
と、露光フィールド内での全面で常に正確な焦点合せを
行うことが困難になる。そこで、例えば特開平3−24
6411号などに開示されている基板表面位置検出系を
用い、ウエハ上のショット領域毎に露光基準面に対する
傾きを検出する。そして、同様に特開平4−13429
3号に開示されているステージ装置(ウエハステージ)
を用い、レベリングステージの所定の複数点(例えば、
3つの動作点)を駆動することによってショット領域の
傾きが零となるようにレベリングステージの傾斜角が制
御される。この結果、露光基準面、すなわち結像面とシ
ョット領域の表面とを正確に一致させることによって、
露光フィールド内で部分的な焦点ずれが生じることな
く、高解像にマスクあるいはレチクル(以下、レチクル
と呼ぶ)の回路パターンの投影像がウエハ上に露光され
る。
2. Description of the Related Art In a lithography process for manufacturing a semiconductor integrated circuit, a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus, a so-called stepper, plays a central role. In this stepper, it is necessary to increase the resolution limit of the projection lens year by year in response to the reduced line width of the circuit formed in the sub-micron range, and a large numerical aperture (NA) and a wide exposure field are required. At the same time, the demand for satisfaction is increasing. However, since a projection lens having a large numerical aperture (NA) and a wide exposure field inevitably has a shallow depth of focus, if a tilt occurs with respect to a predetermined exposure reference plane in a part of an arbitrary shot area on the wafer. However, it becomes difficult to always perform accurate focusing on the entire surface in the exposure field. Therefore, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-24
Using the substrate surface position detection system disclosed in Japanese Patent No. 6411 etc., the inclination with respect to the exposure reference plane is detected for each shot area on the wafer. Then, in the same manner, JP-A-4-13429.
Stage device (wafer stage) disclosed in No. 3
Using a predetermined multiple points of the leveling stage (for example,
By driving the three operating points), the tilt angle of the leveling stage is controlled so that the tilt of the shot area becomes zero. As a result, by precisely matching the exposure reference plane, that is, the image plane and the surface of the shot area,
A projected image of a circuit pattern of a mask or reticle (hereinafter, referred to as a reticle) is exposed on the wafer with high resolution without causing a partial defocus in the exposure field.

【0003】上述したレベリング機構は、今後の解像限
界の高まりに対応するためには必須の機構となってきて
いる。また、ウエハ全面の情報を使ったアライメント方
法等特開昭63−232321号により、レチクルの回
路パターンの投影像とウエハのチップの2次元位置を合
わせて高精度に露光が行なわれる。このアライメント方
法において、特にオフアクシスアライメント(投影レン
ズ光軸とアライメント系が離れている)の場合には、X
−Yステージが正確な格子で駆動できることがウエハの
位置合せ精度の高まりに対応するために重要である。そ
のため、プレーンミラーの回転角度を差分干渉計を用い
て計り、所望の値との差に基づいて、微θステージを制
御することによりX−Yステージの案内の精度や経時変
化、履歴等に左右されずにウエハの回転角を一定に保つ
機構が付加されている。
The above-mentioned leveling mechanism has become an indispensable mechanism for coping with the future increase in resolution limit. Further, according to Japanese Patent Laid-Open No. 232321/1988 such as an alignment method using information on the entire surface of the wafer, the projection image of the circuit pattern of the reticle and the two-dimensional position of the chip of the wafer are aligned to perform high-precision exposure. In this alignment method, particularly in the case of off-axis alignment (the projection lens optical axis and the alignment system are separated), X
-It is important that the Y stage can be driven with an accurate grid in order to cope with the increase in wafer alignment accuracy. Therefore, the rotation angle of the plane mirror is measured using a differential interferometer, and the fine θ stage is controlled based on the difference from the desired value to control the accuracy of the XY stage, changes with time, history, etc. Instead, a mechanism is added to keep the rotation angle of the wafer constant.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のレベリング機構および回転制御機構を有するステッパ
において、X−Yステージの位置を計る干渉計のビーム
とウエハの回転角を計る干渉計のビームは、走り面に平
行な面に位置するように構成された露光基準面を通るよ
うに高さと方向を合わせる必要があった。さらに、X−
Yステージ上にある二次元位置測定用のミラーはX−Y
ステージの走り平面に垂直でさらに干渉計のレーザビー
ムとも垂直に合わせる必要があった。さらに、回転角を
測る2本のビームの平行を合わせる必要があった。なぜ
なら、上記のビーム合せが十分でないと、干渉計の計測
値に次のごとく誤差を生じせしめるためである。
However, in a stepper having a leveling mechanism and a rotation control mechanism of this kind, the interferometer beam for measuring the position of the XY stage and the interferometer beam for measuring the rotation angle of the wafer are: It was necessary to align the height and direction so as to pass through the exposure reference plane configured to be located in the plane parallel to the running plane. Furthermore, X-
The mirror for two-dimensional position measurement on the Y stage is XY
It was necessary to align the laser beam of the interferometer vertically with the running plane of the stage. Furthermore, it was necessary to match the parallelism of the two beams for measuring the rotation angle. This is because if the above beam matching is not sufficient, an error will occur in the measurement value of the interferometer as follows.

【0005】(1)X−Y干渉計のビームが露光基準面
と高さが合ってないと、レベリングステージを例えば角
度θだけ傾けて任意のショット領域のレベリングを行な
った場合、この露光基準面の中心から干渉計ビームへの
高さずれνを要因とするショット領域の中心のXY座標
に関するずれ、所謂サイン誤差ΔSeが生じる(ΔSe
=ν・sinθ)。
(1) If the height of the beam of the XY interferometer is not aligned with the exposure reference plane, when the leveling stage is tilted by, for example, an angle θ to perform leveling of an arbitrary shot area, this exposure reference plane is used. A deviation of the center of the shot area with respect to the XY coordinates due to a height deviation ν from the center of the interferometer beam, a so-called sine error ΔSe occurs (ΔSe
= Ν · sin θ).

【0006】(2)X−Y干渉計のビームがX−Yステ
ージ上のミラーに垂直に当たっていないと、レベリング
ステージを例えば角度θだけ傾けて任意のショット領域
のレベリングを行なった場合、例えば露光基準面の中心
からステージ上のミラー面までの距離がXmで、露光基
準面の中心から干渉計の干渉面までの距離をLoとした
とき、干渉計ビームとミラー面の法線のなす角βを要因
とするショット領域中心のXY座標に関するずれ、所謂
コサイン誤差ΔCeが生じる(ΔCe=(2Lo−X
m)(1−cos(θ+β)))。
(2) If the beam of the XY interferometer does not strike the mirror on the XY stage perpendicularly, when the leveling stage is tilted by an angle θ, for example, to perform the leveling of an arbitrary shot area, for example, the exposure reference When the distance from the center of the surface to the mirror surface on the stage is Xm, and the distance from the center of the exposure reference surface to the interference surface of the interferometer is Lo, the angle β between the interferometer beam and the normal to the mirror surface is A shift in the XY coordinates of the center of the shot area, which is a factor, a so-called cosine error ΔCe occurs (ΔCe = (2Lo−X
m) (1-cos (θ + β))).

【0007】(3)ウエハの回転角を一定に保つために
ミラー面の回転を計っている差分干渉計のビーム2本が
X−Yステージの走り面に平行な面に投影した互いのな
す角度(平行度)がκであり、ミラーとビームの直角度
がτである状態で、XYステージをビーム方向(実施例
ではY方向)へ移動した場合、2本の差分干渉計ビーム
の平行度κとミラーとの直角度τを要因とするウエハ回
転角の計測値の実際の回転角に対する騙されΔYeが生
じる(ΔYe=Y・(1/(cosκ−tan(τ+θ
q)・sinκ)−1/L;但し、Lは差分干渉計ビー
ムのスパン、θqは微θステージの駆動位置)。
(3) The angle formed by two beams of a differential interferometer, which measures the rotation of the mirror surface to keep the rotation angle of the wafer constant, projected onto a plane parallel to the running surface of the XY stage. When the XY stage is moved in the beam direction (Y direction in the embodiment) with (parallelism) being κ and the squareness between the mirror and the beam being τ, the parallelism κ between the two differential interferometer beams. The measured value of the wafer rotation angle due to the squareness τ between the mirror and the mirror is deceived with respect to the actual rotation angle, resulting in ΔYe (ΔYe = Y · (1 / (cosκ−tan (τ + θ
q) · sin κ) −1 / L; where L is the span of the differential interferometer beam and θq is the driving position of the fine θ stage).

【0008】(4)ウエハの回転角を一定に保つために
ミラー面の回転を計っている差分干渉計の2本のビーム
をY方向の位置を検出するレーザ干渉計から照射される
レーザビームを含むX−Yステージの走り面に垂直な面
に投影した互いのなす角度(平行度)がηで、X−Yス
テージのY座標が0の時の2本のビームがミラー面を測
る点のX−Yステージの走り面からの高さの差がδであ
る状態で、レベリングステージを例えば角度θだけ傾け
て任意のショット領域のレベリングを行なった場合、2
本の差分干渉計の高さの差δと平行度ηを要因とする、
ウエハ回転角の計測値の実際の回転角に対する騙され
(所謂サイン誤差)ΔHeが生じる(ΔHe=(δ+Y
・tanη)・sinθ/L;但し、Lは差分干渉計ビ
ームのスパン)。
(4) The two beams of the differential interferometer measuring the rotation of the mirror surface to keep the rotation angle of the wafer constant, the laser beams emitted from the laser interferometer for detecting the position in the Y direction. The angle (parallelism) formed on each other when projected onto a plane perpendicular to the running surface of the XY stage is η, and the two beams when the Y coordinate of the XY stage is 0 measure the mirror surface. When the leveling stage is tilted by, for example, an angle θ and the leveling of an arbitrary shot area is performed in a state where the height difference from the running surface of the XY stage is δ, 2
Due to the height difference δ and parallelism η of the book differential interferometer,
The measured value of the wafer rotation angle is deceived (so-called sign error) ΔHe with respect to the actual rotation angle (ΔHe = (δ + Y)
-Tan η) -sin θ / L; where L is the span of the differential interferometer beam).

【0009】したがって例えば、ウエハの傾斜角θを±
1秒(300ppm)、高さずれνを0.5mm、|2
Lo−Xm|を800mm、βを1000ppm、δを
0.5mm、τを1000ppm、κを1000pp
m、ηを1000ppm、Yは200mm、Lは70m
mとすると、ΔSe=0.150μm、ΔCe=0.2
76μm、ΔYe=4.29ppm、ΔHe=2.14
ppmの誤差が生じる。これらの誤差を合わせたずれ量
はこの種のウエハステージに要求される位置決め精度
(0.02μm、0.1ppm)に対して大き過ぎる。
しかし、これらの誤差を補正するためには各ショット領
域でレベリングを行なった後に再びレチクルの回路パタ
ーンの投影像とウエハ上に既に形成されている回路パタ
ーンとのアライメントを行なわなければならず、スルー
プットが低下してしまうという問題点があった。また、
これらの要因を調整によって完全に取り除くことは極め
て困難で、かつ製作上熟練した工数を多く要する作業で
あり、ステッパのコストの増大を招くという問題があっ
た。
Therefore, for example, the tilt angle θ of the wafer is ±
1 second (300ppm), height deviation ν 0.5mm, | 2
Lo-Xm | 800 mm, β 1000 ppm, δ 0.5 mm, τ 1000 ppm, κ 1000 pp
m, η is 1000 ppm, Y is 200 mm, L is 70 m
m, ΔSe = 0.150 μm, ΔCe = 0.2
76 μm, ΔYe = 4.29 ppm, ΔHe = 2.14
An error of ppm occurs. The deviation amount including these errors is too large for the positioning accuracy (0.02 μm, 0.1 ppm) required for this type of wafer stage.
However, in order to correct these errors, it is necessary to perform leveling in each shot area and then again perform alignment between the projected image of the reticle circuit pattern and the circuit pattern already formed on the wafer. However, there was a problem in that Also,
It is extremely difficult to completely remove these factors by adjustment, and it is a work that requires a lot of skilled man-hours in manufacturing, which causes a problem of increasing the cost of the stepper.

【0010】また、レベリング機構の動作によってミラ
ーが動かないように、ミラーをXYステージに直接設け
てレベリング機構をその内側に配置し、機械的に発生す
る誤差を少なくするように駆動するステージも提案され
ているが、ステッパに要求される精度が厳しくなるにつ
れて、レベリング機構の動作による他成分が観測されな
いので、長期的に高い精度を維持するのは困難という問
題がある。
Further, in order to prevent the mirror from moving due to the operation of the leveling mechanism, a stage is provided in which the mirror is directly provided on the XY stage and the leveling mechanism is arranged inside the stage to drive so as to reduce mechanically generated errors. However, as the accuracy required for the stepper becomes more severe, other components due to the operation of the leveling mechanism are not observed, and it is difficult to maintain high accuracy for a long period of time.

【0011】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、露光基準面とX−Y干渉計ビームおよび差動干渉計
ビームとの間の調整をラフに行なって、誤差要因が残留
しても、ウエハステージの位置決め精度、スループット
等を低下させることなく長期的に安定に高精度の位置合
せと露光を行うことができるステッパタイプの露光装置
を得ることを目的としている。
The present invention has been made in consideration of the above points. Rough adjustment is performed between the exposure reference plane and the XY interferometer beam and the differential interferometer beam, and an error factor remains. However, it is an object of the present invention to provide a stepper type exposure apparatus capable of performing stable and highly accurate alignment and exposure for a long period of time without deteriorating the positioning accuracy and throughput of the wafer stage.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明では、パターンが形成された原版を照明してその
パターンの像を、所定の露光基準面例えばパターン像の
結像面に表面を一致させた感光基板上に露光転写する光
学手段と、露光基準面に対する感光基板表面の距離と傾
きを検出する基板表面位置検出手段と、感光基板を保持
する基板保持手段と、基板保持手段を露光基準面にほぼ
平行にXおよびY方向に移動させるX−Yステージと、
基板保持手段を露光基準面に対して任意方向に傾斜させ
るレベリングステージと、基板保持手段を露光基準面に
略垂直な前記光学手段の光軸の回りのθ方向に回転させ
る微θステージと、基板保持手段に固定された反射平面
およびその反射平面位置を計測するレーザ干渉計により
基板保持手段のX,Y,θ位置を測定する水平位置測定
手段と、基板表面位置検出手段および水平位置測定手段
の出力に基づいて前記各ステージを駆動させて位置決め
し、感光基板の表面と露光基準面とを一致させてから、
原版のパターン像を前記光学手段により感光基板上に露
光転写する駆動制御手段とを備えた露光装置において、
前記各ステージを駆動させた際に水平位置測定手段の測
定値に誤差を生じさせる誤差要因を検出する誤差要因検
出手段を具備し、制御手段は、その検出結果を考慮して
X−Yステージおよび微θステージの駆動制御を行うよ
うにしている。
In order to achieve this object, the present invention illuminates an original plate on which a pattern is formed to form an image of the pattern on a predetermined exposure reference plane, for example, an image forming plane of the pattern image. Optical means for exposing and transferring onto the matched photosensitive substrate, substrate surface position detecting means for detecting the distance and inclination of the photosensitive substrate surface with respect to the exposure reference plane, substrate holding means for holding the photosensitive substrate, and exposing the substrate holding means. An XY stage that moves in the X and Y directions substantially parallel to the reference plane;
A leveling stage for inclining the substrate holding means in an arbitrary direction with respect to the exposure reference plane; a fine θ stage for rotating the substrate holding means in the θ direction around the optical axis of the optical means substantially perpendicular to the exposure reference plane; A horizontal position measuring means for measuring the X, Y, θ positions of the substrate holding means by a reflection plane fixed to the holding means and a laser interferometer for measuring the position of the reflection plane, and a substrate surface position detecting means and a horizontal position measuring means. Based on the output, each stage is driven and positioned, and the surface of the photosensitive substrate and the exposure reference surface are aligned,
In an exposure apparatus comprising a drive control means for exposing and transferring the pattern image of the original onto the photosensitive substrate by the optical means,
The driving means includes error factor detecting means for detecting an error factor that causes an error in the measurement value of the horizontal position measuring means when the respective stages are driven, and the control means considers the detection result, and the XY stage and The drive control of the fine θ stage is performed.

【0013】誤差要因検出手段は、例えば、感光基板の
X,Y方向へのずれ量を検出するずれ量検出手段を備
え、これにより、各ステージを一定量駆動させた際のず
れ量を検出することによって誤差要因を検出するもので
ある。
The error factor detecting means includes, for example, a deviation amount detecting means for detecting a deviation amount of the photosensitive substrate in the X and Y directions, and thereby detects a deviation amount when each stage is driven by a constant amount. By doing so, the error factor is detected.

【0014】誤差要因検出手段は、例えば、基板保持手
段に対して位置が固定され相互に離れた3ケ所以上に設
けられた複数のマークを検出することによって誤差要因
を検出するものである。複数のマークは、例えば、ベー
スライン計測用フォトクロミックプレートの表面に露光
により形成されたものである。
The error factor detecting means detects the error factor by detecting, for example, a plurality of marks provided at three or more positions which are fixed in position with respect to the substrate holding means and are separated from each other. The plurality of marks are formed on the surface of the baseline measurement photochromic plate by exposure, for example.

【0015】ずれ量検出手段は、例えば、光学手段の露
光光軸から離れた異なる位置に配置されている。ずれ検
出手段として、原版、感光基板間のアライメント検出系
を用いることができる。
The deviation amount detecting means is arranged, for example, at a different position away from the exposure optical axis of the optical means. An alignment detection system between the original plate and the photosensitive substrate can be used as the deviation detection means.

【0016】[0016]

【作用】この構成において、図4〜6に示すように、水
平位置測定手段における測定軸Lx,Lyの露光基準面
からのZ方向距離νx,νy、測定軸Lx,Lyが反射
平面MX,MYの法線となす角βx,βy、差分干渉計
LZQのビームのXY平面に対する平行度κ、および反
射平面との直角度τ、X−YステージのY座標が0の時
の差分干渉計LZQの2本のビームが反射平面を測る点
のX−Yステージの走り面からの高さの差δ、ならびに
差分干渉計LZQの2本のビームをLZYを含むX−Y
ステージの走り面に垂直な面に投影した時の互いのなす
角度(平行度)等の誤差要因により、各ステージを移動
させた場合、水平位置測定手段の測定値に誤差を生じ
る。しかし、これら誤差要因が検出され、その検出結果
を考慮してX−Yステージおよび微θステージの駆動制
御が行われるため、誤差要因にかかわらず、常に正確な
X−Yステージおよび微θステージの位置決めが行われ
る。
In this structure, as shown in FIGS. 4 to 6, the distances νx, νy in the Z direction from the exposure reference plane of the measurement axes Lx, Ly in the horizontal position measuring means and the measurement axes Lx, Ly are the reflection planes MX, MY. Βx, βy formed by the normal line of the differential interferometer, the parallelism κ of the beam of the differential interferometer LZQ with respect to the XY plane, and the squareness τ with the reflection plane, and the differential interferometer LZQ when the Y coordinate of the XY stage is 0. The height difference δ from the running surface of the XY stage at the point where the two beams measure the reflection plane, and the two beams of the differential interferometer LZQ including XY
When each stage is moved, an error occurs in the measurement value of the horizontal position measuring means due to an error factor such as an angle (parallelism) formed by each other when projected onto a plane perpendicular to the running surface of the stage. However, these error factors are detected, and the drive control of the XY stage and the fine θ stage is performed in consideration of the detection result. Therefore, regardless of the error factors, the accurate XY stage and fine θ stage are always controlled. Positioning is performed.

【0017】したがって、露光基準面と、水平位置測定
手段の干渉計あるいは差動干渉計との間の位置調整をラ
フに行なって誤差要因が残留しても、残留する誤差要因
に基づき、X,Y,θ方向への補正値を計算して、目標
との誤差が最小となるようにX−Yおよび微θステージ
を駆動することにより、レベリング動作に伴って発生す
るsin誤差やcos誤差を合わせた横ずれ量や回転誤
差が、所定の許容値(計測系の分解能)以下、すなわち
レーザ干渉計の分解能(0.005μm、0.07pp
m)以下とされる。
Therefore, even if the position of the exposure reference plane and the interferometer of the horizontal position measuring means or the differential interferometer is roughly adjusted and an error factor remains, X, By calculating the correction values in the Y and θ directions and driving the XY stage and the fine θ stage so that the error with the target is minimized, the sin error and cos error that accompany the leveling operation are combined. The lateral deviation amount and the rotation error are equal to or less than a predetermined allowable value (resolution of the measurement system), that is, the resolution of the laser interferometer (0.005 μm, 0.07 pp).
m) Below.

【0018】[0018]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳述する。図1は本発明の一実施例による制御機構を
備えたステッパの概略的な構成を示す図、図2は図1の
装置におけるウエハステージの干渉計の概略的な配置を
示す図である。図2において、ウエハWのXY移動平面
(座標系XY)に対して垂直な光軸を有するテレセント
リックな投影レンズLZは、レチクル(不図示)に描か
れた回路パターンの投影像を、装置上の予め定められた
露光基準面、すなわち結像面IMに形成する。露光すべ
きウエハWは投影レンズLZの光軸AX回りに回転する
微θステージFQにより、ウエハホルダWHを介して保
持される。ウエハWの表面の結像面IMからの距離と傾
斜を測る基板表面位置検出系FDが投影レンズLZ側に
設けられている。微θステージFQは、結像面IMに対
して任意方向に傾斜可能なレベリングステージLB上に
設けられ、さらにレベリングステージLBは、結像面I
Mに沿ってXY方向に移動するX−YステージXY上に
設けられている。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a stepper having a control mechanism according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a schematic arrangement of an interferometer of a wafer stage in the apparatus of FIG. In FIG. 2, a telecentric projection lens LZ having an optical axis perpendicular to the XY movement plane (coordinate system XY) of the wafer W forms a projected image of a circuit pattern drawn on a reticle (not shown) on the apparatus. It is formed on a predetermined exposure reference plane, that is, the image plane IM. The wafer W to be exposed is held via the wafer holder WH by the fine θ stage FQ rotating around the optical axis AX of the projection lens LZ. A substrate surface position detection system FD for measuring the distance and inclination of the surface of the wafer W from the image plane IM is provided on the projection lens LZ side. The fine θ stage FQ is provided on a leveling stage LB that can be tilted in an arbitrary direction with respect to the image formation plane IM, and the leveling stage LB has an image formation plane I.
It is provided on an XY stage XY that moves in the XY directions along M.

【0019】また、微θステージFQの端部にはX方向
の位置を検出するレーザ干渉計LZX用の平面鏡MX
と、Y方向の位置を検出するレーザ干渉計LZYおよび
微θステージの回転角度を検出する差分レーザ干渉計L
ZQ用の平面鏡MYとが設けられている。このレーザ干
渉計LZX,LZYから照射されるレーザビームの中心
線がそれぞれX,Y方向の測定軸Lx,Lyであり、こ
の測定軸Lx,Lyは点Qで交差すると共に、この点Q
を光軸AXが通るように調整するように定められてい
る。微θステージFQの回転中心は光軸AXとは一致し
ないので、微θステージFQを回転させると、測定軸L
x,Lyに回転量と光軸AXからウエハセンタWCまで
の距離に比例した変位が現れる。X−YステージXY
は、その変位分をもとの位置に戻すため、微θステージ
FQを回転させると結果的に光軸AXを中心とした回転
がウエハに与えられることになる。
A flat mirror MX for a laser interferometer LZX for detecting the position in the X direction is provided at the end of the fine θ stage FQ.
And a laser interferometer LZY for detecting the position in the Y direction and a differential laser interferometer L for detecting the rotation angle of the fine θ stage.
A plane mirror MY for ZQ is provided. The center lines of the laser beams emitted from the laser interferometers LZX and LZY are measurement axes Lx and Ly in the X and Y directions, respectively, and the measurement axes Lx and Ly intersect at a point Q and the point Q
Is adjusted so that the optical axis AX passes through. Since the rotation center of the fine θ stage FQ does not coincide with the optical axis AX, when the fine θ stage FQ is rotated, the measurement axis L
A displacement proportional to the rotation amount and the distance from the optical axis AX to the wafer center WC appears in x and Ly. XY stage XY
In order to return the displacement amount to the original position, rotating the fine θ stage FQ results in the rotation about the optical axis AX being given to the wafer.

【0020】なお、図2、図3ともウエハWの中心点
(ウエハセンタWC)を点Qに合わせた時の状態を示
し、ウエハWにはTTVによってtだけの厚みむらがあ
るものとする。このとき、図4に示すような、測定軸L
x,Lyの露光基準面IMからの投影レンズ光軸方向の
距離νx,νy、および測定軸Lx,Lyが平面鏡M
X,MYの法線となす角βx,βyと、図5に示すよう
な、差分干渉計LZQのビームの平行度κ、および差分
干渉計ビームのミラーMYとの直角度τと、図6に示す
ような、X−YステージのY座標が0の時の2本のビー
ムがミラー面を測る点のX−Yステージの走り面からの
高さの差δ、および差分干渉計の2本のビームをレーザ
干渉計LYZから照射されるレーザビームを含むX−Y
ステージの走り面に垂直な面に投影した時の互いのなす
角度(平行度)ηとによって誤差が発生してしまう。そ
こで、あらかじめこれらの誤差要因によって発生する誤
差を計測し、誤差要因の大きさを計算しておく。
2 and 3 show a state in which the center point of the wafer W (wafer center WC) is aligned with the point Q, and it is assumed that the wafer W has a thickness variation of t due to TTV. At this time, the measurement axis L as shown in FIG.
The distances νx, νy in the optical axis direction of the projection lens from the exposure reference plane IM of x, Ly and the measurement axes Lx, Ly are the plane mirror M.
The angles βx and βy formed with the normals to X and MY, the parallelism κ of the beam of the differential interferometer LZQ and the perpendicularity τ of the differential interferometer beam to the mirror MY, as shown in FIG. As shown, when the Y coordinate of the XY stage is 0, the height difference from the running surface of the XY stage at the point where the two beams measure the mirror surface, and the difference interferometer's two XY including a laser beam emitted from a laser interferometer LYZ
An error occurs due to the angle (parallelism) η between the two when they are projected on a plane perpendicular to the running surface of the stage. Therefore, the error caused by these error factors is measured in advance and the magnitude of the error factor is calculated.

【0021】以下に誤差要因の測定方法について述べ
る。まず、ウエハホルダWHに、アライメント検出系A
Aによって横ずれ量が検出可能な、図9に示すようなマ
ークの形成されたウエハWを保持させ、このマークを、
アライメント検出系AAの検出範囲内に位置するよう
に、X−YステージXYを駆動する。このとき、ウエハ
Wの厚さ変動によって露光基準面(結像面)IMとウエ
ハWの表面との間に距離および傾きのずれが生じ得る。
そこで、主制御装置MCは表面位置検出系FDを用い、
この表面位置検出系FDの検出信号がゼロとなるように
レベリングステージLBを駆動し、ウエハWの表面を結
像面IMと一致させる。このとき、マークの横ずれ量を
アライメント検出系AAによって測っておく。この状態
からレベリングステージLBを、X軸とY軸にそれぞれ
θx,θyだけ傾斜させ、再度マークの横ずれ量をアラ
イメント検出系AAによって測り、傾斜前からの傾斜後
の横ずれΔLZX,ΔLZYを求める。その量は以下の
式によって表される。
A method of measuring the error factor will be described below. First, in the wafer holder WH, the alignment detection system A
A wafer W having a mark as shown in FIG. 9 in which the lateral shift amount can be detected by A is held, and this mark is
The XY stage XY is driven so as to be positioned within the detection range of the alignment detection system AA. At this time, a deviation in the distance and inclination between the exposure reference plane (imaging plane) IM and the surface of the wafer W may occur due to the thickness variation of the wafer W.
Therefore, the main controller MC uses the surface position detection system FD,
The leveling stage LB is driven so that the detection signal of the surface position detection system FD becomes zero, and the surface of the wafer W is matched with the image plane IM. At this time, the amount of lateral displacement of the mark is measured by the alignment detection system AA. From this state, the leveling stage LB is tilted by θx and θy respectively on the X-axis and the Y-axis, and the lateral deviation amount of the mark is measured again by the alignment detection system AA to obtain lateral deviations ΔLZX and ΔLZY after the tilt before and after the tilt. The amount is represented by the following formula.

【0022】ΔLZX=νx・ sinθx+(2Lox−
Xm)(1− cos(θx+βx)) ΔLZY=νy・ sinθy+(2Loy−Ym)(1−
cos(θy+βy)) 横ずれ量ΔLZX,ΔLZYは、レベリングステージL
Bの傾斜量θと、X−Yステージの位置xに依存する。
ここで、傾斜量θは十分小さいとして線形近似を行う
と、横ずれ量ΔLZXは ΔLZX≒νx・θx+(2Lox−Xm)(βx+θx)^2/2 ≒νx・θx+(Lox−Xm/2)(βx^2+θx^2+2・β x・θx) =(νx+2・Lox・βx)・θx−Xm・βx・θx+Lox・ (βx^2+θx^2) ≒νx′・θx−Xm・βx・θx となる。ここで、νx′=νx+2・Lox・βxと
し、2乗の項は無視する。ΔLZYも同様に近似でき
る。よって、X−Yステージ位置を複数点選び、その位
置でのレベリングステージ駆動による横ずれ量を求め、
ステージ位置とレベリングステージ傾斜量の2次元の最
小自乗近似を行ない、νx,βx,νy,βyを求め
る。
ΔLZX = νx · sin θx + (2Lox−
Xm) (1-cos (θx + βx)) ΔLZY = νy · sin θy + (2Loy-Ym) (1-
cos (θy + βy)) The lateral deviation amounts ΔLZX and ΔLZY are determined by the leveling stage L.
It depends on the tilt amount θ of B and the position x of the XY stage.
Here, when linear approximation is performed assuming that the inclination amount θ is sufficiently small, the lateral deviation amount ΔLZX is ΔLZX≈νx · θx + (2Lox−Xm) (βx + θx) ^ 2 / 2≈νx · θx + (Lox−Xm / 2) (βx ^ 2 + θx ^ 2 + 2 · βx · θx) = (νx + 2 · Lox · βx) · θx−Xm · βx · θx + Lox · (βx ^ 2 + θx ^ 2) ≈νx ′ · θx−Xm · βx · θx. Here, νx ′ = νx + 2 · Lox · βx, and the squared term is ignored. ΔLZY can be similarly approximated. Therefore, a plurality of XY stage positions are selected, and the lateral displacement amount due to the leveling stage drive at those positions is calculated,
A two-dimensional least squares approximation of the stage position and the leveling stage tilt amount is performed to obtain νx, βx, νy, βy.

【0023】回転量の誤差要因を求めるには2通りの方
法がある。第1の方法は、アライメント系がレチクル上
の2つのマークに対応したマークをX−Yステージを動
かさずに同時に測れる場合に適用できるものである。つ
まり、マークの回転量を直接測れるアライメント系、例
えば左右のマークが測れるTTLアライメント系なら
ば、X−Yステージの位置を複数点に駆動してその時の
マークの回転量を測ることにより、誤差要因を求めるこ
とができる。あらかじめ回転を極力抑えたマークの回転
を測ることで、ステージの回転誤差を測る方法である。
There are two methods for obtaining the error factor of the rotation amount. The first method can be applied when the alignment system can measure marks corresponding to two marks on the reticle at the same time without moving the XY stage. That is, in the case of an alignment system that can directly measure the rotation amount of the mark, for example, a TTL alignment system that can measure the left and right marks, by driving the position of the XY stage to a plurality of points and measuring the rotation amount of the mark at that time, the error factor Can be asked. This is a method of measuring the rotation error of the stage by measuring the rotation of the mark with the rotation suppressed as much as possible in advance.

【0024】第2の方法は、アライメント系がレチクル
上の2つのマークに対応した2つのマークをX−Yステ
ージを動かさないと測れない場合に適用できる。但し、
この場合、レチクル上の2つのマークをアライメント系
が同時に測れる範囲に露光し、その像を測ることによっ
て間接的にステージの回転量を測る。露光対象がレジス
トの場合は、現像する必要がある。フォトクロミック材
料が塗布された露光対象の場合は、すみやかに残像を測
る。この場合は回転を抑えたマークの入ったウエハを用
意する必要はない。
The second method can be applied when the alignment system cannot measure two marks corresponding to the two marks on the reticle without moving the XY stage. However,
In this case, the two marks on the reticle are exposed to the extent that the alignment system can measure at the same time, and the images are measured to indirectly measure the rotation amount of the stage. If the exposure target is a resist, it needs to be developed. In the case of an exposure target coated with a photochromic material, the afterimage is measured immediately. In this case, it is not necessary to prepare a wafer having a mark whose rotation is suppressed.

【0025】回転量ΔLZQは、レベリングステージL
Bの傾斜量θyとX−YステージXYの位置Yと、微θ
ステージFQの位置θqに依存し、次式で表される。 ΔLZQ=((δ+Y・ tanη)・ sinθy+Y・(1
/( cosκ− tan(τ+θq)・ sinκ)−1))/L ΔLZQはアライメント検出系AAが2つのマークを計
測した時の、2つのマークのずれ量の差から求められる
ウエハの回転量である。ここで、差分干渉計の2本のビ
ームの互いのなす角度(平行度)κと、ミラーとビーム
の直角度τが共に線形近似するのに十分小さいとして線
形近似を行なうと、上式は ΔLZQ=(δ+η・Y)/L・θy+Y・(κ・κ/
2+(τ+θq)κ)/L の形になる。よって、X−YステージXYの移動後、微
θステージFQを動かさずにレベリングステージLBの
傾斜量θyを動かした時の回転量から、δが求められ
る。また、X−YステージXYのY座標を複数点選び、
Y座標に対するθyによる回転量の変化からηが求めら
れる。
The rotation amount ΔLZQ is determined by the leveling stage L.
The tilt amount θy of B, the position Y of the XY stage XY, and the fine θ
It depends on the position θq of the stage FQ and is expressed by the following equation. ΔLZQ = ((δ + Y ・ tan η) ・ sin θy + Y ・ (1
/ (Cosκ-tan (τ + θq) · sinκ) -1)) / L ΔLZQ is the amount of wafer rotation obtained from the difference between the two marks when the alignment detection system AA measures the two marks. . When the linear approximation is performed assuming that the angle (parallelism) κ between the two beams of the differential interferometer and the squareness τ of the mirror and the beam are both small enough to be linearly approximated, the above equation yields ΔLZQ = (Δ + η ・ Y) / L ・ θy + Y ・ (κ ・ κ /
2+ (τ + θq) κ) / L. Therefore, after the movement of the XY stage XY, δ is obtained from the rotation amount when the tilt amount θy of the leveling stage LB is moved without moving the fine θ stage FQ. Also, select a plurality of Y coordinates of the XY stage XY,
Η is obtained from the change in the rotation amount by θy with respect to the Y coordinate.

【0026】また、レベリングステージLBの傾斜を変
えずに、X−Yステージ位置(本実施例ではY)と微θ
ステージ位置θqを複数点選び、その位置での回転量を
求め、その量からκとτを求める。
Further, the XY stage position (Y in this embodiment) and a slight θ can be maintained without changing the inclination of the leveling stage LB.
A plurality of stage positions θq are selected, the amount of rotation at that position is obtained, and κ and τ are obtained from the amounts.

【0027】このようにして求めた誤差発生要因νx,
νy,βx,βy,δ,κ,τ,ηを主制御装置MCに
入力しておき、露光に際しては、主制御装置MCは、ま
ず、露光すべきウエハWをウエハ・ホルダWHに真空吸
着する。そして、ウエハWの表面にすでに形成された回
路パターンにおける数点の横ずれ量を、アライメント検
出系AAによってX−YステージXYを駆動しながら計
測し、ウエハ全体の横ずれ情報を得る。このとき、ウエ
ハWの厚さ変動によって、図4に示したように露光基準
面とウエハWの表面との間に距離νおよび傾きθのずれ
が生じ得る。そこで、主制御装置MCは表面位置検出系
FDを用い、この表面位置検出系FDの検出信号がゼロ
となるようにレベリングステージLBを駆動し、ウエハ
Wの表面を結像面IMと一致させる。この時のリベリン
グステージLBの駆動角度θx,θyや、ウエハ全体の
横ずれ情報から求めたX−Yステージ位置、微θステー
ジ位置に基づいてLZX,LZYおよびLZQの誤差を
計算し、X−Yステージと微θステージの駆動位置を指
令する。以上の動作をウエハ上のすべての露光領域につ
いて順次行なっていく。
The error generating factor νx, obtained in this way,
νy, βx, βy, δ, κ, τ, η are input to the main controller MC, and at the time of exposure, the main controller MC first sucks the wafer W to be exposed to the wafer holder WH by vacuum suction. . Then, the lateral deviation amount of several points in the circuit pattern already formed on the surface of the wafer W is measured while driving the XY stage XY by the alignment detection system AA, and lateral deviation information of the entire wafer is obtained. At this time, a variation in the thickness of the wafer W may cause a deviation of the distance ν and a tilt θ between the exposure reference plane and the surface of the wafer W, as shown in FIG. Therefore, main controller MC uses surface position detection system FD, drives leveling stage LB so that the detection signal of this surface position detection system FD becomes zero, and makes the surface of wafer W coincide with image plane IM. At this time, the errors of LZX, LZY, and LZQ are calculated based on the drive angles θx and θy of the leveling stage LB, the XY stage position obtained from the lateral deviation information of the entire wafer, and the fine θ stage position, and XY Command the drive positions of the stage and the fine θ stage. The above operation is sequentially performed for all exposure regions on the wafer.

【0028】誤差の計算式を以下に示す。精度によって
は近似式が適用できる。 ΔLZX=νx・ sinθx+(2Lox−Xm)(1−
cos(θx+βx))≒νx′・θx−Xm・θx・β
x ΔLZY=νy・ sinθy+(2Loy−Ym)(1−
cos(θy+βy))≒νy′・θy−Ym・θy・β
y ΔLZQ=((δ+Y・ tanη)・ sinθy+Y・(1
/( cosκ− tan(τ+θq)・ sinκ)−1))/L
≒(δ+Y・η)/L・θy+Y・(κ・κ/2+(τ
+θq)κ)/L なお、ここでは正確にパターニングされたウエハを用い
て誤差要因を求めているが、この代わりに、図10に示
すように、ウエハステージやウエハホルダ上にあらかじ
め設けられた複数の正確なマークをアライメント検出手
段により検出することにより求めるようにしてもよい。
このようにすれば、任意の時点で誤差要因の測定が可能
となる。
The formula for calculating the error is shown below. An approximate expression can be applied depending on the accuracy. ΔLZX = νx · sin θx + (2Lox−Xm) (1-
cos (θx + βx)) ≒ νx '· θx-Xm · θx · β
x ΔLZY = νy · sin θy + (2Loy−Ym) (1-
cos (θy + βy)) ≒ νy ′ ・ θy-Ym ・ θy ・ β
y ΔLZQ = ((δ + Y ・ tan η) ・ sin θy + Y ・ (1
/ (Cosκ-tan (τ + θq) ・ sinκ) -1)) / L
≒ (δ + Y ・ η) / L ・ θy + Y ・ (κ ・ κ / 2 + (τ
+ Θq) κ) / L Although the error factor is obtained by using a correctly patterned wafer here, instead of this, as shown in FIG. 10, a plurality of error factors provided in advance on the wafer stage or the wafer holder are used. You may make it require | calculate by detecting an accurate mark with an alignment detection means.
In this way, the error factor can be measured at any time.

【0029】また、投影レンズ光軸とアライメント検出
系の間の距離、いわゆるベースラインを測るために、図
11に示すように、フォトクロミック材料PHを塗布し
た感光面をウエハステージやウエハホルダに配置した露
光装置が提案されている。この材料は露光されたパター
ンやマークをある時間残像する特性がある。これが配置
されている装置であれば、あらかじめパターニングされ
たウエハを用意する必要はなく、5つの誤差要因をすべ
て測ることができる。
Further, in order to measure the distance between the optical axis of the projection lens and the alignment detection system, that is, the so-called baseline, as shown in FIG. 11, an exposure is performed in which the photosensitive surface coated with the photochromic material PH is arranged on a wafer stage or a wafer holder. A device has been proposed. This material has the property of leaving an image of an exposed pattern or mark for a certain period of time. If this device is arranged, it is not necessary to prepare a pre-patterned wafer, and all five error factors can be measured.

【0030】さらに、図7に示すように、通常のレジス
トが塗布されたウエハに対して、レベリングステージの
傾きを固定して焼いた露光と、レベリングステージを強
制的に傾けた露光との再現性をバーニヤを重ねて求め、
そのデータからステージ位置とレベリングステージ傾斜
量の2次元の最小自乗近似を行ない、νx,βx,ν
y,βyを求めてもよい。
Further, as shown in FIG. 7, the reproducibility between the exposure in which a normal resist-coated wafer is baked with the tilt of the leveling stage fixed and the exposure in which the leveling stage is forcibly tilted. Sought with vernier,
A two-dimensional least squares approximation of the stage position and the leveling stage tilt amount is performed from the data, and νx, βx, ν
y and βy may be obtained.

【0031】同様に、図8に示すように、通常のレジス
トが塗布されたウエハに対して、隣接ショットの重ね焼
きを行ない、その回転データから、κとτを求めるよう
にしてもよい。
Similarly, as shown in FIG. 8, an adjacent shot may be overprinted on a wafer coated with a normal resist, and κ and τ may be obtained from the rotation data.

【0032】オフアクシス方式のアライメント系の場合
は、誤差要因δとηをさらに精度良く求めることができ
る。TTLアライメント系ではレチクル上の2つのマー
クに対応したスパンに現れる差で回転量を測るが、オフ
アクシス方式の場合、1つのマークのみを測ることでも
回転量が測れる。なぜなら、微θステージは投影レンズ
光軸を中心に回転するからである。アライメント系の分
解能が一定とすると、図12に示すように、通常、オフ
アクシスのアライメント系OAの光軸AXからの距離
(ベースライン)は、TTLアライメント系TAのマー
クスパンよりも大きいため、回転量ΔLZQの分解能は
オフアクシス方式の方がより高くなる。
In the case of the off-axis type alignment system, the error factors δ and η can be obtained with higher accuracy. In the TTL alignment system, the rotation amount is measured by the difference appearing in the span corresponding to the two marks on the reticle, but in the off-axis method, the rotation amount can be measured by measuring only one mark. This is because the fine θ stage rotates about the optical axis of the projection lens. Assuming that the resolution of the alignment system is constant, as shown in FIG. 12, the distance (baseline) from the optical axis AX of the off-axis alignment system OA is usually larger than the mark span of the TTL alignment system TA. The resolution of the quantity ΔLZQ is higher in the off-axis method.

【0033】なお、誤差要因を求めるための偏微分方程
式を数1式に示す。
The partial differential equation for obtaining the error factor is shown in equation (1).

【0034】[0034]

【数1】 [Equation 1]

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、露
光基準面とX−Y干渉計ビームや差動干渉計ビームとの
間の位置調整をラフに行なって誤差要因が残留しても、
sin誤差、cos誤差を合わせた横ずれ量と、回転誤
差を、所定の許容値(計測系の分解能)以下に抑え、ア
ライメント光学系による検出なしに、感光基板を各露光
位置に対し正確に位置決めすることができ、スループッ
トを向上させることができる。さらに、誤差要因が経時
変化しても、誤差要因を再計測するだけで、装置の調整
をすることなしに高い精度を維持することができる。
As described above, according to the present invention, even if the error factor remains due to the rough position adjustment between the exposure reference plane and the XY interferometer beam or the differential interferometer beam. ,
The lateral deviation amount including the sin error and the cos error and the rotation error are suppressed to a predetermined allowable value (resolution of the measurement system) or less, and the photosensitive substrate is accurately positioned at each exposure position without detection by the alignment optical system. Therefore, the throughput can be improved. Further, even if the error factor changes with time, high accuracy can be maintained without adjusting the device, only by re-measuring the error factor.

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

【図1】 本発明の一実施例による制御機構を備えたス
テッパの概略的な構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a stepper including a control mechanism according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1の装置におけるウエハステージ周りの概
略的な構成を示す側面図である。
2 is a side view showing a schematic configuration around a wafer stage in the apparatus of FIG.

【図3】 図2の平面図である。FIG. 3 is a plan view of FIG.

【図4】 サイン誤差、コサイン誤差の要因を示す説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing factors of a sine error and a cosine error.

【図5】 回転誤差の要因を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing factors of a rotation error.

【図6】 他の回転誤差の要因を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing another factor of a rotation error.

【図7】 本発明における誤差要因を求める他の方法に
おいて、ウエハを強制的に傾けた時の再現性を示す模式
図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing reproducibility when a wafer is forcibly tilted in another method of obtaining an error factor according to the present invention.

【図8】 本発明における誤差要因を求めるさらに他の
方法において、隣接ショット重ね焼きの状態を示す模式
図である。
FIG. 8 is a schematic view showing a state of adjacent shot overlap burning in still another method for obtaining an error factor in the present invention.

【図9】 図1の装置で用い得る、パターニングされた
マークの入ったウエハを示す平面図である。
9 is a plan view showing a wafer with patterned marks that may be used in the apparatus of FIG.

【図10】 本発明における、誤差要因を求めるための
マークの他の例として、ステージ上に設けられた複数の
マークを示す平面図である。
FIG. 10 is a plan view showing a plurality of marks provided on a stage as another example of marks for obtaining an error factor in the present invention.

【図11】 本発明における、誤差要因を求めるための
マークの他の例として、ウエハホルダ上に設けられたフ
ォトクロミック材料が塗布された複数の感光面に露光さ
れたマークの残像を示す平面図である。
FIG. 11 is a plan view showing afterimages of marks exposed on a plurality of photosensitive surfaces coated with a photochromic material provided on a wafer holder, as another example of marks for obtaining an error factor in the present invention. .

【図12】 本発明においてオフアクシスのアライメン
ト検出系でウエハ回転を測る状態を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a state in which wafer rotation is measured by an off-axis alignment detection system in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

MC:主制御装置、XY:X−Yステージ、LB:レベ
リングステージ、FQ:微θステージ、WH:ウエハホ
ルダ、W:ウエハ、LZ:投影レンズ、AX:投影レン
ズ光軸、IM:結像面、FD:基板表面位置検出系、M
X,MY:平面ミラー、Q:微θステージ回転中心、L
ZX,LZY,LZQ,LZ:レーザ干渉計、Lx,L
y:測定軸。
MC: main controller, XY: XY stage, LB: leveling stage, FQ: fine θ stage, WH: wafer holder, W: wafer, LZ: projection lens, AX: projection lens optical axis, IM: image plane, FD: Substrate surface position detection system, M
X, MY: plane mirror, Q: fine θ stage rotation center, L
ZX, LZY, LZQ, LZ: Laser interferometer, Lx, L
y: measurement axis.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 パターンが形成された原版を照明してそ
のパターンの像を、所定の露光基準面に表面を一致させ
た感光基板上に露光転写する光学手段と、露光基準面に
対する感光基板表面の距離と傾きを検出する基板表面位
置検出手段と、感光基板を保持する基板保持手段と、基
板保持手段を露光基準面にほぼ平行にXおよびY方向に
移動させるX−Yステージと、基板保持手段を露光基準
面に対して任意方向に傾斜させるレベリングステージ
と、基板保持手段を露光基準面に略垂直な前記光学手段
の光軸の回りのθ方向に回転させる微θステージと、基
板保持手段に固定された反射平面およびその反射平面位
置を計測するレーザ干渉計により基板保持手段のX,
Y,θ位置を測定する水平位置測定手段と、基板表面位
置検出手段および水平位置測定手段の出力に基づいて前
記各ステージを駆動させて位置決めし、感光基板の表面
と露光基準面とを一致させてから、原版のパターン像を
前記光学手段により感光基板上に露光転写する駆動制御
手段とを備えた露光装置において、前記各ステージを駆
動させた際に水平位置測定手段の測定値に誤差を生じさ
せる誤差要因を検出する誤差要因検出手段を具備し、制
御手段は、その検出結果を考慮してX−Yステージおよ
び微θステージの駆動制御を行うものであることを特徴
とする露光装置。
1. Optical means for illuminating an original plate on which a pattern is formed and exposing and transferring an image of the pattern onto a photosensitive substrate whose surface is aligned with a predetermined exposure reference plane, and a photosensitive substrate surface for the exposure reference plane. Substrate position detecting means for detecting the distance and inclination of the substrate, substrate holding means for holding the photosensitive substrate, XY stage for moving the substrate holding means in the X and Y directions substantially parallel to the exposure reference plane, and substrate holding Leveling stage for inclining the means in an arbitrary direction with respect to the exposure reference plane, a fine θ stage for rotating the substrate holding means in the θ direction around the optical axis of the optical means substantially perpendicular to the exposure reference plane, and the substrate holding means. A reflection plane fixed to the substrate and a laser interferometer for measuring the position of the reflection plane, X of the substrate holding means,
The horizontal position measuring means for measuring the Y and θ positions and the respective stages are driven and positioned based on the outputs of the substrate surface position detecting means and the horizontal position measuring means so that the surface of the photosensitive substrate coincides with the exposure reference plane. Then, in the exposure apparatus having the drive control means for exposing and transferring the pattern image of the original onto the photosensitive substrate by the optical means, an error occurs in the measurement value of the horizontal position measuring means when the respective stages are driven. The exposure apparatus is provided with an error factor detection unit for detecting an error factor to be caused, and the control unit controls the drive of the XY stage and the fine θ stage in consideration of the detection result.
【請求項2】 誤差要因検出手段は、感光基板のX,Y
方向へのずれ量を検出するずれ量検出手段を備え、これ
により、各ステージを一定量駆動させた際のずれ量を検
出することによって誤差要因を検出するものであること
を特徴とする請求項1記載の露光装置。
2. The error factor detecting means comprises X and Y on the photosensitive substrate.
A deviation amount detecting means for detecting a deviation amount in a direction is provided, whereby an error factor is detected by detecting a deviation amount when each stage is driven by a constant amount. 1. The exposure apparatus according to 1.
【請求項3】 誤差要因検出手段は、基板保持手段に対
して位置が固定され相互に離れた3ケ所以上に設けられ
た複数のマークを検出することによって誤差要因を検出
するものであることを特徴とする請求項2記載の露光装
置。
3. The error factor detecting means detects the error factor by detecting a plurality of marks provided at three or more positions which are fixed in position with respect to the substrate holding means and are separated from each other. The exposure apparatus according to claim 2, which is characterized in that.
【請求項4】 複数のマークは、ベースライン計測用フ
ォトクロミックプレートの表面に露光により形成された
ものであることを特徴とする請求項3記載の露光装置。
4. The exposure apparatus according to claim 3, wherein the plurality of marks are formed on the surface of the baseline measurement photochromic plate by exposure.
【請求項5】 ずれ量検出手段は、光学手段の露光光軸
から離れた異なる位置に配置されていることを特徴とす
る請求項2記載の露光装置。
5. The exposure apparatus according to claim 2, wherein the deviation amount detecting means is arranged at different positions apart from the exposure optical axis of the optical means.
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