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JPS63224327A - Projection aligner - Google Patents

Projection aligner

Info

Publication number
JPS63224327A
JPS63224327A JP62058657A JP5865787A JPS63224327A JP S63224327 A JPS63224327 A JP S63224327A JP 62058657 A JP62058657 A JP 62058657A JP 5865787 A JP5865787 A JP 5865787A JP S63224327 A JPS63224327 A JP S63224327A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alignment
wafer
mark
reticle
pattern
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.)
Pending
Application number
JP62058657A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takechika Nishi
健爾 西
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 JP62058657A priority Critical patent/JPS63224327A/en
Publication of JPS63224327A publication Critical patent/JPS63224327A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

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 always enable an accurate mark detection even if the mark for alignment is formed on the back of a sensitive substrate by mutual calibration by providing a focal point detection system for the surface of the sensitive substrate and a focal point adjusting system for the back of the sensitive substrate. CONSTITUTION:The focal point of an alignment system 20 which observes the back of a wafer W is adjusted automatically according to the movement of the a Z-stage 9 adjusted by the focussing operation for the surface of the wafer W which is to be exposed. Accordingly, detecting the focal point according to the picture signal by the alignment system 20 can be omitted. This can improve the precision of alignment, can make matching between alignment systems easy and an aligner which has an alignment unit which has the highly free selection of a mark position can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、例えば半導体ウェハ上のレジスト層などに対
し必要なパターンの焼き付けを行う投影露光装置にかか
るものであり、特にその焦点合わせ装置の改良に対する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to a projection exposure apparatus that prints a necessary pattern on, for example, a resist layer on a semiconductor wafer, and particularly relates to an improvement in a focusing device thereof. It is for.

(発明の背景) 従来のステップアンドリピート方式による投影露光装置
では、一般に半導体ウェハのうち露光されるべき面、す
なわちレジスト層が形成されて光が照射される面倒にア
ライメント用のマークが形成されている。そして、この
マークと、レチクルないしマスクに形成されたアライメ
ントマークとを用いて半導体ウェハとレチクル(ないし
マスク)との位置合わせが行なわれる。
(Background of the Invention) In a conventional step-and-repeat projection exposure apparatus, alignment marks are generally formed on the surface of a semiconductor wafer that is to be exposed, that is, on the side where a resist layer is formed and where light is irradiated. There is. Then, using this mark and an alignment mark formed on the reticle or mask, the semiconductor wafer and the reticle (or mask) are aligned.

しかしながら、かかるアライメント方式では、ウェハ表
面に塗布形成されたレジスト層を通してアライメントマ
ークを観察することとなるため、明瞭に観察することが
困難となり、結果的にアライメント誤差が増大すること
となる。特に近年においては、集積回路の集積度の向上
に伴って増々パターンが微細化する傾向にあり、かかる
アライメント誤差の低減が要望されるに至っている。
However, in such an alignment method, the alignment marks are observed through a resist layer coated on the wafer surface, making it difficult to observe them clearly, resulting in an increase in alignment errors. Particularly in recent years, as the degree of integration of integrated circuits has improved, patterns have tended to become increasingly finer, and there has been a desire to reduce such alignment errors.

さらにウェハ表面の平坦化が行なわれるにつれて、表面
のマークが検出できなくなる可能性が生じる。
Furthermore, as the wafer surface is planarized, there is a possibility that marks on the surface may become undetectable.

また、かかるアライメントとして、ダイバイダイアライ
メント又はイーチショットアライメントを行う場合には
、レチクル上にアライメント光学系等の装置を設けなけ
ればならない。このため、該装置の光学系が露光用の照
明光を妨げないように、ステップ的に出入れするか、あ
るいはダイバイダイ用のマークを一定の位置に定める必
要がある。
Furthermore, when performing die-by-die alignment or each-shot alignment as such alignment, a device such as an alignment optical system must be provided on the reticle. Therefore, in order to prevent the optical system of the apparatus from interfering with the illumination light for exposure, it is necessary to move it in and out in steps or to set a die-by-die mark at a fixed position.

他方、かかるアライメント用の装置を分離すると、各ア
ライメント系間のマツチングを行う必要が生ずる。
On the other hand, if such alignment devices are separated, it becomes necessary to perform matching between each alignment system.

(発明の目的) 本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、アライ
メント精度の向上を図り、アライメント系間のマツチン
グを容易にとることができるとともに、マーク位置の選
択の自由度が高いアライメント装置を有する露光装置を
提供することをその目的とするものである。
(Object of the Invention) The present invention has been made in view of the above points, and is an alignment system that improves alignment accuracy, facilitates matching between alignment systems, and provides a high degree of freedom in selecting mark positions. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus having a device.

(発明の概要) (実施例) 以下、添付図面を参照しながら本発明の実施例について
説明する。第1図には本発明の実施例の全体構成が示さ
れている。この図において、露光対象となるパターンが
形成されたレチクルRは、レチクルホルダ1に保持され
ており、このレチクルホルダ1はコラム2によって適宜
位置に支持されている。レチクルRにはアライメント用
のマークsx、sy、sθが各々設けられており、また
、レチクルホルダ1は駆動部3によりコラム2に対して
移動可能に構成されている。
(Summary of the Invention) (Examples) Examples of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows the overall configuration of an embodiment of the present invention. In this figure, a reticle R on which a pattern to be exposed is formed is held by a reticle holder 1, and this reticle holder 1 is supported by a column 2 at an appropriate position. The reticle R is provided with alignment marks sx, sy, and sθ, respectively, and the reticle holder 1 is configured to be movable relative to the column 2 by a drive unit 3.

コラム2の下方には、両側又は片側テレセントリックな
投影レンズ4が配置されており、この投影レンズ4のレ
チクルRと共役となる光学位置にウェハWが配置されて
いる。
A projection lens 4 that is telecentric on both sides or on one side is arranged below the column 2, and the wafer W is arranged at an optical position that is conjugate with the reticle R of this projection lens 4.

このウェハWは、ガラスプレート5上に配置されており
、更にガラスプレート5は、θテーブル6によって支持
されている。このθテーブル6は、回転中心6aを中心
として微小回転可能に構成されており、この駆動はθテ
ーブル駆動部7によって行なわれ、回転角度はθ角度読
み取りエンコーダ8によって読み取られるようになって
いる。前述したガラスプレート5には、適宜位置に光路
長補正手段としてのガラスブロック5Aが設けられてお
り、その表面には、基準マークFMが形成されている。
This wafer W is placed on a glass plate 5, and the glass plate 5 is further supported by a θ table 6. The θ table 6 is configured to be slightly rotatable about a rotation center 6a, and is driven by a θ table drive section 7, and the rotation angle is read by a θ angle reading encoder 8. The glass plate 5 described above is provided with a glass block 5A as an optical path length correction means at an appropriate position, and a fiducial mark FM is formed on the surface of the glass block 5A.

この部分については後から詳述する。This part will be explained in detail later.

θテーブル6は、Z方向すなわち上下方向に微動可能な
Zテーブル9上に配置されている。このZテーブル9の
移動は、Zテーブル駆動部11によりZ方向移動案内ロ
ーラ10の案内のもとに行なわれるようになっている。
The θ table 6 is arranged on a Z table 9 that can be slightly moved in the Z direction, that is, in the vertical direction. This movement of the Z table 9 is performed by a Z table driving section 11 under the guidance of a Z direction movement guide roller 10.

前述したZテーブル9は、Z方向移動案内ローラ10を
介してYステージ12上に配置されている。このYステ
ージ12は、図の紙面と垂直の方向に直進移動可能とな
っており、その駆動はXステージ駆動部13によって行
なわれるようになっている。
The aforementioned Z table 9 is placed on the Y stage 12 via a Z direction movement guide roller 10. This Y stage 12 is capable of rectilinear movement in a direction perpendicular to the plane of the drawing, and is driven by an X stage drive section 13.

Yステージ12は、Xステージ14上に設けられている
。このXステージ14は、図の左右方向すなわちZ、Y
方向と各々直交する方向にXステージ駆動部15によっ
て移動可能に構成されている。このXステージ14は、
定盤ないしコラムベース16上に配置されている。
Y stage 12 is provided on X stage 14. This X stage 14 moves in the left and right directions of the figure, that is,
It is configured to be movable by an X stage drive unit 15 in directions orthogonal to the respective directions. This X stage 14 is
It is placed on a surface plate or column base 16.

このコラムベース16の上面略中央には、ガラスプレー
ト5との間に投影レンズの方向に向かって対物光学系1
7が固定して設けられている。この対物光学系17は、
ウェハWの裏面に形成されたマークを検出するためのも
のである。更に、この対物光学系17は、ウェハWがガ
ラスプレート5上にないとき、レチクルRのマークSθ
、5x1SYの各投影像も同時観察できるように、投影
レンズ4の光軸AXと同軸に配置されている。
At approximately the center of the upper surface of the column base 16, an objective optical system 1 is provided between the glass plate 5 and the direction of the projection lens.
7 is fixedly provided. This objective optical system 17 is
This is for detecting marks formed on the back surface of the wafer W. Furthermore, this objective optical system 17 is capable of detecting marks Sθ on the reticle R when the wafer W is not on the glass plate 5.
, 5x1SY are arranged coaxially with the optical axis AX of the projection lens 4 so that each projected image of 5x1SY can be observed simultaneously.

また、コラムベース16の底側には、対物光学系17の
視野領域に対応してアライメントセンサ部20θ、20
X(不図示)、20Yを含むアライメント系20が設け
られている。これらのアライメントセンサ部20θ、2
0X、20Yは、各々ウェハWの裏面に形成されたマー
ク、基準マークFM又はレチクルRのマークSθ、sX
、SYの投影像を光電検出し、これらのマークと所定の
検出中心とのずれを検出するためのものである。このア
ライメント系20は、定盤すなわちコラムベース16に
固定されているため、ステージの振動等による影響を受
は難い。このため、精度よくアライメントを行うことが
できる。
Further, on the bottom side of the column base 16, alignment sensor sections 20θ and 20 are provided corresponding to the viewing area of the objective optical system 17.
An alignment system 20 including X (not shown) and 20Y is provided. These alignment sensor parts 20θ, 2
0X and 20Y are marks formed on the back surface of the wafer W, reference marks FM, or marks Sθ and sX of the reticle R, respectively.
, SY photoelectrically detects the projected images and detects the deviation between these marks and a predetermined detection center. Since this alignment system 20 is fixed to a surface plate, that is, a column base 16, it is hardly affected by vibrations of the stage or the like. Therefore, alignment can be performed with high precision.

次に、前述したZステージ9上の側部には移動鏡30が
設けられており、他方、投影レンズ4の鏡筒下部には固
定鏡31が固定されている。移動鏡30にはミラー32
及びビームスプリッタ33を介して干渉計34の光が入
射しており、固定鏡31にはビームスプリッタ33を介
して干渉計34の光が入射している。すなわちレーザ光
の発生源を含む干渉計34の光が移動鏡30及び固定鏡
31に各々入射しており、各々の反射光の干渉を利用し
てY、Xステージ12.14によりウェハWの座標値が
計測されるようになっている。
Next, a movable mirror 30 is provided on the side of the above-mentioned Z stage 9, while a fixed mirror 31 is fixed to the lower part of the lens barrel of the projection lens 4. The movable mirror 30 has a mirror 32
The light from the interferometer 34 is incident on the fixed mirror 31 via the beam splitter 33, and the light from the interferometer 34 is incident on the fixed mirror 31 via the beam splitter 33. That is, the light from the interferometer 34 including the laser light source is incident on the movable mirror 30 and the fixed mirror 31, respectively, and the coordinates of the wafer W are determined by the Y and X stages 12 and 14 using the interference of the respective reflected lights. The value is now measured.

また、前述したアライメントセンサ部20θ、20X、
20Yは、各々アライメント処理部40に接続されてい
る。このアライメント処理部40は、アライメントセン
サ部20θ、20X、20Yからのアライメント信号に
基づいてウェハWのθ、x、y方向の位置補正量を決定
するとともに、観察したマークやパターンのコントラス
トに基づいて焦点検出のための演算処理も行なう。
In addition, the alignment sensor portions 20θ, 20X,
20Y are each connected to the alignment processing section 40. The alignment processing unit 40 determines the amount of position correction of the wafer W in the θ, x, and y directions based on alignment signals from the alignment sensor units 20θ, 20X, and 20Y, and also determines the amount of position correction in the θ, x, and y directions of the wafer W based on the contrast of the observed marks and patterns. It also performs arithmetic processing for focus detection.

さらに本実施例では露光時にウェハWの表面を投影レン
ズ4の結像面(レクチルRと共役な面)と一致させるた
めに使われる斜入射光式焦点検出装置が設けられる。こ
れは公知のように、スリット像等をウェハWの表面に斜
めに投影する投光部45と、このスリット像のウェハW
での反射光を定位置で受光する受光部46と、受光した
スリット像反射光を光電検出して、投影レンズ4の光軸
AXの方向に関するウェハWの位置に応じた焦点検出信
号を出力する焦点検出系47とで構成される。
Further, in this embodiment, an oblique incident light type focus detection device is provided which is used to align the surface of the wafer W with the imaging plane of the projection lens 4 (a plane conjugate with the reticle R) during exposure. As is well known, this includes a light projector 45 that projects a slit image or the like obliquely onto the surface of the wafer W, and
A light receiving unit 46 receives the reflected light at a fixed position, and photoelectrically detects the received slit image reflected light and outputs a focus detection signal according to the position of the wafer W in the direction of the optical axis AX of the projection lens 4. It is composed of a focus detection system 47.

次に、上述した駆動部3、θテーブル駆動部7、角度読
取エンコーダ8、Zテーブル駆動部11、Yステージ駆
動部13、Xステージ駆動部15、干渉計34及びアラ
イメント処理部40はいずれも主制御装置50に接続さ
れている。この主制御装置50は、 (a)  レチクルRのアライメントの際の駆動部3の
制御、 (b)  ウェハWのグローバルアライメントの際のθ
テーブル駆動部7、角度読取エンコーダ8、Yステージ
駆動部13、Xステージ駆動部15、干渉計54による
制御、 (C)1回の露光ショット毎のアライメント(所謂ダイ
・パイ・ダイアライメント)の際のZテーブル駆動部1
1、Yステージ駆動部13、Xステージ駆動部15、干
渉計34、アライメント処理部40による制御、 (d)  レチクルRとウェハWとの絶対的な焦点合わ
せやキャリブレーションの際のZテーブル駆動部ll、
斜入射焦点検出系47及びアライメント処理部40によ
る制御、 tどを統括するものである。
Next, the drive unit 3, the θ table drive unit 7, the angle reading encoder 8, the Z table drive unit 11, the Y stage drive unit 13, the X stage drive unit 15, the interferometer 34, and the alignment processing unit 40 are all It is connected to the control device 50. This main controller 50 (a) controls the drive section 3 during alignment of the reticle R; (b) controls θ during global alignment of the wafer W;
Control by the table drive section 7, angle reading encoder 8, Y stage drive section 13, X stage drive section 15, and interferometer 54, (C) During alignment for each exposure shot (so-called die-pie-die alignment) Z table drive unit 1
1. Control by Y stage drive section 13, X stage drive section 15, interferometer 34, and alignment processing section 40; (d) Z table drive section for absolute focusing and calibration between reticle R and wafer W; ll,
It supervises the control by the oblique incidence focus detection system 47 and the alignment processing section 40, etc.

第2図には、ウェハW上におけるレチクルR上のマーク
5xSsy、sθの投影像の一例が示されている。この
図において、内側の枠は小さなショットサイズSSを示
し、外側の枠は大きなショットサイズLSを表わす。な
お、ショットサイズは、露光すべき1つのパターンのサ
イズである。いずれもショット中心ないしレチクル中心
SCを合わせて表されている。
FIG. 2 shows an example of a projected image of the marks 5xSsy, sθ on the reticle R on the wafer W. In this figure, the inner frame represents a small shot size SS, and the outer frame represents a large shot size LS. Note that the shot size is the size of one pattern to be exposed. In both cases, the shot center or reticle center SC is shown together.

マーク像sxs、sys、sθSは、ショットサイズS
SにおけるレチクルRのマークSX、5YSSθの投影
像であり、マーク像SXL、SYL、SθLは、ショッ
トサイズLSにおけるレチクルRのマーク5xSsy、
sθの投影像である。
Mark images sxs, sys, sθS are shot size S
The mark images SXL, SYL, and SθL are the projection images of the marks SX and 5YSSθ of the reticle R at the shot size LS, and the mark images SXL, SYL, and SθL are the projection images of the marks 5xSsy, 5YSSθ of the reticle R at the shot size LS.
This is a projected image of sθ.

この図におけるx、y座標は、ウェハステージ上におけ
る走り座標である。
The x and y coordinates in this figure are running coordinates on the wafer stage.

次に第3図を参照しながら、第1図し示したガラスプレ
ート5のガラスブロック5Aと基準マークFM(フィデ
ューシャルマーク)について説明する。
Next, referring to FIG. 3, the glass block 5A and fiducial mark FM (fiducial mark) of the glass plate 5 shown in FIG. 1 will be explained.

ガラスブロック5Aは、ガラスプレート5に設けられる
がその位置は、ウェハ載置面以外のところであり、この
ガラスブロック5Aの表面高さは、ガラスプレート5上
に配置されたウェハWの表面ないし露光面の高さにほぼ
一致している。基準マークFMは、かかるガラスブロッ
ク5A上にクロム等の材料で形成されている。
The glass block 5A is provided on the glass plate 5 at a position other than the wafer mounting surface, and the surface height of the glass block 5A is higher than the surface of the wafer W placed on the glass plate 5 or the exposure surface. almost corresponds to the height of The fiducial mark FM is formed of a material such as chromium on the glass block 5A.

第3図において、ガラスブロック5Aは円形の平面を有
しており、第2図に示したウェハWの走り座標x、yに
対応して1組の基準マークFMx、FMV及びフォーカ
スチェック用の格子状パターンFCx、FCyが各々形
成されている。基準マークFMxは、y方向に延びた平
行な2本の線から成っており、基準マークFMyは、X
方向に延びた平行な2本の線から成っている。
In FIG. 3, the glass block 5A has a circular plane, and a set of fiducial marks FMx, FMV and a focus check grating correspond to the running coordinates x, y of the wafer W shown in FIG. shaped patterns FCx and FCy are respectively formed. The fiducial mark FMx consists of two parallel lines extending in the y direction, and the fiducial mark FMy consists of two parallel lines extending in the y direction.
It consists of two parallel lines extending in the direction.

尚、ガラスブロック5Aは、本実施例の斜入射焦点合わ
す装置が組み込まれている場合は、ガラスプレート5を
上下動できるため、投影レンズ4の結像面と正確に一致
させることができる。
In addition, when the glass block 5A is equipped with the oblique incidence focusing device of this embodiment, the glass plate 5 can be moved up and down, so that it can be brought into exact alignment with the imaging plane of the projection lens 4.

次に、第4図を参照しながら、アライメントセンサ部2
0X、20Y、20θの構成について詳細に説明する。
Next, referring to FIG. 4, the alignment sensor section 2
The configurations of 0X, 20Y, and 20θ will be explained in detail.

なおいずれも同様の構成であるので、アライメントセン
サ部20Y、20θを代表して説明する。
Note that since both have the same configuration, the alignment sensor sections 20Y and 20θ will be explained as a representative.

対物光学系17の結像面FP、は、第1図に示すように
、ウェハWの裏面と一致しており、この結像面FPo 
 (又はこれと共役な位置)の物体P1、P2は対物光
学系17を介することにより像面FP、上に像Pl゛、
P2“として結像する。
As shown in FIG. 1, the imaging plane FP of the objective optical system 17 coincides with the back surface of the wafer W, and this imaging plane FPo
(or a position conjugate thereto) objects P1 and P2 are transferred to the image plane FP through the objective optical system 17, and an image P1,
The image is formed as P2''.

物体PI、Pgとしては、ウェハWの裏面に形成された
マーク、基準マークFMx、FMy、FCx、FCyあ
るいは第2図に示したマークSYL、SYS、SθL、
SθSが各々対応する。これらの像P1°、p、lは、
光源205a、205bからの光(例えば露光光と同一
波長)によって形成される。
The objects PI, Pg include marks formed on the back surface of the wafer W, reference marks FMx, FMy, FCx, FCy, or marks SYL, SYS, SθL, shown in FIG.
SθS correspond to each other. These images P1°, p, l are
It is formed by light (for example, the same wavelength as the exposure light) from the light sources 205a and 205b.

光源205a、205bからの光は、シャッタ204a
、204bを介してレンズ系203aに入射する。そし
て更に、ハーフミラ−202a及び第1対物レンズ20
1 a (20l b)を通過した後、ミラー200 
a (200b)によって光軸がテレセントリックな対
物光学系17の方向に曲折されるようになっている。曲
折された光は、対物光学系17を透過後、結像面F P
 oにある物体P1、P2によって反射され、再び対物
光学系17を透過後、ミラー200 a (200b)
に入射する。そしてミラー200 a  (200b)
により光軸が曲折されて第1対物レンズ201a(20
1b)を通過し、ハーフミラ−202aにより反射され
る。反射された光は、合焦用に矢印AY方向に可動なレ
ンズ206aにより窓APY (APθ)を有するアパ
ーチャプレート207a  (207b)上に結像し、
再び結像レンズ208aによってリレーされて、テレビ
カメラ209a(209b)の撮像面に結像するように
なっている。
The light from the light sources 205a and 205b is transmitted to the shutter 204a.
, 204b into the lens system 203a. Furthermore, a half mirror 202a and a first objective lens 20
1 a (20l b), mirror 200
a (200b) so that the optical axis is bent in the direction of the telecentric objective optical system 17. After passing through the objective optical system 17, the bent light passes through the imaging plane F P
After being reflected by objects P1 and P2 located at position o and passing through objective optical system 17 again, mirror 200a (200b)
incident on . and mirror 200a (200b)
The optical axis is bent by the first objective lens 201a (20
1b) and is reflected by the half mirror 202a. The reflected light forms an image on an aperture plate 207a (207b) having a window APY (APθ) by a lens 206a movable in the direction of arrow AY for focusing.
The image is relayed again by the imaging lens 208a and is imaged on the imaging surface of the television camera 209a (209b).

これらのうち、ミラー200 a  (200b)と第
1対物レンズ201 a (20l b)とは、全体が
一体として像面FP、に沿った方向にアライメント時を
除いて移動可能となっている。これは、第2図に示した
ショットサイズLS、SSの変更に伴って行なわれる操
作である。また、アパーチャプレート207a  (2
07b)の窓APY (APθ)は、アライメントセン
サ部20Y(20θ)の検出中心を規定するものである
。この窓APY(APθ)の位置と、物体P2 (PI
)の位置と、像P2”(p、’)の位置はいずれも共役
となっており、また、窓APY (APθ)とテレビカ
メラ209 a  (209b)の受光面の位置も共役
となっている。
Of these, the mirror 200a (200b) and the first objective lens 201a (201b) are movable as a whole in a direction along the image plane FP except during alignment. This is an operation performed in conjunction with changing the shot sizes LS and SS shown in FIG. In addition, the aperture plate 207a (2
The window APY (APθ) in 07b) defines the detection center of the alignment sensor section 20Y (20θ). The position of this window APY (APθ) and the object P2 (PI
) and the position of the image P2''(p,') are both conjugate, and the positions of the window APY (APθ) and the light receiving surface of the television camera 209a (209b) are also conjugate. .

以上の各部により、アライメントセンサ部20Y、20
θが構成されている。アライメントセンサ部20Xにつ
いても同様である。
By each of the above parts, the alignment sensor parts 20Y, 20
θ is configured. The same applies to the alignment sensor section 20X.

また上記アライメントセンサ部20Y、20Xの夫々は
レチクルRに設けられたパターン、基準パターンFCx
、FCy等を検出して、それらパターンのコンストラス
トに基づいて、レチクルRの正確な結像面(絶対的な結
像面)FP、をチェックするためにも使われる。さらに
ウェハWの裏面に形成されたマークパターンを検出する
アライメントに際して、極力ボケないようにアライメン
ト信号(画像信号)を取り込むようにする。このため本
実施例ではこれらアライメントセンサ部20Y、20X
が本発明の第2の位置検出手段に相当する。
Further, each of the alignment sensor sections 20Y and 20X has a pattern provided on the reticle R and a reference pattern FCx.
, FCy, etc., and check the correct imaging plane (absolute imaging plane) FP of the reticle R based on the contrast of these patterns. Furthermore, during alignment to detect the mark pattern formed on the back surface of the wafer W, the alignment signal (image signal) is taken in so as to avoid blurring as much as possible. Therefore, in this embodiment, these alignment sensor sections 20Y, 20X
corresponds to the second position detection means of the present invention.

次に第5図を参照しながら、第4図において説明した結
像面FP0におけるマークの配置例について説明する。
Next, referring to FIG. 5, an example of the arrangement of marks on the imaging plane FP0 described in FIG. 4 will be described.

この図は、ウェハWをガラスプレート5上から除いたレ
チクルR上のショットサイズLSのマークSX、SY、
Sθを投影したものである。
This figure shows shot size LS marks SX, SY, on reticle R with wafer W removed from glass plate 5,
It is a projection of Sθ.

第5図において、ウェハステージの走り座標に対応する
xy座標系の中心は、対物光学系17の光軸AXと一致
している。すなわち、xy座標系に対して対物光学系1
7は固定されており、ガラスプレート5あるいはウェハ
Wの移動があってもそれとともに原点が移動するもので
はない。
In FIG. 5, the center of the xy coordinate system corresponding to the running coordinates of the wafer stage coincides with the optical axis AX of the objective optical system 17. That is, the objective optical system 1 with respect to the xy coordinate system
7 is fixed, and even if the glass plate 5 or wafer W moves, the origin does not move with it.

対物光学系I7の視野であるイメージフィールドIF内
には、第2図において説明したように、レチクルRのマ
ークsx、sy、sθに対応する像SXL、5YLSS
θLがあり、アライメントが良好に行なわれている場合
には、これらの像SXL、SYL、SθLがアライメン
トセンサ部20X、20Y、20θの検出窓APX、A
PY。
In the image field IF, which is the field of view of the objective optical system I7, as explained in FIG.
When there is θL and the alignment is well performed, these images SXL, SYL, and SθL are detected by the detection windows APX and A of the alignment sensor sections 20X, 20Y, and 20θ.
P.Y.

APθの各々の中心にくる。そしてステージ12.14
等を移動させると、基準マークのうちシヨ・7トサイズ
LSに対応する基準マークFMx、FMyの一部も各々
像SXL、SYLを中心に挟むように配置することがで
きる。またレチクルRの各マークsy、sθ、SXの近
傍には、フォーカスチェック用の格子状パターンRFC
が形成され、これも窓APXSAPY、APθの各々の
内側で同時に観察される。
It comes to the center of each APθ. And stage 12.14
By moving the images SXL, SYL, etc., parts of the fiducial marks FMx and FMy corresponding to the width LS of the fiducial marks can also be arranged so as to sandwich the images SXL and SYL, respectively. Also, near each mark sy, sθ, SX of the reticle R, there is a grid pattern RFC for focus check.
is formed, which is also observed simultaneously inside each of the windows APXSAPY and APθ.

さらに本実施例では、第6図(a)に示すようにウェハ
Wの裏面には表面の各ショット61域Eに対応して、放
射方向に伸びた直線状のアライメントマークwx、wy
、wθが予め形成される。これらマークwx、、wy、
wθは第5図に示したレチクルR上のマークSX、SY
、Sθの投影像SXL、SYL、SaLの配置と一致す
るように設けられる。そしてこれらマークwxSwy、
wθの夫々に付随して、ウェハWのショット領域Eに対
するフォーカスチェック用の格子状パターンWFcも形
成され、これらパターンWF、cもアライメントセンサ
部20X、20Y、20θの各検出窓APX、APY、
APθ内で観察される。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 6(a), on the back surface of the wafer W, there are linear alignment marks wx, wy extending in the radial direction, corresponding to each shot area E on the front surface.
, wθ are formed in advance. These marks wx,,wy,
wθ is the mark SX, SY on the reticle R shown in FIG.
, Sθ so as to match the arrangement of the projected images SXL, SYL, and SaL. And these marks wxSwy,
A grid pattern WFc for focus check on the shot area E of the wafer W is also formed in association with each of wθ, and these patterns WF,c also correspond to the respective detection windows APX, APY, of the alignment sensor sections 20X, 20Y, 20θ
Observed within APθ.

次に第7図のフローチャート図を参照して本実施例の動
作について説明する。尚、本実施例においては、第6図
(b)に示したようにウェハWの裏面には予め各ショッ
ト領域Eに対応してアライメントマークwx、wy、w
θとフォーカスチェック用のパターンWFcが形成され
ているものとする。また第7図のフローチャート図は主
に斜入射焦点検出系の絶対値キャリブレーションの動作
を示している。
Next, the operation of this embodiment will be explained with reference to the flowchart shown in FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 6(b), alignment marks wx, wy, w are pre-marked on the back surface of the wafer W in correspondence with each shot area E.
It is assumed that θ and a focus check pattern WFc are formed. The flowchart in FIG. 7 mainly shows the operation of absolute value calibration of the oblique incidence focus detection system.

まずレチクルRは所定位置にセットされ、ウェハWがス
テージ上にない状態で、対物光学系17、アライメント
系20により第5図に示したように位置決めされる。次
にガラスプレート5のガラスブロック5Aが投影レンズ
4の視野内に移動され、フォーカスチェック用の基準パ
ターンFCX、Fcyが対物光学系17を介してアライ
メント系20で観察できるように位置決めされる(ステ
ージ100)。そしてレチクルRに設けられたフォーカ
スチェック用の基準パターンRFcと基準パターンFC
xSFCyとが検出窓APY、APX内で互いに重畳し
て位置しないようにウェハステージ12.14によって
位置決めする(ステップ101)。このときの状態は第
8図に示すようになる。第8図はy方向用のアライメン
トマークSY、基準マークFMyの配置についてのみ示
すが、マークSYに付随したパターンRFc、基準パタ
ーンFCyの配置についても同様である。ここでまずレ
チクルR上のパターンRFcを撮像するテレビカメラ2
09aからの画像信号に基づいて、パターンRFcの投
影レンズ4による投影像が最もコントラスト良くなるよ
うにレンズ系206aを光軸方向に移動させる。そのよ
うなパターンRFc (格子状)からコントラストに基
づいてアライメント系自体の合焦動作を行なうことは、
例えば特開昭60−101540号公報に開示されてい
る通りである。ところでこの際、レチクルRのパターン
RFcを照明しなければならないが、その方法は2通り
ある。1つは第4図中のシャッター2043を開いて光
源(レーザ光源、又はオプチカルファイバー)205a
を利用する系であり、もう1つは第8図に矢印で示した
ようにレチクルRの全面又はマーク部のみを照明する露
光光LBを利用する系である。光源205aを利用する
場合は、パターンRFc、基準パターンFCyの夫々か
らの反射光をテレビカメラ209aで受光することにな
り、露光光LBを利用する場合はパターンRFC%基準
パターンFCyの夫々からの透過光を受光することにな
る。このようなコントラストによる焦点検出では、検出
精度やS/N比の点で透過照明を利用することが望まし
い。以上のようにしてレンズ系206aによるパターン
RFCとテレビカメラ209a  (すなわち窓APY
)との合焦動作が完了したら、基準パターンFCyにつ
いても同様にフォーカスチェックを行なう(ステップ1
02)。基準パターンFCyはZステージ9により光軸
AXに沿って上下動するので、駆動部11を作動させて
、基準パターンFCyのコントラストが最大になるよう
にZステージ9の高さ位置を調整する。
First, the reticle R is set at a predetermined position, and the reticle R is positioned as shown in FIG. 5 by the objective optical system 17 and the alignment system 20, with the wafer W not on the stage. Next, the glass block 5A of the glass plate 5 is moved into the field of view of the projection lens 4, and positioned so that the reference patterns FCX and Fcy for focus check can be observed by the alignment system 20 via the objective optical system 17 (stage 100). And a reference pattern RFc and a reference pattern FC for focus check provided on the reticle R.
The wafer stages 12 and 14 are used to position the wafers xSFCy and xSFCy so that they do not overlap each other within the detection windows APY and APX (step 101). The state at this time is as shown in FIG. Although FIG. 8 only shows the arrangement of the alignment mark SY for the y direction and the reference mark FMy, the same applies to the arrangement of the pattern RFc and the reference pattern FCy attached to the mark SY. Here, the television camera 2 first images the pattern RFc on the reticle R.
Based on the image signal from 09a, the lens system 206a is moved in the optical axis direction so that the projected image of the pattern RFc by the projection lens 4 has the best contrast. Performing the focusing operation of the alignment system itself based on the contrast from such a pattern RFc (grid-like) is
For example, it is as disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 101540/1983. By the way, at this time, the pattern RFc of the reticle R must be illuminated, and there are two methods for doing so. One is to open the shutter 2043 in FIG. 4 and turn on the light source (laser light source or optical fiber) 205a.
The other is a system that uses exposure light LB that illuminates the entire surface of the reticle R or only the mark portion, as shown by the arrow in FIG. When the light source 205a is used, the television camera 209a receives the reflected light from each of the pattern RFc and the reference pattern FCy, and when the exposure light LB is used, the transmitted light from each of the pattern RFC% and the reference pattern FCy is received by the television camera 209a. It will receive light. In such contrast-based focus detection, it is desirable to use transmitted illumination in terms of detection accuracy and S/N ratio. As described above, the pattern RFC by the lens system 206a and the television camera 209a (that is, the window APY
), a focus check is similarly performed for the reference pattern FCy (step 1).
02). Since the reference pattern FCy is moved up and down along the optical axis AX by the Z stage 9, the drive unit 11 is operated to adjust the height position of the Z stage 9 so that the contrast of the reference pattern FCy is maximized.

以上により、レチクルRのパターン結像面(Fpo)は
、精密に基準パターンFCyの存在するガラスブロック
5Aの表面と一致することになり、絶対的な焦点合わせ
が完了する。さてその状態でガラスブロック5Aの表面
には斜入射焦点検出系(投光部45、受光部46等)か
らのスリット像が斜めに投影されているため、ブロック
5Aの表面(基準パターン面)の高さ位置は焦点検出部
47で同時に検出されることになる(ステップ103)
。そこでそのときの基準パターン面の位置を検出部47
で検出し、その位置をオフセyトWkとして記憶する(
ステップ104)。斜入射焦点検出系はウェハWの表面
又はブロック5Aの表面の高さ位置のみしか検出できず
、この焦点検出系で合焦と判断されたとしても、それが
正確に投影レンズ4の結像面と一致しているか否かは十
分に保証されていない。従って、もしオフセント量が零
であるならば、結像面と合焦検出位置とは一致している
ことになる。
As a result of the above, the pattern imaging plane (Fpo) of the reticle R precisely coincides with the surface of the glass block 5A where the reference pattern FCy exists, and absolute focusing is completed. Now, in this state, since the slit image from the oblique incidence focus detection system (light projector 45, light receiver 46, etc.) is obliquely projected onto the surface of the glass block 5A, the surface of the block 5A (reference pattern surface) The height position is simultaneously detected by the focus detection section 47 (step 103).
. Therefore, the detection unit 47 detects the position of the reference pattern surface at that time.
, and store the position as offset Wk (
Step 104). The oblique incidence focus detection system can only detect the height position of the surface of the wafer W or the surface of the block 5A, and even if this focus detection system determines that the focus is in focus, it will not be accurate to It is not fully guaranteed that they match. Therefore, if the offset amount is zero, the imaging plane and the focus detection position match.

以上の動作により斜入射焦点検出系のキャリブレーショ
ンが終了するが、検出されたオフセント量が過度に大き
い場合は、斜入射焦点検出系のスリット像送光路又は受
光路中に設けられた平行平面ガラスの角度を調整して合
焦検出位置を光軸AXに沿って補正し、再度ステップ1
03.104を実行すればよい。また平行平面ガラスの
角度設定精度が十分にあるならば、この平行平面ガラス
の角度の調整により、ステップ102が完了した状態で
基準パターン面が合焦として判断されるように補正して
しまってもよい。
The above operations complete the calibration of the oblique incidence focus detection system, but if the detected offset amount is excessively large, the slit image of the oblique incidence focus detection system may be Adjust the angle to correct the focus detection position along the optical axis AX, and repeat step 1.
03.104 should be executed. Furthermore, if the angle setting accuracy of the parallel plane glass is sufficient, even if the angle of the parallel plane glass is adjusted so that the reference pattern surface is determined to be in focus even after step 102 is completed. good.

次に実際のステップアンドリピート方式による露光動作
時には、−例として次のステップ105〜109のよう
なシーケンスをとることができる。
Next, during an actual step-and-repeat exposure operation, a sequence such as the following steps 105 to 109 can be taken, for example.

まずウェハWを保持したX、Yステージ12.14を設
計値に基づいてステッピングさせ、レチクルRの回路パ
ターン領域とウェハW表面のショト領域とを位置合わせ
する(ステップ105)。この際、ウェハWのグローバ
ルアライメントが完了しているものとすれば、そのステ
ッピングのみによる位置合わせは1μm以内で達成され
る。このためアライメントセンサ部20X、20Y、2
0θの各検出窓APX、APY、APθのそれぞれには
、ウェハW裏面に形成されたマークWX、WYSWθの
像が形成される。このときマークWX、WY、Wθに対
する照明は、光源205a、205bによって行なうの
で、シャッター204a。
First, the X, Y stage 12.14 holding the wafer W is stepped based on design values to align the circuit pattern area of the reticle R and the shot area on the surface of the wafer W (step 105). At this time, assuming that the global alignment of the wafer W has been completed, alignment by only stepping can be achieved within 1 μm. Therefore, alignment sensor parts 20X, 20Y, 2
Images of marks WX and WYSWθ formed on the back surface of the wafer W are formed in each of the detection windows APX, APY, and APθ of 0θ. At this time, the marks WX, WY, and Wθ are illuminated by the light sources 205a and 205b, so the shutter 204a.

204bが開放される。この状態は第9図に示すように
なり、対物光学系17はガラスプレート5を介してマー
クWYのみを観察しているように示したが、対物光学系
17自体はマークwy、wx、Wθを同時に像面FP、
に結像する。もちろん、マークwy、wx%Wθに付随
したフーカスチェソク用のパターンWFcの像も各検出
窓APX。
204b is opened. This state is as shown in FIG. 9, and although the objective optical system 17 is shown to be observing only the mark WY through the glass plate 5, the objective optical system 17 itself is not able to observe the marks wy, wx, and Wθ. At the same time, the image plane FP,
image is formed. Of course, the image of the focus check pattern WFc attached to the marks wy, wx%Wθ is also included in each detection window APX.

APY、APθ内に形成される。また第8図のようにガ
ラスブロック5Aの表面と像面FP、とを共役にした状
態で、ガラスプレート5を水平に移動させて第9図のよ
うにした場合、像面FP、と共役な面はガラスプレート
5の表面、すなわちウェハWの裏面になるように定めら
れている。
It is formed within APY and APθ. Furthermore, when the surface of the glass block 5A and the image plane FP are made conjugate as shown in FIG. 8, and the glass plate 5 is moved horizontally to form the image plane FP as shown in FIG. The surface is determined to be the front surface of the glass plate 5, that is, the back surface of the wafer W.

さて、第9図のような状態でアライメントマークの検出
を行なうに先立って、パターンWFcを検出しているウ
ェハW裏面とテレビカメラ209a(209b)の盪像
面との合焦状態をチェックする(ステップ106)。こ
こでもパターンWFCが明暗のコントラスト像として最
も良好に観察されるようにレンズ系206a  (20
6b) を位1[1整する。パターンWFcに対する合
焦動作が完了したら、各マークwx、wySwθと、窓
APX、APY、APθとの位置ずれ量を画像信号に基
づいて求め、そのずれ量が零になるようにX、Yステー
ジ12.14の位置を微動させる(ステップ107)。
Now, before detecting the alignment mark in the state shown in FIG. 9, check the focusing state between the back surface of the wafer W on which the pattern WFc is being detected and the image plane of the television camera 209a (209b). Step 106). Here too, the lens system 206a (20
6b) Set 1[1]. When the focusing operation for the pattern WFc is completed, the amount of positional deviation between each mark wx, wySwθ and the windows APX, APY, APθ is determined based on the image signal, and the X and Y stages 12 are adjusted so that the amount of deviation becomes zero. .14 position is slightly moved (step 107).

そして斜入射焦点検出系によりウェハ表面の高さ位置を
検出し、記憶したオフセット量(零値も含む)分だけ2
ステージ9の高さ位置を補正して、レチクルRの回路パ
ターン像をウェハWの表面に合焦させる(ステップ10
6)。これによりウェハW上の1つのショット右頁域E
に対する露光が行なわれ(ステップ108)、ウェハW
上の全面についての露光が終了していなければ、ステッ
プ109での判断により先のステップ105から同様の
動作が繰り返される。
Then, the height position of the wafer surface is detected by the oblique incidence focus detection system, and 2
The height position of the stage 9 is corrected to focus the circuit pattern image of the reticle R on the surface of the wafer W (step 10).
6). As a result, one shot right page area E on the wafer W
The wafer W is exposed to light (step 108), and the wafer W
If the exposure of the entire upper surface has not been completed, the same operation is repeated from the previous step 105 based on the determination at step 109.

以上、第7図に示したシーケンスでは各ショット領域毎
に露光直前にマーク位置の検出動作が行なわれたが、ウ
ェハWの裏面のいくつかのマークのみを予め検出して、
ウェハW表面のショット配列を推定して、ステッピング
時のショットアドレス設計値に補正を加えておくように
してもよい。
As described above, in the sequence shown in FIG. 7, the mark position detection operation was performed for each shot area immediately before exposure, but only some marks on the back surface of the wafer W were detected in advance.
The shot arrangement on the surface of the wafer W may be estimated and the shot address design value during stepping may be corrected.

この方法によれば各ショット領域への露光時にはアライ
メントマークの検出動作が不要となるので、スルーブツ
トの点で有利である。
According to this method, an alignment mark detection operation is not required when exposing each shot area, so it is advantageous in terms of throughput.

次に本発明の他の実施例による焦点合わせシーケンスに
ついて第10図、第11図を参照して説明する。第10
図に示すように例えばウェハWとガラスプレート5との
間に微小なゴミ(例えば1〜5μm程度)PTがはさま
ると、ウェハWはブレート5に対して反ったものとなる
。この場合でも先の実施例によればアライメント時にア
ライメント系20の合焦動作によりレンズ系206aが
調整されるので、マークWYの像は窓APY中に合焦し
て形成される。すなわちマークWYの共役像面はFP、
からFP、’に変化し、像面FP、°中の点P2゛にマ
ークWYの像が形成される。しかしながら、本実施例の
アライメント系20の焦点検出方式は格子状パターンW
 F cのコントラスト変化をみるものであるため、そ
の合焦検出動作に時間がかかるといった問題もある。特
に第10図のようにゴミPTがはさまると、その近傍で
は大きなデフォーカス状態におちいり、合焦動作にも時
間を要することになる。
Next, a focusing sequence according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11. 10th
As shown in the figure, for example, if minute dust (for example, about 1 to 5 μm) PT is caught between the wafer W and the glass plate 5, the wafer W will be warped with respect to the plate 5. Even in this case, according to the previous embodiment, since the lens system 206a is adjusted by the focusing operation of the alignment system 20 during alignment, the image of the mark WY is formed in focus in the window APY. In other words, the conjugate image plane of mark WY is FP,
to FP,', and an image of mark WY is formed at point P2' in the image plane FP,°. However, the focus detection method of the alignment system 20 of this embodiment is based on the grid pattern W.
Since the method involves looking at changes in the contrast of Fc, there is also the problem that the focus detection operation takes time. In particular, when the dust PT gets stuck as shown in FIG. 10, the area near it will be in a large defocus state, and it will take time for the focusing operation to occur.

そこで本実施例では、斜入射焦点検出系による合焦動作
時の調整量に基づいて、アライメント系20のレンズ系
206を調整するようにした。このようにすると、ウェ
ハWの大きなそりやうねりに対しても高速な合焦動作が
可能となる。
Therefore, in this embodiment, the lens system 206 of the alignment system 20 is adjusted based on the adjustment amount during the focusing operation by the oblique incidence focus detection system. In this way, high-speed focusing operation is possible even when the wafer W has large warpage or waviness.

まず第1O図に示すようにZステージ9を上下動させる
駆動部11から、Zステージ9(ガラスプレート5)の
移動量を検出してモータ151を作動させるための制御
部150を設ける。モータ151はレンズ系206aを
矢印AY方向に移動させるものである。この装置による
動作は第11図のフローチャート図に示されるように実
行される。まずガラスブロック5Aを用いて斜入射焦点
検出系をキャリブレーションした後(第7図のステップ
104完了時)に、制御部150はZステージ9の高さ
位置をイニシャル値として記憶する(ステップ160)
。そして実際のアライメント時(又は露光時)には、斜
入射焦点検出系からのスリット像投影光LFをウェハW
の表面に照射し、その反射光LF’を光電検出し、第1
図の焦点検出部47により合焦と判断されるまでZステ
ージ9を移動させ、制御部150は移動完了時のZステ
ージ9の高さ位置を読み取り、イニシャル値からの移動
量ΔZを記憶する。第1θ図では面pw、において焦点
検出部47は合焦と判断するが、もしゴミPTがなくウ
ェハWの表面がプレート5と密着していれば面PWzに
おいて合焦と判断される・。すなわちゴミPTによるそ
りによって面PW、と面PWIとの差ΔZだけイニシャ
ル値からずれて合焦と検出されることになる。
First, as shown in FIG. 1O, a control section 150 is provided for detecting the amount of movement of the Z stage 9 (glass plate 5) and operating a motor 151 from a drive section 11 for moving the Z stage 9 up and down. The motor 151 moves the lens system 206a in the direction of arrow AY. The operation of this device is performed as shown in the flowchart diagram of FIG. First, after calibrating the oblique incidence focus detection system using the glass block 5A (at the completion of step 104 in FIG. 7), the control unit 150 stores the height position of the Z stage 9 as an initial value (step 160).
. During actual alignment (or exposure), the slit image projection light LF from the oblique incidence focus detection system is transferred to the wafer W.
, the reflected light LF' is photoelectrically detected, and the first
The Z stage 9 is moved until focus is determined by the focus detection unit 47 shown in the figure, and the control unit 150 reads the height position of the Z stage 9 at the time of completion of movement, and stores the amount of movement ΔZ from the initial value. In FIG. 1θ, the focus detection unit 47 determines that the focus is on the plane pw, but if there is no dust PT and the surface of the wafer W is in close contact with the plate 5, it is determined that the focus is on the plane PWz. That is, due to the warping caused by the dust PT, the focus is detected to be shifted from the initial value by the difference ΔZ between the planes PW and PWI.

次にΔZが予め定められた許容量DCよりも大きいか否
かが判断され(ステップ162)、大きい場合はΔZが
窓APY側で補正されるようにレンズ系206aをモー
タ151で移動させる(ステップ163)。
Next, it is determined whether ΔZ is larger than a predetermined allowable amount DC (step 162), and if it is larger, the lens system 206a is moved by the motor 151 so that ΔZ is corrected on the window APY side (step 162). 163).

上記許容量DGは、例えばアライメント系20のテレビ
カメラ上で許容されるパターンのボケ量や、ウェハWの
厚みムラ(テーパ)の量等に応じて決定される。
The allowable amount DG is determined depending on, for example, the amount of pattern blur allowed on the television camera of the alignment system 20, the amount of thickness unevenness (tapering) of the wafer W, and the like.

次に、アライメント系20の画像信号に基づいて、さら
に精密なフォーカスチェックが行なわれる(ステップ1
64)。ただし、このステップ164は省略してもよい
Next, a more precise focus check is performed based on the image signal of the alignment system 20 (step 1
64). However, this step 164 may be omitted.

本実施例によれば、露光されるべきウェハW表面に対す
る合焦動作により調整されたZステージ9の移動量に応
じて、ウェハWの裏面を観察するアライメント系20の
焦点調整を自動的に行なうようにしたので、アライメン
ト系20による画像信号に基づいて焦点検出を行なうこ
とが省略可能となり、極めて高速な焦点合わせ、アライ
メントが達成できる。尚、ステップ160のイニシャル
セットの動作は、例えばウェハWの中心部において斜入
射焦点検出系で合焦となるようにZステージ9を位置決
めし、パターンWFcによるコントラスト検出が最良と
なるようにレンズ系206aを調整した状態で、Zステ
ージ9の高さ位置をイニシャル値として記憶してもよい
According to this embodiment, the focus adjustment of the alignment system 20 for observing the back surface of the wafer W is automatically performed according to the movement amount of the Z stage 9 adjusted by the focusing operation on the front surface of the wafer W to be exposed. This makes it possible to omit focus detection based on the image signal from the alignment system 20, and extremely high-speed focusing and alignment can be achieved. The initial set operation in step 160 involves, for example, positioning the Z stage 9 so that the oblique incidence focus detection system focuses on the center of the wafer W, and adjusting the lens system so that the contrast detection by the pattern WFc is optimal. The height position of the Z stage 9 may be stored as an initial value while adjusting the height 206a.

(発明の効果) 以上本発明によれば感光基板の表面に対する焦点検出系
と、感光基板の裏面に対する焦点調整系とを有し、相互
にキャリブレーションが行なわれるので、感光基板の裏
面にアライメント用のマークを形成した場合でも、常に
正確なマーク検出ができ、アライメント精度を低下させ
ることがないといった効果が得られる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, a focus detection system for the front surface of the photosensitive substrate and a focus adjustment system for the back surface of the photosensitive substrate are provided, and mutual calibration is performed. Even when a mark of

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例による投影露光装置の構成を示
す図、第2図はレチクル上の各パターンの投影位置の配
置を示す平面図、第3図はガラスブロック5A上の基準
マーク、基準パターンの配置を示す平面図、第4図はア
ライメントセンサ部の構成を示す図、第5図は対物光学
系の像面で観察されるレチクルの各パターンの配置を示
す図、第6図はウェハ裏面のアライメントマークの配置
と、その拡大した配置とを示す図、第7図は第1の実施
例によるキャリブレーション動作を説明するフローチャ
ート図、第8図はキャリブレーション時の様子を示す図
、第9図はアライメント時の様子を示す図、第10図は
第2の実施例による構成を示す図、第11図は第2の実
施例による焦点合わせの動作を説明するフローチャート
図である。 (主要部分の符号の説明) R・・・レチクル、     W・・・ウェハ、4・・
・投影レンズ、    5・・・ガラスプレート、5A
・・・ガラスブロック、9・・・Zステージ、17・・
・対物光学系、 20・・・アライメント系、45.4
6.47・・・斜入射焦点検出系、206a・・・合焦
用のレンズ系、 209a、b・・・テレビカメラ。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of projection positions of each pattern on a reticle, and FIG. 3 is a reference mark on a glass block 5A, FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of the reference pattern, FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the alignment sensor section, FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of each pattern of the reticle observed on the image plane of the objective optical system, and FIG. FIG. 7 is a flowchart explaining the calibration operation according to the first embodiment; FIG. 8 is a diagram showing the state during calibration; FIG. 9 is a diagram showing the state at the time of alignment, FIG. 10 is a diagram showing the configuration according to the second embodiment, and FIG. 11 is a flowchart diagram explaining the focusing operation according to the second embodiment. (Explanation of symbols of main parts) R...Reticle, W...Wafer, 4...
・Projection lens, 5...Glass plate, 5A
...Glass block, 9...Z stage, 17...
・Objective optical system, 20... Alignment system, 45.4
6.47...Oblique incidence focus detection system, 206a...Focusing lens system, 209a, b...TV camera.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 所定のパターンを有するマスクを照明し、該パターンの
像を投影光学系を介して感光基板の表面に投影露光する
装置において、 前記感光基板の裏面には予め位置合わせ用のマークが形
成され、該マークが形成された裏面を保持するように前
記感光基板を載置する透明な保持手段と;前記投影光学
系の光軸方向に関して前記感光基板の表面位置を検出す
る第1の位置検出手段と;前記感光基板の裏面に形成さ
れたマークを前記透明な保持手段を介して検出し、前記
投影光学系の光軸方向に関して前記感光基板の裏面位置
を検出する第2の位置検出手段と;前記第1位置検出手
段と第2位置検出手段とを対応付けるために、前記保持
手段の透明部に形成された基準パターン部材とを備えた
ことを特徴とする投影露光装置。
[Scope of Claims] An apparatus for illuminating a mask having a predetermined pattern and projecting and exposing an image of the pattern onto the surface of a photosensitive substrate via a projection optical system, wherein the back surface of the photosensitive substrate is provided with a positioning plate in advance. a transparent holding means for mounting the photosensitive substrate so as to hold the back surface on which the mark is formed; a first member for detecting the surface position of the photosensitive substrate with respect to the optical axis direction of the projection optical system; a second position for detecting a mark formed on the back surface of the photosensitive substrate via the transparent holding means and detecting the position of the back surface of the photosensitive substrate with respect to the optical axis direction of the projection optical system; A projection exposure apparatus comprising: a detection means; and a reference pattern member formed on a transparent portion of the holding means for associating the first position detection means with the second position detection means.
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