JP4196411B2 - Exposure apparatus and device manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、半導体素子や液晶表示素子等をリソグラフィ工程で製造する際に用いられるマスクパターンを投影光学系を介して感応基板上に露光する露光装置、あるいは半導体素子、半導体素子製造用マスク等の製造のため、レーザ光、電子線その他の荷電粒子線等で感応基板上にパターンを直接描画する描画装置等の露光装置、及び該露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus and a device manufacturing method, and more particularly, exposure that exposes a mask pattern used when manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, and the like in a lithography process onto a sensitive substrate via a projection optical system. An exposure apparatus such as a drawing apparatus for directly drawing a pattern on a sensitive substrate with a laser beam, an electron beam or other charged particle beam for manufacturing a semiconductor device or a mask for manufacturing a semiconductor element, and the exposure apparatus The present invention relates to a device manufacturing method to be used.
従来より、半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する場合に、種々の露光装置が使用されているが、現在では、フォトマスク又はレチクル(以下、「レチクル」と総称する)のパターン像を、投影光学系を介して表面にフォトレジスト等の感光材が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板(以下、適宜「感応基板」又は「ウエハ」と称する)上に転写する投影露光装置が一般的に使用されている。近年では、この投影露光装置として、感応基板を2次元的に移動自在な基板ステージ上に載置し、この基板ステージにより感応基板を歩進(ステッピング)させて、レチクルのパターン像を感応基板上の各ショット領域に順次露光する動作を繰り返す、所謂ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置(いわゆるステッパー)が主流となっている。 Conventionally, various exposure apparatuses have been used for manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display element in a photolithography process. Currently, a pattern of a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as “reticle”) is used. A projection exposure apparatus for transferring an image onto a substrate such as a wafer or a glass plate (hereinafter referred to as “sensitive substrate” or “wafer” as appropriate) having a surface coated with a photosensitive material such as a photoresist via a projection optical system. Is commonly used. In recent years, as this projection exposure apparatus, a sensitive substrate is placed on a two-dimensionally movable substrate stage, and the sensitive substrate is stepped (stepped) by this substrate stage, so that the pattern image of the reticle is placed on the sensitive substrate. The so-called step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus (so-called stepper), which repeats the operation of sequentially exposing each shot area, is the mainstream.
最近になって、このステッパー等の静止型露光装置に改良を加えた、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(例えば特開平7−176468号公報に記載された様な走査型露光装置)も比較的多く用いられるようになってきた。このステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置は、ステッパーに比べると大フィールドをより小さな光学系で露光できるため、投影光学系の製造が容易であるとともに、大フィールド露光によるショット数の減少により高スループットが期待出来る、投影光学系に対してレチクル及びウエハを相対走査することで平均化効果があり、ディストーションや焦点深度の向上が期待出来る等のメリットがある。 Recently, a step-and-scan type projection exposure apparatus (for example, a scanning exposure apparatus as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-176468), which is an improvement on a static exposure apparatus such as a stepper, has also been developed. It has come to be used relatively frequently. Since this step-and-scan projection exposure apparatus can expose a large field with a smaller optical system than a stepper, the projection optical system is easy to manufacture, and the number of shots due to large-field exposure is reduced. There is an advantage that throughput can be expected, there is an averaging effect by scanning the reticle and wafer relative to the projection optical system, and an improvement in distortion and depth of focus can be expected.
この種の投影露光装置においては、露光に先立ってレチクルとウエハとの位置合わせ(アライメント)を高精度に行う必要がある。このアライメントを行うために、ウエハ上には以前のフォトリソグラフィ工程で形成(露光転写)された位置検出用マーク(アライメントマーク)が設けられており、このアライメントマークの位置を検出することで、ウエハ(又はウエハ上の回路パターン)の正確な位置を検出することができる。 In this type of projection exposure apparatus, it is necessary to align the reticle and wafer with high accuracy prior to exposure. In order to perform this alignment, a position detection mark (alignment mark) formed (exposure transfer) formed in the previous photolithography process is provided on the wafer. By detecting the position of this alignment mark, the wafer The exact position of (or the circuit pattern on the wafer) can be detected.
アライメントマークを検出するアライメント顕微鏡としては、大別して投影レンズを介してマーク検出を行なうオンアクシス方式と、投影レンズを介さずマーク検出を行なうオフアクシス方式のものとがあるが、今後の主流になるであろうエキシマレーザ光源を用いる投影露光装置では、オフアクシス方式のアライメント顕微鏡が最適である。これは、投影レンズは露光光に対して色収差の補正がなされているので、オンアクシスの場合、アライメント光が集光できないか、集光できたとしても色収差による誤差が非常に大きなものとなるのに対し、オフアクシス方式のアライメント顕微鏡は、投影レンズとは別に設けられていることから、このような色収差を考慮することなく、自由な光学設計が可能であること、及び種々のアライメント系が使用できるからである。例えば、位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡等も使用できる。 There are two types of alignment microscopes that detect alignment marks: an on-axis method that detects marks through a projection lens and an off-axis method that detects marks without using a projection lens. In an exposure apparatus that uses an excimer laser light source, an off-axis alignment microscope is optimal. This is because the projection lens is corrected for chromatic aberration with respect to the exposure light, so in the case of on-axis, the alignment light cannot be collected or even if it can be collected, the error due to chromatic aberration becomes very large. On the other hand, since the off-axis alignment microscope is provided separately from the projection lens, free optical design is possible without considering such chromatic aberration, and various alignment systems are used. Because it can. For example, a phase contrast microscope or a differential interference microscope can be used.
ところで、この種の投影露光装置における処理の流れは、大要次のようになっている。 By the way, the flow of processing in this type of projection exposure apparatus is roughly as follows.
1.まず、ウエハローダを使ってウエハをウエハテーブル上にロードするウエハロード工程が行なわれ、次いでウエハ外形を基準とする等によりいわゆるサーチアライメントが行なわれる。 1. First, a wafer loading process of loading a wafer onto a wafer table using a wafer loader is performed, and so-called search alignment is performed by using the wafer outer shape as a reference.
2.次に、ウエハ上の各ショット領域の位置を正確に求めるファインアライメント工程が行なわれる。このファインアライメント工程は、一般にEGA(エンハンスト・グローバル・アライメント)方式が用いられ、この方式は、ウエハ内の複数のサンプルショットを選択しておき、当該サンプルショットに付設されたアライメントマーク(ウエハマーク)の位置を順次計測し、この計測結果とショット配列の設計値とに基づいて、いわゆる最小自乗法等による統計演算を行なって、ウエハ上の全ショット配列データを求めるものであり(特開昭61−44429号公報等参照)、高スループットで各ショット領域の座標位置を比較的高精度に求めることができる。 2. Next, a fine alignment process for accurately determining the position of each shot area on the wafer is performed. In this fine alignment process, an EGA (Enhanced Global Alignment) method is generally used. In this method, a plurality of sample shots in a wafer are selected, and an alignment mark (wafer mark) attached to the sample shot is selected. Are sequentially measured, and based on the measurement result and the design value of the shot arrangement, a statistical calculation is performed by a so-called least square method or the like to obtain all shot arrangement data on the wafer (Japanese Patent Laid-Open No. 61). -44429, etc.), the coordinate position of each shot area can be obtained with relatively high accuracy with high throughput.
3.次に、上述したEGA方式等により求めた各ショット領域の座標位置と予め計測したベースライン量とに基づいて露光位置にウエハ上の各ショット領域を順次位置決めしつつ、投影光学系を介してレチクルのパターン像をウエハ上に転写する露光工程が行なわれる。 3. Next, the respective shot areas on the wafer are sequentially positioned at the exposure position based on the coordinate position of each shot area obtained by the above-described EGA method or the like and the baseline amount measured in advance, and the reticle via the projection optical system. An exposure process for transferring the pattern image onto the wafer is performed.
4.次に、露光処理されたウエハテーブル上のウエハをウエハアンローダを使ってアンロードさせるウエハアンロード工程が行なわれる。このウエハアンロード工程は、上記1.のウエハロード工程と同時に行なわれる。すなわち、1.と4.とによってウエハ交換工程が構成される。 4). Next, a wafer unload process is performed in which the wafer on the wafer table that has been exposed is unloaded using a wafer unloader. This wafer unloading process is performed in the above 1. This is performed simultaneously with the wafer loading process. That is: And 4. The wafer exchange process is configured by the above.
このように、従来の投影露光装置では、ウエハ交換(サーチアライメントを含む)→ファインアライメント→露光→ウエハ交換……のように、大きく3つの動作が1つのウエハステージを用いて繰り返し行なわれている。 As described above, in the conventional projection exposure apparatus, three major operations are repeatedly performed using one wafer stage, such as wafer exchange (including search alignment) → fine alignment → exposure → wafer exchange. .
上述した投影露光装置は、主として半導体素子等の量産機として使用されるものであることから、一定時間内にどれだけの枚数のウエハを露光処理できるかという処理能力、すなわちスループットを向上させることが必然的に要請される。 Since the projection exposure apparatus described above is mainly used as a mass production machine for semiconductor elements and the like, it is possible to improve the processing capability, ie, throughput, of how many wafers can be exposed within a certain time. Necessarily requested.
これに関し、現状の投影露光装置では、上述した3つの動作がシーケンシャルに行われることから、スループット向上のためには、各動作に要する時間を短縮する必要があるが、ウエハ交換(サーチアライメントを含む)は、ウエハ1枚に対して一動作が行なわれるだけであるから改善の効果は比較的小さい。また、ファインアライメントに要する時間は、上述したEGA方式を用いる際にショットのサンプリング数を少なくしたり、ショット単体の計測時間を短縮することにより、短縮することができるが、これらのことは、却ってアライメント精度を劣化させることになるため、安易にファインアライメントに要する時間を短縮することはできない。 In this regard, in the current projection exposure apparatus, since the three operations described above are performed sequentially, it is necessary to reduce the time required for each operation in order to improve the throughput. The effect of improvement is relatively small because only one operation is performed on one wafer. Further, the time required for fine alignment can be shortened by reducing the number of shots when using the above-described EGA method or by shortening the measurement time of a single shot. Since the alignment accuracy is degraded, the time required for fine alignment cannot be easily reduced.
従って、結論的には、露光に要する時間を短縮することがスループット向上のためには、最も効果的であるということになるが、この露光動作には、ステッパーの場合、純粋なウエハ露光時間とショット間のステッピング時間とを含んでおり、ウエハ露光時間の短縮には光源の光量が大きいことが必須となるが、この種の投影露光装置では上記スループット面の他に、重要な条件として、解像度、焦点深度(DOF:Depth of Forcus )、線幅制御精度等があり、解像度Rは、露光波長をλとし、投影レンズの開口数をN.A.(Numerical Aperture )とすると、λ/N.A.に比例し、焦点深度DOFはλ/(N.A.)2に比例する。このため、光源としては波長の短いものであることも必要であり、従来用いられていた超高圧水銀ランプの輝線(g線、i線)等に比べパワーが大きく、短波長であるという両方の要件を満たすものとして先に述べたエキシマレーザが今後の主流になると言われ、これより波長が短く、光量が大きく、露光装置の光源として適切な光源は、現段階では考えられていない。従って、光源としてエキシマレーザを用いる場合以上のスループットの向上はあまり期待できず、光源の工夫によるスループットの向上にも限界がある。 Therefore, it can be concluded that shortening the exposure time is the most effective for improving the throughput, but in this exposure operation, in the case of a stepper, a pure wafer exposure time is used. In order to shorten the wafer exposure time, a large amount of light from the light source is essential to shorten the wafer exposure time, but in this type of projection exposure apparatus, in addition to the above throughput, an important condition is the resolution. Depth of focus (DOF: Depth of Forcus), line width control accuracy, etc., resolution R is the exposure wavelength is λ, and the numerical aperture of the projection lens is N.P. A. (Numerical Aperture), λ / N. A. The depth of focus DOF is proportional to λ / (NA) 2 . For this reason, it is also necessary for the light source to have a short wavelength, both of which have a large power and a short wavelength compared to the bright lines (g-line, i-line) etc. of the ultra-high pressure mercury lamps conventionally used. The excimer laser described above as satisfying the requirements is said to become the mainstream in the future, and a light source having a shorter wavelength and a larger amount of light and suitable as a light source for an exposure apparatus has not been considered at this stage. Accordingly, the improvement in throughput beyond the case where an excimer laser is used as the light source cannot be expected so much, and there is a limit to the improvement in throughput by devising the light source.
一方、ショット間のステッピング時間の短縮のためには、ウエハを保持するステージの最高速度、最高加速度を向上させる必要があるが、最高速度、最高加速度の向上はステージの位置決め精度の劣化を招きやすいという不都合があった。この他、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査型投影露光装置の場合は、レチクルとウエハの相対走査速度を上げることによりウエハの露光時間の短縮が可能であるが、相対走査速度の向上は同期精度の劣化を招き易いので、安易に走査速度を上げることができない。従って、ステージの制御性を向上させることが必要となる。 On the other hand, in order to shorten the stepping time between shots, it is necessary to improve the maximum speed and maximum acceleration of the stage holding the wafer. However, the improvement in the maximum speed and maximum acceleration tends to cause deterioration of the positioning accuracy of the stage. There was an inconvenience. In addition, in the case of a scanning projection exposure apparatus such as the step-and-scan method, the exposure time of the wafer can be shortened by increasing the relative scanning speed of the reticle and the wafer. Since the synchronization accuracy is likely to deteriorate, the scanning speed cannot be easily increased. Therefore, it is necessary to improve the controllability of the stage.
しかしながら、特に今後主流になるであろうエキシマレーザ光源を用いる投影露光装置のようにオフアクシスアライメント顕微鏡を用いる装置では、ステージの制御性を向上させることは、容易ではない。すなわち、この種の投影露光装置では、投影光学系を介してのマスクパターンの露光時と、アライメント時との両方でウエハステージの位置をアッベ誤差なく正確に管理し、高精度な重ね合わせを実現するためには、レーザ干渉計の測長軸が投影光学系の投影中心とアライメント顕微鏡の検出中心とをそれぞれ通るように設定する必要があり、しかも露光時のステージの移動範囲内とアライメント時のステージの移動範囲内との両方で前記投影光学系の投影中心を通る測長軸とアライメント顕微鏡の検出中心を通る測長軸とが共に切れないようにする必要があるため、ステージが必然的に大型化するからである。 However, it is not easy to improve the controllability of the stage in an apparatus using an off-axis alignment microscope, such as a projection exposure apparatus using an excimer laser light source that will become the mainstream in the future. In other words, this type of projection exposure system accurately manages the position of the wafer stage, both during exposure of the mask pattern via the projection optical system and during alignment, without Abbe error, and achieves high-precision overlay. In order to achieve this, it is necessary to set the measurement axis of the laser interferometer so that it passes through the projection center of the projection optical system and the detection center of the alignment microscope, and within the stage moving range during exposure and during alignment. The stage is inevitably necessary because the length measurement axis passing through the projection center of the projection optical system and the length measurement axis passing through the detection center of the alignment microscope must not be cut off both within the range of movement of the stage. This is because the size is increased.
以上より、前述した3つの動作の個々の動作に要する時間を短縮するという手法では、何らのデメリットなくスループットを向上させることは困難であり、これとは別の手法によりスループットを向上させる新技術の出現が待望されていた。 From the above, it is difficult to improve the throughput without any demerit by the method of shortening the time required for each of the three operations described above, and a new technique for improving the throughput by a method different from this. The appearance was long-awaited.
前述した3つの動作、すなわちウエハ交換(サーチアライメントを含む)、ファインアライメント、及び露光動作の内の複数動作同士を部分的にでも同時並行的に処理できれば、これらの動作をシーケンシャルに行なう場合に比べて、スループットを向上させることができると考えられる。本発明は、かかる観点に着目してなされたもので、以下のような方法及び構成を採用する。すなわち、本発明は第1の観点からすると、投影光学系(PL)を介して感応基板(W)上にパターンを露光する露光装置であって、ステージ本体(WS1a)と、この本体上に着脱自在に搭載され、その側面に干渉計用反射面が設けられた基板保持部材(WS1b)とを有し、該基板保持部材上に感応基板(W)を保持して2次元平面内を移動可能な第1基板ステージ(WS1)と;ステージ本体(WS2a)と、この本体上に着脱自在に搭載され、その側面に干渉計用反射面が設けられた基板保持部材(WS2b)とを有し、該基板保持部材上に感応基板(W)を保持して前記第1基板ステージ(WS1)と同一平面内を前記第1基板ステージ(WS1)とは独立に移動可能な第2基板ステージ(WS2)と;前記投影光学系(PL)とは別に設けられ、前記基板ステージ(WS1、WS2)上又は該ステージに保持された感応基板(W)上のマークを検出するためのアライメント系(WA)と;前記第1基板ステージ及び第2基板ステージの2次元位置をそれぞれ計測するための干渉計システム(26)と;前記2つの基板ステージが有する前記基板保持部材のそれぞれを、前記ステージ上に保持された感応基板に対して前記投影光学系を介して露光が行われる露光時のステージ移動範囲内の所定の第1位置と、前記アライメント系によりステージ上又は該ステージに保持された感応基板上のマーク検出が行われるアライメント時のステージ移動範囲内の所定の第2位置との間で移動させる移動手段(20、22)と;第1基板ステージ及び第2基板ステージの内の一方のステージに保持された感応基板が露光される間に、前記第1基板ステージ及び第2基板ステージの内の他方のステージ上で前記アライメント系(WA)によるマーク検出動作が行われるように、前記干渉計システム(26)の計測値をモニタしつつ、前記2つのステージの動作を制御した後に、前記移動手段(20、22)を制御して前記一方のステージ本体上の前記基板保持部材と他方のステージ本体上の前記基板保持部材の位置を入れ替える制御手段(28)とを有する第1の露光装置である。 If the above-mentioned three operations, that is, wafer exchange (including search alignment), fine alignment, and exposure operations, can be processed partially or simultaneously in parallel, these operations are performed sequentially. Thus, it is considered that the throughput can be improved. The present invention has been made paying attention to such a viewpoint, and employs the following method and configuration. That is, from a first viewpoint, the present invention is an exposure apparatus that exposes a pattern on a sensitive substrate (W) via a projection optical system (PL), and is attached to and detached from a stage main body (WS1a) and the main body. It has a substrate holding member (WS1b) that is freely mounted and has a reflection surface for interferometers on its side, and can move in a two-dimensional plane by holding the sensitive substrate (W) on the substrate holding member A first substrate stage (WS1); a stage main body (WS2a) ; and a substrate holding member (WS2b) which is detachably mounted on the main body and provided with a reflection surface for interferometers on its side surface. A second substrate stage (WS2) that holds the sensitive substrate (W) on the substrate holding member and can move independently of the first substrate stage (WS1) in the same plane as the first substrate stage (WS1). And; said projection optical system (PL) A separate alignment system (WA) for detecting a mark on the substrate stage (WS1, WS2) or on the sensitive substrate (W) held on the stage; the first substrate stage and the second substrate stage two-dimensional position of the interferometer system for measuring respectively (26) of; each of the substrate holding member in which the two substrate stages has, the projection optical system with respect to the sensitive substrate held on the stage A predetermined first position within the stage movement range at the time of exposure through which exposure is performed, and within the stage movement range at the time of alignment where mark detection is performed on the stage or on the sensitive substrate held on the stage by the alignment system Moving means (20, 22) for moving between a predetermined second position of the first substrate stage and one of the first substrate stage and the second substrate stage. The mark detection operation by the alignment system (WA) is performed on the other one of the first substrate stage and the second substrate stage while the sensitive substrate held on the stage is exposed. While controlling the measured values of the interferometer system (26) and controlling the operations of the two stages, the moving means (20, 22) are controlled to control the substrate holding member on the one stage body and the other. And a control means (28) for switching the position of the substrate holding member on the stage main body .
これによれば、制御手段(28)により、一方のステージに保持された感応基板が露光される間に、他方のステージ上でアライメント系(WA)によるマーク検出動作が行われるように、干渉計システム(26)の計測値をモニタしつつ、2つのステージの動作を制御された後に、移動手段(20、22)が制御され、一方のステージ本体上の前記基板保持部材と他方のステージ本体上の前記基板保持部材の位置の入れ替えが行われる。このため、一方の基板ステージ側の露光動作と他方のステージ側のアライメント動作との並行処理により、スループットの向上が可能であるとともに、位置の入れ替え後に第2位置にある基板ステージ上で感応基板の交換を行なうようにすれば、両ステージの動作を入れ替えて、他方のステージに保持された感応基板が露光される間に、一方のステージ上でアライメント系(WA)によるマーク検出動作を並行して行なうことが可能になる。 According to this, the interferometer is configured so that the mark detection operation by the alignment system (WA) is performed on the other stage while the sensitive substrate held on one stage is exposed by the control means (28). After the operation of the two stages is controlled while monitoring the measured values of the system (26), the moving means (20, 22) are controlled, and the substrate holding member on one stage body and the other stage body are controlled. The position of the substrate holding member is exchanged. For this reason, it is possible to improve the throughput by parallel processing of the exposure operation on one substrate stage side and the alignment operation on the other stage side, and the sensitive substrate is moved on the substrate stage in the second position after the position exchange. If exchange is performed, the operation of both stages is exchanged, and the mark detection operation by the alignment system (WA) is performed in parallel on one stage while the sensitive substrate held on the other stage is exposed. It becomes possible to do.
この場合において、前記干渉計システム(26)は、前記投影光学系(PL)の投影中心で相互に垂直に交差する第1測長軸(Xe)及び第2測長軸(Ye)と、前記アライメント系(WA)の検出中心で相互に垂直に交差する第3測長軸(Xa)及び第4測長軸(Ya)とを備え、前記制御手段(28)は、前記2つの基板保持部材の位置を入れ替える際に、前記干渉計システム(26)の測長軸(Xe,Ye,Xa,Ya)をリセットすることとすることができる。 In this case, the interferometer system (26) includes a first measurement axis (Xe) and a second measurement axis (Ye) that intersect perpendicularly to each other at the projection center of the projection optical system (PL), and A third measuring axis (Xa) and a fourth measuring axis (Ya) perpendicularly intersecting each other at the detection center of the alignment system (WA), and the control means (28) includes the two substrate holding members. When the positions of the interferometer system (26) are switched, the measurement axes (Xe, Ye, Xa, Ya) of the interferometer system (26) can be reset.
かかる場合には、干渉計システム(26)が、投影光学系(PL)の投影中心で相互に垂直に交差する第1測長軸(Xe)及び第2測長軸(Ye)と、アライメント系(WA)の検出中心で相互に垂直に交差する第3測長軸(Xa)及び第4測長軸(Ya)とを備えていることから、投影光学系を介しての感応基板上へのパターンの露光時及びアライメント系による位置検出マークの検出時のいずれのときにおいても、アッベの誤差なく基板ステージ(WS1,WS2)の位置を正確に管理することができる。また、制御手段(28)が、2つの基板保持部材の位置を入れ替える際に、干渉計システム(26)の測長軸(Xe,Ye,Xa,Ya)をリセットすることから、位置の入れ替えの際に、それまでそれぞれの基板ステージの位置を管理していた干渉計システムの測長軸が一旦切れても、干渉計システム(26)の測長軸(Xe,Ye,Xa,Ya)をリセットする位置を予め所定の位置に定めておけば、リセット後は、そのリセットされた測長軸の計測値を用いて第1、第2の基板ステージの位置を管理することが可能になる。 In such a case, the interferometer system (26) includes a first measurement axis (Xe) and a second measurement axis (Ye) perpendicular to each other at the projection center of the projection optical system (PL), and an alignment system. Since the third length measurement axis (Xa) and the fourth length measurement axis (Ya) intersecting each other perpendicularly at the detection center of (WA) are provided, it is provided on the sensitive substrate via the projection optical system. The position of the substrate stage (WS 1, WS 2) can be accurately managed without any Abbe error both at the time of pattern exposure and when the position detection mark is detected by the alignment system. Further, when the control means (28) replaces the positions of the two substrate holding members , the length measurement axes (Xe, Ye, Xa, Ya) of the interferometer system (26) are reset, so At that time, even if the measurement axis of the interferometer system that previously managed the position of each substrate stage is cut off, the measurement axis (Xe, Ye, Xa, Ya) of the interferometer system (26) is reset. If the predetermined position is set in advance, it is possible to manage the positions of the first and second substrate stages using the measurement values of the reset measuring axis after the reset.
本発明は、第2の観点からすると、投影光学系(PL)を介して感応基板(W)上にパターンを露光する露光装置であって、ステージ本体(WS1a)と、この本体上に着脱自在に搭載され、その側面に干渉計用反射面が設けられた基板保持部材(WS1b)とを有し、該基板保持部材上に感応基板(W)を保持して2次元平面内を移動可能な第1基板ステージ(WS1)と;ステージ本体(WS2a)と、この本体上に着脱自在に搭載され、その側面に干渉計用反射面が設けられた基板保持部材(WS2b)とを有し、該基板保持部材上に感応基板(W)を保持して前記第1基板ステージ(WS1)と同一平面内を前記第1基板ステージとは独立に移動可能な第2基板ステージ(WS2)と;前記投影光学系(PL)とは別に設けられ、前記基板ステージ上又は該ステージに保持された感応基板上のマークを検出するためのアライメント系(WA)と;前記第1基板ステージ及び第2基板ステージの2次元位置をそれぞれ計測するための干渉計システム(26)と;前記2つの基板ステージが有する前記基板保持部材のそれぞれを、ステージ上に保持された感応基板(W)に対して前記投影光学系(PL)を介して露光が行われる露光時のステージ移動範囲内の所定の第1位置と、前記アライメント系(WA)によりステージ上又は該ステージに保持された感応基板上のマーク検出が行われるアライメント時のステージ移動範囲内の所定の第2位置と、基板ステージと外部の基板搬送機構との間で感応基板の受け渡しが行われる第3位置の3地点間で移動させる移動手段(20、22)と;第1基板ステージ(WS1)及び第2基板ステージ(WS2)の内の一方のステージの位置が前記干渉計システム(26)により管理され、該一方のステージに保持された感応基板(W)に前記投影光学系(PL)を介してパターンが露光される間に、前記第1基板ステージ及び第2基板ステージの内の他方のステージ上で感応基板(W)の交換及び前記感応基板(W)上のアライメントマークと前記他方のステージ上の基準点との位置関係を前記アライメント系(WA)の検出結果と前記干渉計システム(26)の計測値とに基づいて計測するアライメント動作が順次行われるように前記2つの基板ステージ(WS1,WS2)及び前記移動手段(20、22)を制御するとともに、前記2つのステージの動作がともに終了した後に、前記2つのステージ上で行われる動作が入れ替わるように、前記2つのステージと前記移動手段とを制御する制御手段(28)とを有する第2の露光装置である。 From a second viewpoint, the present invention is an exposure apparatus that exposes a pattern on a sensitive substrate (W) via a projection optical system (PL), and is detachable from the stage main body (WS1a) and the main body. And a substrate holding member (WS1b) provided with a reflection surface for interferometers on its side surface. The sensitive substrate (W) is held on the substrate holding member and can move in a two-dimensional plane. A first substrate stage (WS1); a stage main body (WS2a) ; and a substrate holding member (WS2b) which is detachably mounted on the main body and is provided with a reflection surface for interferometers on its side surface, A second substrate stage (WS2) that holds a sensitive substrate (W) on a substrate holding member and is movable independently of the first substrate stage in the same plane as the first substrate stage (WS1); Provided separately from the optical system (PL) An alignment system (WA) for detecting a mark on the substrate stage or a sensitive substrate held on the stage; and an interferometer system for measuring the two-dimensional positions of the first substrate stage and the second substrate stage, respectively. (26) and at the time of exposure in which each of the substrate holding members of the two substrate stages is exposed to the sensitive substrate (W) held on the stage via the projection optical system (PL). And a predetermined second position within the stage movement range during alignment in which mark detection is performed on the stage or the sensitive substrate held on the stage by the alignment system (WA). Moving means (20, 3) for moving the position and the third position where the sensitive substrate is transferred between the substrate stage and the external substrate transport mechanism. 2); the position of one of the first substrate stage (WS1) and the second substrate stage (WS2) is managed by the interferometer system (26), and a sensitive substrate (held on the one stage) W) while the pattern is exposed through the projection optical system (PL), exchange of the sensitive substrate (W) on the other of the first substrate stage and the second substrate stage and the sensitive substrate An alignment operation for measuring the positional relationship between the alignment mark on (W) and the reference point on the other stage based on the detection result of the alignment system (WA) and the measurement value of the interferometer system (26). After controlling the two substrate stages (WS1, WS2) and the moving means (20, 22) so that they are sequentially performed, and after the operations of the two stages are completed. And a control means (28) for controlling the two stages and the moving means so that the operations performed on the two stages are interchanged.
これによれば、制御手段により、一方の基板ステージの位置が干渉計システムにより管理され、該一方の基板ステージに保持された感応基板に投影光学系を介してパターンが露光される間に、他方の基板ステージ上で感応基板(W)の交換及びその交換後の感応基板(W)上のアライメントマークと他方のステージ上の基準点との位置関係をアライメント系(WA)の検出結果と干渉計システム(26)の計測値とに基づいて計測するアライメント動作が順次行われるように2つの基板ステージ(WS1,WS2)及び移動手段(20、22)が制御される。このため、一方の基板ステージ側の露光動作と他方のステージ側の感応基板の交換及びアライメント動作との並行処理により、スループットのより一層の向上が可能である。この場合、第1位置、第2位置とは異なる第3位置で感応基板の交換が行われるので、この交換をアライメント系、投影光学系とは別の位置で行なうことができ、アライメント系、投影光学系が感応基板の交換の妨げになるという不都合もない。 According to this, while the position of one substrate stage is managed by the interferometer system by the control means and the pattern is exposed to the sensitive substrate held on the one substrate stage via the projection optical system, the other The detection result of the alignment system (WA) and the interferometer indicate the positional relationship between the alignment mark on the sensitive substrate (W) and the reference point on the other stage after the replacement of the sensitive substrate (W) on the substrate stage. The two substrate stages (WS1, WS2) and the moving means (20, 22) are controlled so that the alignment operation that is measured based on the measured values of the system (26) is sequentially performed. For this reason, the throughput can be further improved by parallel processing of the exposure operation on one substrate stage side and the exchange and alignment operation of the sensitive substrate on the other stage side. In this case, since the sensitive substrate is replaced at a third position different from the first position and the second position, this replacement can be performed at a position different from the alignment system and the projection optical system. There is no inconvenience that the optical system hinders replacement of the sensitive substrate.
また、制御手段では、2つのステージの動作がともに終了した後に、2つのステージ上で行われる動作が入れ替わるように、2つのステージと移動手段とを制御することから、上記の2つのステージの動作終了後に、これに続いて、他方のステージに保持された感応基板が露光される間に、一方のステージ上でアライメント系(WA)によるマーク検出動作を並行して行なうことが可能になる。 Further, since the control means controls the two stages and the moving means so that the operations performed on the two stages are switched after the operations of the two stages are completed, the operations of the two stages described above are performed. After the completion, the mark detection operation by the alignment system (WA) can be performed in parallel on one stage while the sensitive substrate held on the other stage is exposed.
この場合において、投影光学系として例えば電子鏡筒を用い、感応基板上に電子ビームによりパターンを直接描画しても良いが、パターンが形成されたマスク(R)を保持するマスクステージ(RST)を更に設け、前記マスク(R)に形成されたパターンの像が投影光学系(PL)を介して前記第1基板ステージ(WS1)及び第2基板ステージ(WS2)上の感応基板(W)に投影露光されるようにしても良い。 In this case, for example, an electron column may be used as the projection optical system, and a pattern may be directly drawn on the sensitive substrate by an electron beam. However, a mask stage (RST) that holds the mask (R) on which the pattern is formed is provided. Further, an image of the pattern formed on the mask (R) is projected onto the sensitive substrate (W) on the first substrate stage (WS1) and the second substrate stage (WS2) via the projection optical system (PL). You may make it expose.
また、この場合、前記干渉計システム(26)は、前記投影光学系(PL)の投影中心で相互に垂直に交差する第1測長軸(Xe)及び第2測長軸(Ye)と、前記アライメント系(WA)の検出中心で相互に垂直に交差する第3測長軸(Xa)及び第4測長軸(Ya)とを備え、前記制御手段(28)は、前記2つの基板保持部材のそれぞれについて、前記第1位置への移動の際に前記干渉計システム(26)の第1及び第2測長軸(Xe及びYe)をリセットし、前記第2位置への移動の際に前記干渉計システム(26)の第3及び第4測長軸(Xa及びYa)をリセットすることとしても良い。 In this case, the interferometer system (26) includes a first measurement axis (Xe) and a second measurement axis (Ye) that intersect perpendicularly with each other at the projection center of the projection optical system (PL), A third measuring axis (Xa) and a fourth measuring axis (Ya) perpendicularly intersecting each other at the detection center of the alignment system (WA) are provided, and the control means (28) holds the two substrates. For each of the members, the first and second measuring axes (Xe and Ye) of the interferometer system (26) are reset when moving to the first position, and when moving to the second position. The third and fourth measurement axes (Xa and Ya) of the interferometer system (26) may be reset.
かかる場合には、干渉計システム(26)が、投影光学系(PL)の投影中心で相互に垂直に交差する第1測長軸(Xe)及び第2測長軸(Ye)と、アライメント系(WA)の検出中心で相互に垂直に交差する第3測長軸(Xa)及び第4測長軸(Ya)とを備えていることから、投影光学系を介しての感応基板上へのパターンの露光時及びアライメント系による位置検出マークの検出時のいずれのときにおいても、アッベの誤差なく基板ステージ(WS1,WS2)の位置を正確に管理することができる。また、制御手段(28)が、2つの基板保持部材のそれぞれについて、第1位置への移動の際に干渉計システム(26)の第1及び第2測長軸(Xe及びYe)をリセットし、第2位置への移動の際に干渉計システム(26)の第3及び第4測長軸(Xa及びYa)をリセットすることから、いずれの基板ステージについても露光開始前、アライメント計測開始前にそれぞれの動作で必要とされる測長軸をリセットすることができ、それまでそれぞれの基板保持部材(基板ステージ)の位置を管理していた干渉計システムの測長軸が一旦切れても、リセット後は、そのリセットされた測長軸の計測値を用いて露光時、アライメント時の両ステージの位置を管理することが可能になる。 In such a case, the interferometer system (26) includes a first measurement axis (Xe) and a second measurement axis (Ye) perpendicular to each other at the projection center of the projection optical system (PL), and an alignment system. Since the third length measurement axis (Xa) and the fourth length measurement axis (Ya) intersecting each other perpendicularly at the detection center of (WA) are provided, it is provided on the sensitive substrate via the projection optical system. The position of the substrate stage (WS 1, WS 2) can be accurately managed without any Abbe error both at the time of pattern exposure and when the position detection mark is detected by the alignment system. In addition, the control means (28) resets the first and second measurement axes (Xe and Ye) of the interferometer system (26) when moving to the first position for each of the two substrate holding members. Since the third and fourth measurement axes (Xa and Ya) of the interferometer system (26) are reset during the movement to the second position, exposure is started and alignment measurement is started for any substrate stage. The measurement axis required for each operation can be reset, and even if the measurement axis of the interferometer system that previously managed the position of each substrate holding member ( substrate stage ) is broken, After the reset, it becomes possible to manage the positions of both stages at the time of exposure and alignment using the measurement value of the reset measuring axis.
この場合において、前記マスク(R)のパターン像の投影中心と前記基板ステージ上の基準点との相対位置関係を前記マスク(R)と前記投影光学系(PL)を介して検出するマーク位置検出手段(52A,52B)を更に有することが望ましい。かかる場合には、投影光学系(PL)の投影領域内で基板ステージ(18)上の所定の基準点とマスクパターン像の投影中心との位置関係が検出可能となる位置に基板ステージ(WS1、WS2)を位置決めした際に、マーク位置検出手段(52A、52B)によりマスク(R)のパターン像の投影中心と基板ステージ上の基準点との位置関係をマスク(R)と投影光学系(PL)とを介して検出することができる。かかる場合には、投影光学系(PL)の投影領域内で基板ステージ(18)上の所定の基準点とマスクパターン像の投影中心との位置関係が検出可能となる位置を第1位置として定め、この位置で第1、第2測長軸のリセットをも行なうようにすることが望ましい。 In this case, mark position detection for detecting the relative positional relationship between the projection center of the pattern image of the mask (R) and the reference point on the substrate stage via the mask (R) and the projection optical system (PL). It is desirable to further have means (52A, 52B). In such a case, the substrate stage (WS 1, WS 1, WS 2) is positioned at a position where the positional relationship between the predetermined reference point on the substrate stage (18) and the projection center of the mask pattern image can be detected within the projection area of the projection optical system (PL). When positioning WS2), the positional relationship between the projection center of the pattern image of the mask (R) and the reference point on the substrate stage is determined by the mark position detection means (52A, 52B) and the projection optical system (PL). ) And can be detected. In such a case, a position where the positional relationship between the predetermined reference point on the substrate stage (18) and the projection center of the mask pattern image can be detected within the projection area of the projection optical system (PL) is determined as the first position. It is desirable that the first and second measuring axes are also reset at this position.
本発明の第2の露光装置において、前記各基板保持部材(WS1b,WS2b)の上面には前記基準点として基準マーク(WM、RM)が形成されていることとすることができる。 In the second exposure apparatus of the present invention, the upper surface of the front Symbol the substrate holding member (WS1b, WS2b) may be to the reference mark (WM, RM) is formed as the reference point.
また、これらの場合において移動手段としては、第1位置、第2位置及び第3位置の3地点間(又は第1位置と第2位置との間)で、基板保持部材を移動させるものであればどのようなものを用いても良く、例えば、移動手段がロボットアーム(20、22)によって構成されていても良い。 As the moving means in these cases, the first position, between the three points of the second position and the third position (or between the first position and the second position), used to move the base plate holding member Any device may be used as long as it is present. For example, the moving means may be constituted by robot arms (20, 22).
また、本発明の第1、第2の露光装置において、干渉計システムの測長の基準となる固定鏡は、どこに配置しても良いが、前記投影光学系(PL)、前記アライメント系(WA)に、それぞれ干渉計による測長の基準となる固定鏡(14X,14Y、18X,18Y)を取り付けても良い。この場合には、固定鏡が他の場所にある場合に比べて、経時的な固定鏡の位置変動や装置の振動に起因する固定鏡の位置変動の影響により測長結果に誤差が生じにくい。 In the first and second exposure apparatuses of the present invention, the fixed mirror which is a reference for length measurement of the interferometer system may be arranged anywhere, but the projection optical system (PL), the alignment system (WA) ) May be attached with fixed mirrors (14X, 14Y, 18X, 18Y), which serve as a reference for length measurement by the interferometer. In this case, an error in the length measurement result is less likely to occur due to the influence of the position change of the fixed mirror over time and the position change of the fixed mirror due to the vibration of the apparatus, compared to the case where the fixed mirror is located elsewhere.
上記では、第1基板ステージと第2基板ステージの2つのみが設けられていたが、前記第1基板ステージ(WS1)及び第2基板ステージ(WS2)の他に、感応基板を保持して前記2つの基板ステージと同一平面内をこれらのステージとは独立に移動可能な少なくとも1つの別の基板ステージを更に設けても良い。 In the above description, only the first substrate stage and the second substrate stage are provided. However, in addition to the first substrate stage (WS1) and the second substrate stage (WS2), the sensitive substrate is held to At least one other substrate stage that can move independently of these two stages in the same plane as the two substrate stages may be further provided.
また、本発明は、第3観点からすると、感応基板(W)を露光する露光装置であって、干渉計用の反射面を有する第1基板保持部材(WS1b)と;干渉計用の反射面を有する第2基板保持部材(WS2b)と;基板保持部材を脱着可能であり、一方の基板保持部材を保持した状態で二次元方向に移動可能な第1ステージ部(WS2a)と;基板保持部材を脱着可能であり、他方の基板保持部材を保持した状態で、第1ステージ部(WS2a)とは独立に、二次元方向に移動可能な第2ステージ部(WS1a)と;第1ステージ部(WS2a)に装着された基板保持部材の反射面を使って、第1ステージ部(WS2a)に装着された一方の基板保持部材の位置を計測する第1干渉計システム(26Xe,26Ye))と;第2ステージ部(WS1a)に装着された他方の基板保持部材の反射面を使って、第2ステージ部(WS1a)に装着された基板保持部材の位置を計測する第2干渉計システム(26Xa,26Ya)と;を備え、第1ステージ部(WS2a)に一方の基板保持部材(例えばWS2b)を装着した状態で、一方の基板保持部材(WS2b)に保持された感応基板の露光と並行して、第2ステージ部(WS1a)に他方の基板保持部材(WS1b)を装着した状態で、他方の基板保持部材(WS1b)に保持された感応基板のアライメント計測動作が実行され、第1ステージ部(WS2a)に一方の基板保持部材(WS2b)を装着した状態での露光、及び第2ステージ部(WS1a)に他方の基板保持部材(WS1b)を装着した状態でのアライメント計測動作が終了した後に、第2ステージ部(WS1a)に装着されていた他方の基板保持部材(WS1b)を第1ステージ部(WS2a)に装着して、他方の基板保持部材(WS1b)に保持された感応基板の露光が行われる第3の露光装置である。 Further, from a third viewpoint, the present invention is an exposure apparatus that exposes a sensitive substrate (W), and includes a first substrate holding member (WS1b) having a reflective surface for an interferometer; and a reflective surface for an interferometer A second substrate holding member (WS2b) having: a first stage portion (WS2a) in which the substrate holding member can be detached and moved in a two-dimensional direction while holding one substrate holding member; And a second stage part (WS1a) movable in a two-dimensional direction independently of the first stage part (WS2a) while holding the other substrate holding member; A first interferometer system (26Xe, 26Ye)) that measures the position of one substrate holding member mounted on the first stage portion (WS2a) using the reflective surface of the substrate holding member mounted on WS2a); Second stage part (W A second interferometer system (26Xa, 26Ya) that measures the position of the substrate holding member attached to the second stage unit (WS1a) using the reflective surface of the other substrate holding member attached to 1a); The second stage unit in parallel with the exposure of the sensitive substrate held on one substrate holding member (WS2b) in a state where one substrate holding member (for example, WS2b) is mounted on the first stage unit (WS2a). With the other substrate holding member (WS1b) mounted on (WS1a), the alignment measurement operation of the sensitive substrate held on the other substrate holding member (WS1b) is executed, and one of the first stage portion (WS2a) is placed on the first stage portion (WS2a). Exposure with the substrate holding member (WS2b) mounted, and alignment measurement operation with the other substrate holding member (WS1b) mounted on the second stage portion (WS1a) After completion, the other substrate holding member (WS1b) mounted on the second stage portion (WS1a) is mounted on the first stage portion (WS2a) and the sensitivity held on the other substrate holding member (WS1b). It is the 3rd exposure apparatus with which exposure of a board | substrate is performed.
これによれば、一方のステージ部の露光動作と他方のステージ部のアライメント計測動作とを並行処理することによって、スループットを向上させることができる。 According to this, throughput can be improved by performing parallel processing of the exposure operation of one stage part and the alignment measurement operation of the other stage part.
《第1の実施形態》
以下、本発明の第1の実施形態を図1ないし図4に基づいて説明する。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1には、第1の実施形態に係る露光装置100の構成が示されている。この露光装置100は、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置(いわゆるステッパー)である。
FIG. 1 shows a configuration of an
この投影露光装置100は、照明系IOPと、マスクとしてのレチクルRを保持するレチクルステージRST、レチクルRに形成されたパターンの像を感応基板としてのウエハW上に投影する投影光学系PL、ウエハWを保持してベース12上をXY2次方向に移動可能な第1基板ステージとしてのウエハステージWS1及びウエハWを保持してベース12上をウエハステージWS1とは独立にXY2次元方向に移動可能な第2基板ステージとしてのウエハステージWS2、2つのウエハステージWS1,WS2のそれぞれの位置を計測する干渉計システム26と、CPU,ROM,RAM,I/Oインターフェース等を含んで構成されるミニコンピュータ(又はマイクロコンピュータ)から成り装置全体を統括制御する制御手段としての主制御装置28等を備えている。
The
前記照明系IOPは、光源(水銀ランプ又はエキシマレーザ等)と、フライアイレンズ、リレーレンズ、コンデンサレンズ等から成る照明光学系とから構成されている。この照明系IOPは、光源からの露光用の照明光ILによってレチクルRの下面(パターン形成面)のパターンを均一な照度分布で照明する。ここで、露光用照明光ILとしては、水銀ランプのi線等の輝線、又はKrF、ArF等のエキシマレーザ光等が用いられる。 The illumination system IOP includes a light source (such as a mercury lamp or excimer laser) and an illumination optical system including a fly-eye lens, a relay lens, a condenser lens, and the like. The illumination system IOP illuminates the pattern on the lower surface (pattern formation surface) of the reticle R with a uniform illuminance distribution by illumination light IL for exposure from a light source. Here, as the illumination light IL for exposure, a bright line such as i-line of a mercury lamp, or excimer laser light such as KrF or ArF is used.
レチクルステージRST上には不図示の固定手段を介してレチクルRが固定されており、このレチクルステージRSTは、不図示の駆動系によってX軸方向(図1における紙面直交方向)、Y軸方向(図1における紙面左右方向)及びθ方向(XY面内の回転方向)に微小駆動可能とされている。これにより、このレチクルステージRSTは、レチクルRのパターンの中心(レチクルセンタ)が投影光学系PLの光軸Aeとほぼ一致する状態でレチクルRを位置決め(レチクルアライメント)できるようになっている。図1では、このレチクルアライメントが行われた状態が示されている。 A reticle R is fixed on the reticle stage RST via a fixing means (not shown). This reticle stage RST is driven by a driving system (not shown) in the X-axis direction (perpendicular to the paper surface in FIG. 1) and Y-axis direction ( It can be finely driven in the left and right direction in FIG. 1 and in the θ direction (rotation direction in the XY plane). Thus, the reticle stage RST can position the reticle R (reticle alignment) in a state where the center of the pattern of the reticle R (reticle center) substantially coincides with the optical axis Ae of the projection optical system PL. FIG. 1 shows a state in which this reticle alignment is performed.
投影光学系PLは、その光軸AeがレチクルステージRSTの移動面に直交するZ軸方向とされ、ここでは両側テレセントリックで、所定の縮小倍率β(βは例えば1/5)を有するものが使用されている。このため、レチクルRのパターンとウエハW上のショット領域との位置合わせ(アライメント)が行われた状態で、照明光ILによりレチクルRが均一な照度で照明されると、パターン形成面のパターンが投影光学系PLにより縮小倍率βで縮小されて、フォトレジストが塗布されたウエハW上に投影され、ウエハW上の各ショット領域にパターンの縮小像が形成される。 The projection optical system PL has an optical axis Ae that is in the Z-axis direction orthogonal to the moving surface of the reticle stage RST. Here, the projection optical system PL is bilaterally telecentric and has a predetermined reduction magnification β (β is, for example, 1/5). Has been. For this reason, when the reticle R is illuminated with uniform illuminance by the illumination light IL in a state where the pattern of the reticle R and the shot area on the wafer W are aligned, the pattern on the pattern forming surface is changed. The image is reduced by the projection optical system PL at the reduction magnification β and projected onto the wafer W coated with the photoresist, and a reduced image of the pattern is formed in each shot area on the wafer W.
また、本実施形態では、投影光学系PLのX軸方向一側(図1における左側)の側面には、ウエハステージWS1,WS2の露光時のX軸方向位置管理の基準となるX固定鏡14Xが固定され、同様に投影光学系PLのY軸方向一側(図1における紙面奥側)の側面には、ウエハステージWS1,WS2の露光時のY軸方向位置管理の基準となるY固定鏡14Yが固定されている(図3参照)。
In the present embodiment, the X fixed
前記ウエハステージWS1、WS2の底面には、不図示の気体静圧軸受がそれぞれ設けられており、これらの気体静圧軸受によってウエハステージWS1、WS2はベース12上面との間に数ミクロン(μm)程度のクリアランスを介してそれぞれベース12上方に浮上支持されている。これらのウエハステージWS1、WS2のX軸方向一側(図1における左側)の面及びY軸方向一側(図1における紙面奥側)の面には、それぞれ鏡面加工が施され、干渉計システム26からの測長ビームを反射するための移動鏡として機能する反射面がそれぞれ形成されている。 Gas-static pressure bearings (not shown) are provided on the bottom surfaces of the wafer stages WS1 and WS2, respectively, and the wafer stages WS1 and WS2 are several microns (μm) between the upper surface of the base 12 and these gas-static pressure bearings. Each is supported to float above the base 12 with a certain degree of clearance. The wafer stage WS1, WS2 has a mirror-finished surface on one side in the X-axis direction (left side in FIG. 1) and one side in the Y-axis direction (back side in FIG. 1). Reflective surfaces that function as moving mirrors for reflecting the length measurement beam from 26 are formed.
また、ウエハステージWS1、WS2の底面には、マグネットがそれぞれ固定されており、ベース内の所定範囲(具体的には、投影光学系PL下方近傍の所定領域及びアライメント顕微鏡WA下方近傍の所定領域)に埋め込まれた不図示の駆動コイルによって発生する電磁力によりウエハステージWS1、WS2はベース12上をXY2次元方向に移動する。すなわち、ウエハステージWS1、WS2底面のマグネットとベース12内に埋め込まれた駆動コイルとによってウエハステージWS1、WS2の駆動手段としてのいわゆるムービングマグネット型のリニアモータが構成されている。このリニアモータの駆動コイルの駆動電流が、主制御装置28によって制御される。
Further, magnets are respectively fixed to the bottom surfaces of the wafer stages WS1 and WS2, and a predetermined range in the base (specifically, a predetermined region near the projection optical system PL and a predetermined region near the alignment microscope WA). The wafer stages WS1 and WS2 move in the XY two-dimensional direction on the base 12 by electromagnetic force generated by a drive coil (not shown) embedded in the wafer. That is, a so-called moving magnet type linear motor as drive means for the wafer stages WS1 and WS2 is configured by the magnets on the bottom surfaces of the wafer stages WS1 and WS2 and the drive coil embedded in the base 12. The drive current of the drive coil of this linear motor is controlled by the
ウエハステージWS1,WS2上には不図示のウエハホルダを介して真空吸着等によってウエハWがそれぞれ保持されている。また、これらのウエハステージWS1,WS2上には、その表面がウエハWの表面と同じ高さになるような基準マーク板FM1、FM2がそれぞれ固定されている。一方の基準マーク板FM1の表面には、図2の平面図に示されるように、その長手方向中央部に後述するウエハアライメント顕微鏡WAで計測するためのマークWMが形成され、このマークWMの長手方向両側に投影光学系PLを通してレチクルRとの相対的な位置計測に用いる一対のマークRMが形成されている。他方の基準マーク板FM2上にもこれとも全く同様のマークWM、RMが形成されている。 Wafers W are held on wafer stages WS1 and WS2 by vacuum suction or the like via a wafer holder (not shown). Further, fiducial mark plates FM1 and FM2 are fixed on the wafer stages WS1 and WS2, respectively, so that the surfaces thereof are the same height as the surface of the wafer W. On the surface of one fiducial mark plate FM1, as shown in the plan view of FIG. 2, a mark WM for measurement with a wafer alignment microscope WA described later is formed at the center in the longitudinal direction. A pair of marks RM used for relative position measurement with the reticle R is formed on both sides in the direction through the projection optical system PL. The same marks WM and RM are also formed on the other reference mark plate FM2.
更に、本実施形態では、投影光学系PLからXY軸に対しほぼ45度の方向に所定距離、例えば3000mm離れた位置にウエハWに形成された位置検出用マーク(アライメントマーク)を検出するアライメント系としてのオフ・アクシス方式のアライメント顕微鏡WAが設けられている。ウエハWには、前層までの露光、プロセス処理により段差ができており、その中には、ウエハ上の各ショット領域の位置を測定するための位置検出用マーク(アライメントマーク)も含まれており、このアライメントマークをアライメント顕微鏡WAにより計測するのである。 Further, in the present embodiment, an alignment system that detects a position detection mark (alignment mark) formed on the wafer W at a predetermined distance, for example, 3000 mm away from the projection optical system PL in a direction approximately 45 degrees with respect to the XY axis. An off-axis alignment microscope WA is provided. The wafer W has a level difference due to exposure and process processing up to the previous layer, and includes a position detection mark (alignment mark) for measuring the position of each shot area on the wafer. The alignment mark is measured by the alignment microscope WA.
アライメント顕微鏡WAとしては、ここでは、画像処理方式のいわゆるFIA(field Image Alignment )系のアライメント顕微鏡が用いられている。これによれば、ハロゲンランプ等のブロードバンドな照明光を発する不図示の光源から発せられた照明光が不図示の対物レンズを通過した後ウエハW(又は基準マーク板FM)上に照射され、そのウエハW表面の不図示のウエハマーク領域からの反射光が対物レンズ、不図示の指標板を順次透過して不図示のCCD等の撮像面上にウエハマークの像、及び指標板上の指標の像が結像される。これらの像の光電変換信号が信号処理ユニット16内の不図示の信号処理回路により処理され、不図示の演算回路によってウエハマークと指標との相対位置が算出され、この相対位置が主制御装置28に伝えられる。主制御装置28では、この相対位置と干渉計システム26の計測値とに基づいてウエハW上のアライメントマークの位置を算出する。
As the alignment microscope WA, here, a so-called FIA (field image alignment) type alignment microscope of an image processing system is used. According to this, illumination light emitted from a light source (not shown) that emits broadband illumination light such as a halogen lamp passes through an objective lens (not shown) and then is irradiated onto the wafer W (or the reference mark plate FM). Reflected light from a wafer mark area (not shown) on the surface of the wafer W is sequentially transmitted through an objective lens and an index plate (not shown), and an image of the wafer mark and an index on the index plate are displayed on an imaging surface such as a CCD (not shown). An image is formed. The photoelectric conversion signals of these images are processed by a signal processing circuit (not shown) in the
また、アライメント顕微鏡WAのX軸方向一側(図1における左側)の側面には、ウエハステージWS1,WS2のアライメント動作時のX軸方向位置管理の基準となるX固定鏡18Xが固定され、同様にアライメント顕微鏡WAのY軸方向一側(図1における紙面奥側)の側面には、ウエハステージWS1,WS2の露光動作時のY軸方向位置管理の基準となるY固定鏡18Yが固定されている。
Further, an
なお、アライメント顕微鏡としてはFIA系に限らず、LIA(Laser Interferometric Alignment) 系やLSA(Laser Step Alignment)系等の他の光アライメント系は勿論、位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡等の他の光学装置や、トンネル効果を利用して試料表面の原子レベルの凹凸を検出するSTM(Scanning Tunnel Microscope:走査型トンネル顕微鏡)や原子間力(引力や斥力)を利用して試料表面の原子分子レベルの凹凸を検出するAFM(Atomic Force Microscope :原子間力顕微鏡)等の非光学装置等を使用することも可能である。 The alignment microscope is not limited to the FIA system, but other optical devices such as a phase contrast microscope and a differential interference microscope as well as other optical alignment systems such as a LIA (Laser Interferometric Alignment) system and an LSA (Laser Step Alignment) system. Also, atomic level irregularities on the sample surface using STM (Scanning Tunnel Microscope) that detects the atomic level irregularities on the sample surface using the tunnel effect and atomic force (attraction and repulsive force) It is also possible to use a non-optical device such as an AFM (Atomic Force Microscope) that detects the above.
更に、本実施形態の投影露光装置100では、レチクルRの上方に、投影光学系PLを介した基準マーク板FM上の基準マークRMの像とレチクルR上のレチクルアライメントマーク(図示省略)とを同時に観察するためのマーク位置検出手段としてのレチクルアライメント顕微鏡52A、52Bが設けられている。レチクルアライメント顕微鏡52A、52Bの検出信号S1、S2は、主制御装置28に供給されるようになっている。この場合、レチクルRからの検出光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡52A、52Bに導くための偏向ミラー54A、54Bが当該各レチクルアライメント顕微鏡52A、52Bと一体的にユニット化されて、一対の顕微鏡ユニット56A、56Bが構成されている。これらの顕微鏡ユニット56A、56Bは、露光シーケンスが開始されると、主制御装置28からの指令により、不図示のミラー駆動装置によって、レチクルパターン面にかからない位置まで退避されるようになっている。
Furthermore, in the
次に、ウエハステージWS1、WS2の位置を管理する図1の干渉計システム26について詳述する。
Next, the
この干渉計システム26は、実際には、図3に示されるように、X軸方向位置計測用の第1のレーザ干渉計26Xeと、Y軸方向位置計測用の第2のレーザ干渉計26Yeと、X軸方向位置計測用の第3のレーザ干渉計26Xaと、Y軸方向位置計測用の第4のレーザ干渉計26Yaとを含んで構成されているが、図1ではこれらが代表的に干渉計システム26として図示されている。
As shown in FIG. 3, the
第1のレーザ干渉計26Xeは、X固定鏡14Xに対して投影光学系PLの投影中心を通るX軸方向のレファレンスビームXe1を投射するとともに、ウエハステージ(WS1又はWS2)の反射面に対して測長ビームXe2を投射し、これら2本のビームの反射光が一つに重ねられて干渉させられたその干渉状態に基づいて固定鏡14Xに対するウエハステージ反射面の変位を計測する。
The first laser interferometer 26Xe projects a reference beam X e1 in the X-axis direction passing through the projection center of the projection optical system PL onto the X fixed
また、第2のレーザ干渉計26Yeは、Y固定鏡14Yに対して投影光学系PLの投影中心を通るY軸方向のレファレンスビームYe1を投射するとともに、ウエハステージ(WS1又はWS2)の反射面に対して測長ビームYe2を投射し、これら2本のビームの反射光が一つに重ねられて干渉させられたその干渉状態に基づいて固定鏡14Yに対するウエハステージ反射面の変位を計測する。
The second laser interferometer 26Ye projects a reference beam Y e1 in the Y-axis direction passing through the projection center of the projection optical system PL to the Y fixed
また、第3のレーザ干渉計26Xaは、X固定鏡18Xに対してアライメント顕微鏡WAの検出中心を通るX軸方向のレファレンスビームXa1を投射するとともに、ウエハステージ(WS1又はWS2)の反射面に対して測長ビームXa2を投射し、これら2本のビームの反射光が一つに重ねられて干渉させられたその干渉状態に基づいて固定鏡18Xに対するウエハステージ反射面の変位を計測する。
The third laser interferometer 26Xa is configured to project the X-axis direction of the reference beam X a1 through the detection center of the alignment microscope WA to the X fixed
また、第4のレーザ干渉計26Yaは、Y固定鏡18Yに対してアライメント顕微鏡WAの検出中心を通るY軸方向のレファレンスビームYa1を投射するとともに、ウエハステージ(WS1又はWS2)の反射面に対して測長ビームYa2を投射し、これら2本のビームの反射光が一つに重ねられて干渉させられたその干渉状態に基づいて固定鏡18Yに対するウエハステージ反射面の変位を計測する。
The fourth laser interferometer 26Ya projects a reference beam Y a1 in the Y-axis direction passing through the detection center of the alignment microscope WA to the Y fixed
ここで、レファレンスビームXe1及び測長ビームXe2から成る第1のレーザ干渉計26Xeの測長軸を第1測長軸Xe、レファレンスビームYe1及び測長ビームYe2から成る第2のレーザ干渉計26Yeの測長軸を第2測長軸Ye、レファレンスビームXa1及び測長ビームXa2から成る第3のレーザ干渉計26Xaの測長軸を第3測長軸Xa、レファレンスビームYa1及び測長ビームYa2から成る第4のレーザ干渉計26Yaの測長軸を第4測長軸Yaと呼ぶものとすると、第1測長軸Xeと第2測長軸Yeとは、投影光学系PLの投影中心(光軸Ae中心と一致)で垂直に交差しており、第3測長軸Xaと第4測長軸Yaとは、アライメント顕微鏡WAの検出中心で垂直に交差している。これにより、後述するように、ウエハW上の位置検出用マーク(アライメントマーク)の計測時にも、ウエハW上へのパターンの露光時にもウエハステージのヨーイング等によるアッベ誤差の影響を受けることなく、それぞれの計測軸方向でウエハステージの位置を正確に計測できるようになっている。なお、測定精度を向上させるべく、上記第1ないし第4のレーザ干渉計として、2周波数のヘテロダイン干渉計を用いることがより一層望ましい。 Here, the measurement axis of the first laser interferometer 26Xe composed of the reference beam X e1 and the measurement beam X e2 is the second laser interference composed of the first measurement axis Xe, the reference beam Y e1 and the measurement beam Ye2. total 26Ye the measurement axis of the second measurement axis Ye, reference beam X a1 and the measuring beam X the third length-measuring axis of the laser interferometer 26Xa that consists of a2 third measurement axis Xa, the reference beam Y a1 and assuming that the long axis measurement of the fourth laser interferometer 26Ya that consists of measurement beam Y a2 is called a fourth measurement axis Ya, the first measurement axis Xe and the second measurement axis Ye, the projection optical system The third measurement axis Xa and the fourth measurement axis Ya intersect perpendicularly at the detection center of the alignment microscope WA at the PL projection center (coincidence with the optical axis Ae center). As a result, as described later, the position detection mark (alignment mark) on the wafer W is not affected by the Abbe error due to the yawing of the wafer stage or the like when the pattern is exposed on the wafer W. The position of the wafer stage can be accurately measured in each measurement axis direction. In order to improve the measurement accuracy, it is more desirable to use a two-frequency heterodyne interferometer as the first to fourth laser interferometers.
図1に戻り、干渉計システム26の計測値は主制御装置28に供給され、主制御装置28ではこの干渉計システム26の計測値をモニタしつつ、前述したリニアモータを介してウエハステージWS1,WS2を位置制御する。
Returning to FIG. 1, the measurement value of the
図3からも明らかなように、本第1の実施形態の場合、ウエハステージWS1又はWS2上のウエハWに対して投影光学系PLを介したレチクルパターンの露光が行なわれる間は、第1、第2のレーザ干渉計26Xe,26Yeによってウエハステージの位置が管理され、アライメント顕微鏡WAによりウエハW上の位置検出用マーク(アライメントマーク)の計測が行なわれる間は、第3、第4のレーザ干渉計26Xa,26Yaによってウエハステージの位置が管理されるようになっている。しかしながら、露光が終了した後、あるいはアライメントマークの計測が終了した後は、各測長軸がそれぞれのウエハステージの反射面に当たらなくなるので、干渉計システム26によるウエハステージの位置管理は困難となる。
As is apparent from FIG. 3, in the case of the first embodiment, while the reticle pattern is exposed to the wafer W on the wafer stage WS1 or WS2 via the projection optical system PL, the first, While the position of the wafer stage is managed by the second laser interferometers 26Xe and 26Ye and the position detection mark (alignment mark) on the wafer W is measured by the alignment microscope WA, the third and fourth laser interferences are performed. The position of the wafer stage is managed by the total 26Xa and 26Ya. However, after the exposure is finished or after the alignment mark measurement is finished, each measuring axis does not come into contact with the reflecting surface of the respective wafer stage, so that the position management of the wafer stage by the
このため、本実施形態の投影露光装置100では、ウエハステージWS1を図3中に仮想線で示される第3位置と、図3中に実線で示される第2位置と、図3中でウエハステージWS2が位置する第1位置との3地点間で自在に移動させる移動手段としての第1のロボットアーム20と、同様にウエハステージWS2を上記第1位置と、第2位置と、第3位置との3地点間で自在に移動させる移動手段としての第2のロボットアーム22とが設けられている。これら第1、第2のロボットアーム20、22も主制御装置28によって制御され、これら第1、第2のロボットアーム20、22のウエハステージの位置制御精度は、概ね±1μm程度となっている。これらのロボットアーム20、22としては、公知の構成の有関節ロボットアームが用いられているので、詳細な説明は省略するが、上記の位置制御精度を確実に実現するために、図3中に符号24A、24Bで示されるような上下動ピンをストッパとして併せて設けるようにしても良い。
For this reason, in the
ここで、第3位置、第2位置及び第1位置について簡単に説明すると、第3位置とは、外部の基板搬送機構の一部を構成する搬送アーム50とウエハステージ(WS1、WS2)との間でウエハWの受け渡しが行なわれるウエハ交換位置を意味し、第2位置とは、ウエハWのローディングが終了した後、ウエハステージ上のウエハWに対しアライメントが行なわれる位置であって第3測長軸Xaと第4測長軸Yaとが共にウエハステージの反射面に当たる任意の位置を意味し、第1位置とは、ウエハのアライメントが終了した後、ウエハステージ上のウエハWに対し露光が行なわれる位置であって第1測長軸Xeと第2測長軸Yeとが共にウエハステージの反射面に当たる任意の位置を意味する。
Here, the third position, the second position, and the first position will be briefly described. The third position refers to the relationship between the
本実施形態では、上述したように、図3中に示される位置が、それぞれ第1位置、第2位置、第3位置として定められているものとするが、第2位置は、上記の定義を満足するのであれば、如何なる位置を定めてもよく、例えば、基準マーク板FM上のマークWMがアライメント顕微鏡WAの検出領域内となる位置を第2位置としても良い。同様に、第1位置も、上記の定義を満足するのであれば、如何なる位置を定めてもよく、例えば、基準マーク板FM上のマークRMが投影光学系PLの投影領域内となる位置を第1位置としても良い。 In the present embodiment, as described above, the positions shown in FIG. 3 are defined as the first position, the second position, and the third position, respectively. If satisfied, any position may be determined. For example, the position where the mark WM on the reference mark plate FM is within the detection region of the alignment microscope WA may be set as the second position. Similarly, the first position may be any position as long as the above definition is satisfied. For example, the position where the mark RM on the reference mark plate FM is within the projection area of the projection optical system PL is determined. One position may be used.
次に、上述のようにして構成された本実施形態の投影露光装置100の全体的な動作の流れを説明する。
Next, an overall operation flow of the
1.前提として、ウエハステージWS1が第3位置にあり、ウエハステージWS2が第1位置にあるものとする。 1. As a premise, it is assumed that wafer stage WS1 is in the third position and wafer stage WS2 is in the first position.
まず、ウエハステージWS1と搬送アーム50との間でウエハ交換が行なわれる。このウエハ交換は、ウエハステージWS1上のセンターアップ(ウエハアップ機構)と搬送アーム50とによって従来と同様にして行なわれるので、ここでは詳細な説明するは省略するが、先に述べたようにロボットアームの位置決め精度は概ね±1um以下なので、搬送アーム50の位置決め精度もこれとほぼ同程度であるものとする。このウエハ交換に先だって、ウエハWは不図示のプリアライメント装置によりX,Y,θ方向に概略位置決めがなされており、ウエハステージ上へのロード位置が大きくずれることはなく、例えば基準マーク板FM1に対するウエハWのロード位置も上記の±1um以下の誤差範囲内となっている。
First, the wafer is exchanged between wafer stage WS1 and transfer
このウエハ交換中、ウエハステージWS1はレーザ干渉計で位置が管理されていないが、第1のロボットアーム20がウエハステージWS1を捉えているので、ウエハステージWS1が勝手な所に行くというような不都合は生じない。なお、第1のロボットアーム20により捉えられている間は、ウエハステージWS1を駆動するリニアモータは停止しているものとする(以下において同じ)。
During the wafer exchange, the position of the wafer stage WS1 is not managed by the laser interferometer, but the
ウエハ交換(ウエハステージWS1上へのウエハWのロード)が終了すると、主制御装置28では、第1のロボットアーム20を制御してウエハステージWS1を図3中に実線で示される第2位置へ移動させ、この位置で、第3、第4のレーザ干渉計26Xa,26Yaを同時にリセットする。このリセットが終了すると、第1のロボットアーム20はここでの役目を終えるので、該第1のロボットアーム20は主制御装置28からの指示に応じて不図示の駆動系によりウエハステージWS1を離れて邪魔にならない位置に待避される。
When the wafer exchange (loading of wafer W onto wafer stage WS1) is completed,
上記の第3、第4のレーザ干渉計26Xa,26Yaのリセット終了後、主制御装置28では干渉計26Xa,26Yaの計測値をモニタしつつ、ウエハステージWS1上の基準マーク板FM1上のマークWMがアライメント顕微鏡WAの検出領域内に位置決めされるようにウエハステージWS1を前述したリニアモータを介して位置制御する。ここで、第1のロボットアーム20による第2位置への位置決め精度は、前述の如く、概ね±1um以下が可能であり、この第2位置で干渉計測長軸がリセットされているので、その後は0.01μm程度の分解能で設計値(ウエハステージWS1の反射面と基準マーク板上のマークWMとの設計上の相対位置関係)に基づいて位置制御が可能であり、結果的に、アライメント顕微鏡WAによるマークWM計測にとって十分な精度でウエハステージWS1が位置決めされる。なお、第2位置を、ウエハステージWS1上の基準マーク板FM1上のマークWMがアライメント顕微鏡WAの検出領域内に位置決めされる位置に設定する場合には、上記の干渉計リセット後のウエハステージWS1の移動は不要であるので、スループットの面ではより一層望ましい。
After the resetting of the third and fourth laser interferometers 26Xa and 26Ya, the
次に、アライメント顕微鏡WAによって該アライメント顕微鏡WAの検出中心(指標中心)を基準とする基準マーク板FM1上のマークWMの位置(ΔWX ,ΔWY )が計測され、主制御装置28ではこの計測中の第3、第4のレーザ干渉計26Xa,26Yaの計測値の平均値(X0 ,Y0 )を求める。これによりレーザ干渉計26Xa,26Yaの計測値が(X0 −ΔWX ,Y0 −ΔWY )を示すとき基準マーク板FM1上のマークWMがアライメント顕微鏡WAの検出中心(指標中心)の真下にいることが分かる。上記の第3、第4のレーザ干渉計26Xa,26Yaのリセット後の一連の動作を以下においてはW−SETと呼ぶものとする。
Next, the position (ΔW X , ΔW Y ) of the mark WM on the reference mark plate FM1 with reference to the detection center (index center) of the alignment microscope WA is measured by the alignment microscope WA, and the
このようにして、一方のウエハステージWS1上でウエハ交換、干渉計リセット及びW−SETの一連の動作が行なわれる間に、他方のウエハステージWS2上では、次のような動作が行なわれる。 In this way, while a series of operations of wafer exchange, interferometer reset and W-SET are performed on one wafer stage WS1, the following operations are performed on the other wafer stage WS2.
すなわち、ウエハステージWS2は、前述の如く、第2のロボットアーム22により第1位置へ移動されており、この第1位置への位置決め制御も±1um以下の精度で行なわれている。この第1位置へのウエハステージWS2の移動が完了すると同時に、主制御装置28では第1、第2のレーザ干渉計26Xe,26Yeをリセットする。
That is, the wafer stage WS2 is moved to the first position by the
この第1、第2のレーザ干渉計26Xe,26Yeのリセットが終了すると、第2のロボットアーム22はここでの役目を終えるので、該第2のロボットアームは主制御装置28からの指示に応じて不図示の駆動系によりウエハステージWS2を離れて邪魔にならない位置に待避される。
When the resetting of the first and second laser interferometers 26Xe and 26Ye is finished, the
次に、主制御装置28ではレーザ干渉計26Xe,26Yeの計測値をモニタしつつ、基準マーク板FM2上のマークRMが、投影光学系PLの投影領域内でレチクルRに形成されているレチクルアライメントマーク(図示省略)に投影光学系を介して重なる位置に、位置決めされるように、リニアモータを介してウエハステージWS2の位置を制御する。この場合、第2のロボットアーム22による第1位置への位置決め精度は、前述の如く、概ね±1um以下が可能であり、この第1位置で干渉計測長軸がリセットされているので、その後は0.01μm程度の分解能で設計値(ウエハステージWS2の反射面と基準マーク板FM2上のマークRMとの設計上の相対位置関係)に基づいて位置制御が可能であり、結果的に、レチクルアライメント顕微鏡52A、52Bでレチクルアライメントマークと基準マーク板FM上のマークRMを同時に観測するには必要十分な精度でウエハステージWS2は位置決めされる。
Next, the
次に、レチクルアライメント顕微鏡52A、52BによってレチクルR上のレチクルアライメントマークと基準マーク板FM2上のマークRMの相対間隔(ΔRX,ΔRY)、すなわち投影光学系PLの投影領域内の所定の基準点としてのレチクルRのパターン像の投影中心に対するウエハステージWS2上の基準点である基準マークRM中心との位置ずれ(ΔRX ,ΔRY )が計測され、主制御装置28では、このレチクルアライメント顕微鏡52A、52Bの計測値を取り込むと同時に、その時のレーザ干渉計26Xe,26Yeの計測値(X1 ,Y1 )を読み取る。これにより、レーザ干渉計26Xe,26Yeの計測値が(X1 −ΔRX,Y1 −ΔRY )となる位置が、レチクルアライメントマークと基準マーク板FM2上のマークRMがちょうど投影光学系PLを介して重なる位置であることが分かる。上記の第1、第2のレーザ干渉計26Xe,26Yeのリセット後の一連の動作を以下においてはR−SETと呼ぶものとする。
Next, relative alignment (ΔR X , ΔR Y ) between the reticle alignment mark on the reticle R and the mark RM on the reference mark plate FM2 by the
2.次に、ウエハステージWS1側のウエハアライメントとウエハステージWS2側の露光とが並行して行なわれる。 2. Next, wafer alignment on the wafer stage WS1 side and exposure on the wafer stage WS2 side are performed in parallel.
すなわち、前述した第3、第4のレーザ干渉計26Xa、26Yaのリセット後は、ウエハステージWS1の位置は、レーザ干渉計26Xa、26Yaの計測値に基づいて管理されており、主制御装置28ではウエハW上の複数のショット領域の内、予め定められた特定のサンプルショットの位置検出用マーク(アライメントマーク)位置の計測を、干渉計26Ya、26Xaの計測値をモニタしつつリニアモータを介してウエハステージWS1を順次移動して、アライメント顕微鏡WAの出力に基づいて(Xa,Ya)座標系上で行なう。この場合、基準マーク板FM1上のマークWMがアライメント顕微鏡WAの検出中心の真下に来るときの干渉計の計測値(X0 −ΔX ,Y0 −ΔY )が求まっているため、この値と、基準マークWAと各アライメントマークの相対位置の設計値とに基づいてウエハW上の各アライメントマークをウエハアライメント顕微鏡WAの検出領域内に位置決めするためにはレーザ干渉計26Ya、26Xaの計測値がどの値を示す位置にウエハステージWS1を移動させれば良いかが演算で求められ、この演算結果に基づいてウエハステージWS1が順次移動される。 That is, after the above-described reset of the third and fourth laser interferometers 26Xa and 26Ya, the position of the wafer stage WS1 is managed based on the measurement values of the laser interferometers 26Xa and 26Ya. Measurement of the position detection mark (alignment mark) position of a predetermined specific sample shot among a plurality of shot areas on the wafer W is performed via a linear motor while monitoring the measurement values of the interferometers 26Ya and 26Xa. The wafer stage WS1 is sequentially moved and performed on the (Xa, Ya) coordinate system based on the output of the alignment microscope WA. In this case, since the measurement value (X 0 −Δ X , Y 0 −Δ Y ) of the interferometer when the mark WM on the reference mark plate FM1 comes directly below the detection center of the alignment microscope WA is obtained, this value is obtained. In order to position each alignment mark on the wafer W within the detection region of the wafer alignment microscope WA based on the reference mark WA and the design value of the relative position of each alignment mark, the measured values of the laser interferometers 26Ya and 26Xa The position at which the wafer stage WS1 should be moved is calculated by calculation, and the wafer stage WS1 is sequentially moved based on the calculation result.
ウエハWのX、Y、θの位置合わせのためには、最低でもX計測マーク2個とY計測マーク1個(またはX計測マーク1個とY計測マーク2個)を計測を行なえば足りるが、ここでは、EGAサンプルショットとして、一直線上に無いX計測マーク3個以上、一直線上に無いY計測マーク3個以上の計測が行なわれるものとする。 In order to align X, Y, and θ of the wafer W, it is sufficient to measure at least two X measurement marks and one Y measurement mark (or one X measurement mark and two Y measurement marks). Here, as an EGA sample shot, it is assumed that three or more X measurement marks that are not on a straight line and three or more Y measurement marks that are not on a straight line are measured.
そして、この計測した各サンプルショットのアライメントマーク(ウエハマーク)位置と設計上のショット領域の配列データとを用いて、例えば特開昭61−44429号公報等に開示されるような最小自乗法による統計演算を行なって、ウエハW上の上記複数ショット領域の全配列データを求める。但し、計算結果は、先に求めた基準マーク板FM1上のマークWMがアライメント顕微鏡WAの検出中心の直下に来たときの干渉計の値(X0 −ΔX ,Y0 −ΔY )と差をとって、基準マーク板FM1上の基準マークWAを基準とするデータに変換しておくことが望ましい。これにより、基準マーク板FM1上のマークWMとウエハW上の各ショット領域の基準点との相対的な位置関係が必要にして十分に分かる。 Then, using the measured alignment mark (wafer mark) position of each sample shot and the design shot area arrangement data, the least square method disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429 is used. Statistical calculation is performed to obtain all array data of the plurality of shot areas on the wafer W. However, the calculation results are the interferometer values (X 0 −Δ X , Y 0 −Δ Y ) when the mark WM on the reference mark plate FM 1 obtained immediately before is below the detection center of the alignment microscope WA. It is desirable to take the difference and convert it into data based on the reference mark WA on the reference mark plate FM1. Thus, the relative positional relationship between the mark WM on the reference mark plate FM1 and the reference point of each shot area on the wafer W is necessary and sufficiently understood.
このようにして、ウエハステージWS1側でファインアライメント(EGA)が行なわれるのと並行して、ウエハステージWS2側では、次のようにしてレチクルRのパターン像とウエハW上のショット領域の既成のパターンとの重ね合わせ露光が行なわれる。 In this way, in parallel with the fine alignment (EGA) being performed on the wafer stage WS1 side, on the wafer stage WS2 side, the pattern image of the reticle R and the existing shot area on the wafer W are formed as follows. Overlay exposure with the pattern is performed.
すなわち、主制御装置28では上記の位置ずれ誤差の計測結果と、そのときのウエハステージWS2の座標位置(Xe,Ye)と、予めアライメント動作により上記と同様にして算出している基準マーク板FM2上の基準マークWAを基準とする各ショットの配列座標データとに基づいて、干渉計26Ye、26Xeの計測値をモニタしつつウエハW上の各ショット領域を露光位置に位置決めしつつ、照明光学系内のシャッタを開閉制御しながら、ステップ・アンド・リピート方式でレチクルパターンをウエハW上に順次露光する。ここで、ウエハステージWS2上のウエハWに対する露光に先立って、干渉計26Xe、26Yeをリセットしている(干渉計の測長軸が一旦切れている)にもかかわらず、高精度な重ね合わせが可能な理由について、詳述すると、基準マーク板FM2上のマークWMとマークRMとの間隔は既知であり、これに先立って行われたファインアライメント(EGA)により前述と同様にして基準マーク板FM2上のマークWMとウエハW上の各ショット領域の基準点との相対的な位置関係が算出されており、レチクルR上のレチクルアライメントマークがレチクルR上のどこに存在するか(即ち、投影光学系PLの投影領域内の所定の基準点であるレチクルのパターン像の投影中心(投影光学系PLの投影中心とほぼ一致)とウエハステージWS2上の基準点であるマークRMとの相対位置関係)も計測されているので、これらの計測結果に基づき、第1、第2のレーザ干渉計26Xe、26Yeの計測値がどの値になればレチクルRのパターン像とウエハW上各ショット領域がぴったり重なるかは明白だからである。
That is, in the
3.上述のようにして、ウエハステージWS1側でファインアライメント(EGA)が終了し、ウエハステージWS2側でウエハW上の全てのショット領域に対するレチクルパターンの露光が終了すると、ウエハステージWS1を投影光学系PLの下方の第1位置へ移動し、ウエハステージWS2をウエハ交換位置である第3位置に移動する。 3. As described above, when fine alignment (EGA) is completed on the wafer stage WS1 side and exposure of the reticle pattern for all shot areas on the wafer W is completed on the wafer stage WS2 side, the wafer stage WS1 is moved to the projection optical system PL. The wafer stage WS2 is moved to a third position which is a wafer exchange position.
すなわち、ウエハステージWS1は主制御装置28からの指示に応じて第1のロボットアーム20によって捕捉され、第1位置へ移動される。この第1位置への位置決め制御も±1um以下の精度で行なわれる。この第1位置へのウエハステージWS1の移動が完了すると同時に、主制御装置28では第1、第2のレーザ干渉計26Xe,26Yeをリセットする。
That is, the wafer stage WS1 is captured by the
このリセットが終了すると、第1のロボットアーム20はここでの役目を終えるので、該第1のロボットアーム20は主制御装置28からの指示に応じて不図示の駆動系によりウエハステージWS1を離れて邪魔にならない位置に待避される。
When this reset is finished, the
次に、主制御装置28では先に述べたウエハステージWS2側と同様にして、R−SETを行なう。これにより、レチクルアライメントマークと基準マーク板FM1上のマークRMの相対間隔(ΔRX ,ΔRY )、すなわち投影光学系PLの投影領域内の所定の基準点としてのレチクルRのパターン像の投影中心に対するウエハステージWS2上の基準点である基準マークRM中心との位置ずれ(ΔRX ,ΔRY )及びこの位置ずれ計測時のステージ座標位置(X1 ,Y1 )が計測される。
Next,
ウエハステージWS1側で上述のようにして、干渉計リセット及びR−SETが行われる間に、主制御装置28からの指示に応じて第2のロボットアーム22が露光動作が終了したウエハステージWS2を捕捉し、ウエハ交換のためウエハ受け渡し位置(第3位置)にウエハステージWS2を移動させ、以後前述したウエハステージWS1側と同様にしてウエハ交換、干渉計リセット及びW−SETが行われる。
As described above, while the interferometer reset and R-SET are performed on the wafer stage WS1 side, the
4.次いで、主制御装置28では、前述と同様に、ウエハステージWS1側でステップ・アンド・リピート方式でレチクルパターンがウエハW上に順次露光されるのと並行して、ウエハステージWS2側でファインアライメント(EGA)が行なわれるように両ステージの動作を制御する。
4). Next, in the
5.その後は、これまでに説明した1.〜4.の動作が順次繰り返されるように、主制御装置28によって、両ステージWS1、WS2の動作、第1、第2のロボットアームの動作が制御される。
5. After that, I explained so far. ~ 4. The operations of both stages WS1 and WS2 and the operations of the first and second robot arms are controlled by the
以上説明した、両ステージWS1、WS2上で行われる並行動作の流れが、図4に示されている。 The flow of the parallel operation performed on both stages WS1 and WS2 described above is shown in FIG.
以上説明したように、本第1の実施形態に係る投影露光装置100によると、ウエハステージWS1及びウエハステージWS2の内の一方のステージ側の露光動作と他方のステージ側のファインアライメント動作を並行して行なうことができるので、ウエハ交換(サーチアライメントを含む)、ファインアライメント、露光をシーケンシャルに行なっていた従来技術に比べて、スループットの大幅な向上が期待できる。通常、露光処理シーケンスの中では、ファインアライメント動作と露光動作に要する時間の割合が大きいからである。
As described above, according to the
また、上記実施形態によると、干渉計システム26の測長軸が切れることを前提としているので、各ウエハステージの反射面(移動鏡を用いる場合は該移動鏡)の長さは、ウエハ直径より僅かに長い程度で十分であることから、測長軸が切れてはいけないことを前提としていた従来技術に比べて、ウエハステージの小型・軽量化が可能であり、これによりステージ制御性能の向上が期待される。
Further, according to the above embodiment, since the length measurement axis of the
さらに、上記実施形態では、干渉計システムの測長軸が切れることを前提とし、アライメント前、露光前それぞれにおいてステージ上の基準マーク板FM上のマーク位置を測定するので、投影光学系PLの投影中心とアライメント顕微鏡WAの検出中心との中心間距離(ベースライン量)はいくら長くなっても特に不都合はなく、投影光学系PLとアライメント顕微鏡WAの間隔をある程度十分に離して、ウエハステージWS1とウエハステージWS2とが干渉等を生じることなく、ウエハアライメントと露光とを時間的に並行して行なうことができる。 Furthermore, in the above-described embodiment, it is assumed that the measurement axis of the interferometer system is cut, and the mark position on the reference mark plate FM on the stage is measured before alignment and before exposure, so the projection of the projection optical system PL There is no particular inconvenience no matter how long the distance between the center and the detection center of the alignment microscope WA (baseline amount) increases. The distance between the projection optical system PL and the alignment microscope WA is sufficiently separated to a certain extent. Wafer alignment and exposure can be performed in parallel in time without causing interference or the like with wafer stage WS2.
また、上記実施形態では、投影光学系PLの投影中心で垂直に交差する第1測長軸Xeと第2測長軸Ye、及びアライメント顕微鏡WAの検出中心で垂直に交差する第3測長軸Xaと第4測長軸Yaを干渉計システム26が備えていることから、アライメント動作時及び露光時のいずれの時においてもウエハステージの2次元位置を正確に管理することができる。
In the above-described embodiment, the first measurement axis Xe and the second measurement axis Ye that intersect perpendicularly at the projection center of the projection optical system PL, and the third measurement axis that intersects perpendicularly at the detection center of the alignment microscope WA. Since the
これに加え、投影光学系PLの側面、アライメント顕微鏡WAの側面に干渉計用固定鏡14X、14Y、18X、18Yを固定したことから、アライメント計測中、露光中に固定鏡位置の変動がない限り、仮に経時的変化や装置の振動等によって固定鏡位置が変動しても、この変動によりウエハステージの位置制御精度が低下する等の不都合が生じることがない。従って、例えば、アライメント顕微鏡WAを上下動可能な構成にしても何らの不都合をも生じない。 In addition, since the fixed mirrors 14X, 14Y, 18X, and 18Y for interferometers are fixed to the side surface of the projection optical system PL and the side surface of the alignment microscope WA, unless the fixed mirror position varies during alignment measurement and exposure. Even if the position of the fixed mirror fluctuates due to a change with time, vibration of the apparatus, or the like, there is no inconvenience such as a decrease in the position control accuracy of the wafer stage due to this fluctuation. Therefore, for example, even if the alignment microscope WA is configured to be movable up and down, no inconvenience occurs.
なお、上記第1の実施形態では、第1、第2のロボットアーム20、22により、ウエハステージWS1、ウエハステージWS2を第1位置、第2位置及び第3位置の3地点間で移動させる場合について説明したが、本発明がこれに限定させるものではなく、例えば第2位置でウエハ交換を行なうようにする場合には、第1、第2のロボットアーム20、22により、ウエハステージWS1、ウエハステージWS2を第1位置と第2位置間で移動させるようにしても良い。この場合には、主制御装置28では、ウエハステージWS1及びウエハステージWS2の内の一方のステージ上のウエハWの露光動作と、他方のステージ上のウエハWのアライメント動作とが並行して行われるように両ステージの動作を制御した後に、第1、第2のロボットアーム20、22により両ステージの位置を入れ替えることとなる。
In the first embodiment, the first and
また、上記第1の実施形態では、EGA計測に基づいてステップ・アンド・リピート方式の露光がステージ上のウエハWに対して行われる場合について説明したが、これに限らず、ダイ・バイ・ダイによってアライメント、露光を繰り返しながらウエハW上の各ショット領域に順次レチクルのパターン像を投影露光しても良い。この場合であっても、アライメント時にステージ上の基準マーク板FMに形成されたマークWMに対する各アライメントマークの相対位置が計測されるので、この相対位置に基づいて上記と同様にして、各ショット領域にレチクルパターン像を重ね合わせることができる。かかるダイ・バイ・ダイ方式は、ウエハW上のショット領域の数が少ない場合に採用することが望ましい。ショット領域の数が多い場合は、スループットの低下を防止する観点から考えて前述したEGAによる方が望ましい。 In the first embodiment, the case where the exposure of the step-and-repeat method is performed on the wafer W on the stage based on the EGA measurement has been described. Thus, the pattern image of the reticle may be projected and exposed to each shot area on the wafer W while repeating alignment and exposure. Even in this case, since the relative position of each alignment mark with respect to the mark WM formed on the reference mark plate FM on the stage is measured during alignment, each shot area is similarly determined based on this relative position. A reticle pattern image can be superimposed on the surface. Such a die-by-die method is desirably employed when the number of shot areas on the wafer W is small. When the number of shot areas is large, it is preferable to use the EGA described above from the viewpoint of preventing a reduction in throughput.
また、上記第1の実施形態では、第1のロボットアーム20が一方のステージWS1を第1位置、第2位置及び第3位置の3地点間で移動させ、第2のロボットアーム22が他方のステージWS2を第1位置、第2位置及び第3位置の3地点間で移動させる場合について説明したが、本発明がこれに限定されることはなく、例えば一方のロボットアーム20がステージWS1(又はWS2)を第1位置から第3位置まで運ぶ途中で第1位置、第2位置及び第3位置以外のある位置まで運んで放し、他方のロボットアーム22が該ステージWS1(又はWS2)をこの位置から第3位置まで移動させる等の方式を採用することにより、一方のロボットアーム20を両ステージの第2位置と第1位置との搬送専用とし、他方のロボットアーム2を両ステージの第3位置と第2位置との搬送専用とすることも可能である。
In the first embodiment, the
また、干渉計システム26を構成する各レーザ干渉計として、多軸の干渉計を用い、ウエハステージのX、Yの並進位置のみでなく、ヨーイングや、ピッチングをも計測するようにしても良い。
《第2の実施形態》
次に、本発明の第2の実施形態を図5に基づいて説明する。ここで、前述した第1の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともにその説明を省略するものとする。
Further, as each laser interferometer constituting the
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the same reference numerals are used for the same or equivalent components as those in the first embodiment described above, and descriptions thereof are omitted.
この第2の実施形態は、ウエハステージWS1が、ステージ本体WS1aと、このステージ本体WS1a上に着脱可能な同一形状の基板保持部材WS1bとの2部分に分離可能に構成され、同様にウエハステージWS2が、ステージ本体WS2aと、このステージ本体WS2a上に着脱可能な同一形状の基板保持部材WS2bとの2部分に分離可能に構成されている点に特徴を有する。 In the second embodiment, the wafer stage WS1 is configured to be separable into two parts: a stage main body WS1a and a substrate holding member WS1b having the same shape that can be attached to and detached from the stage main body WS1a. Similarly, the wafer stage WS2 However, it is characterized in that it is configured to be separable into two parts: a stage main body WS2a and a substrate holding member WS2b of the same shape that can be attached to and detached from the stage main body WS2a.
基板保持部材WS1b、WS2bには、ウエハWが不図示のウエハホルダを介して吸着保持されているとともに、干渉計用移動鏡として機能する反射面がその側面にそれぞれ形成されている。また、これらの基板保持部材WS1b、WS2bには、その上面に基準マーク板FM1、FM2がそれぞれ設けられている。 On the substrate holding members WS1b and WS2b, a wafer W is sucked and held via a wafer holder (not shown), and a reflecting surface functioning as an interferometer moving mirror is formed on each side surface. The substrate holding members WS1b and WS2b are provided with reference mark plates FM1 and FM2 on the upper surfaces thereof.
本第2の実施形態では、前述した第1の形態とほぼ同様にして、ウエハステージWS1、WS2上で並行処理が行われるが、一方のステージ側でアライメント動作が終了し、他方のステージ側で露光動作が終了した時点で、主制御装置28により第1、第2のロボットアーム20、22が制御され、アライメント動作が終了したステージ側の基板保持部材WS1b(又はWS2b)が第1位置で停止しているステージ本体WS2a上に搬送(移動)されるのと並行して、露光が終了したステージ側の基板保持部材WS2b(又はWS1b)が第2位置で停止しているステージ本体WS1a上に搬送され、このようにして基板保持部材WS1b、WS2bの交換が行われる。基板保持部材WS1b、WS2bが交換される際、干渉計システム26の測長軸は切れるためウエハステージWS1、WS2の位置管理が不能となるので、その間はステージストッパ30a、30bが出てきて両ステージ本体WS1a、WS2aをその位置に保持するようになっている。この場合、ウエハ交換は、不図示の搬送アームにより第2位置で行われる。
In the second embodiment, parallel processing is performed on the wafer stages WS1 and WS2 in substantially the same manner as the first embodiment described above, but the alignment operation is completed on one stage side, and the other stage side is finished. When the exposure operation is completed, the first and
ここで、本第2の実施形態では、図5から容易に想像されるように、第2位置として、例えば基準マーク板FM上のマークWMがアライメント顕微鏡WAの検出領域内となる位置が、第1位置として、基準マーク板FM上のマークRMが投影光学系PLの投影領域内となる位置がそれぞれ定められており、従って、主制御装置28により基板保持部材WS1b、WS2bのステージ本体上への移動とともに干渉計システム26の測長軸のリセット及びR−SET又はW−SETが行なわれることとなる。
Here, in the second embodiment, as can be easily imagined from FIG. 5, as the second position, for example, the position where the mark WM on the reference mark plate FM is in the detection region of the alignment microscope WA is the first position. As positions, the positions at which the marks RM on the reference mark plate FM are within the projection area of the projection optical system PL are respectively determined. Accordingly, the
この第2の実施形態によっても、前述した第1の実施形態と同等の効果を得ることができる。 According to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
なお、上記第2の実施形態では、第1、第2のロボットアーム20、22が基板保持部材を第1位置と第2位置間で移動させる場合について説明したが、第1、第2のロボットアーム20、22が、前述した第1の実施形態と同様に、基板保持部材を第1位置、第2位置及び第3位置の3地点間で移動させるようにしても良い。この場合には、ウエハ交換を投影光学系PL、アライメント顕微鏡WAと無関係な所で行なうことができるので、例えばアライメント顕微鏡WA下方のワーキングディスタンスが狭い場合であっても、アライメント顕微鏡WAがウエハ交換の障害になる等の不都合がない。
In the second embodiment, the case where the first and
なお、上記第1、第2の実施形態では、干渉計システム26の測長軸が一旦切れる際の対策として、ロボットアームや、ステージストッパなるものを使用する場合について説明したが、これに限らず、例えばウエハステージ下面に二次元グレーティングを刻んでおき、ステージ走り面の下から光学式のエンコーダにより位置を読み取っても良く、干渉計測長軸が一旦切れた状態でステージを次の位置へ正確に移動させることができる手段、又はステージ本体を所定の位置で停止させたまま保持できるものであれば、如何なる手段を用いても良い。
In the first and second embodiments, the case where a robot arm or a stage stopper is used is described as a countermeasure when the measuring axis of the
また、上記第1、第2の実施形態では、独立に移動するウエハステージが2つ設けられた場合について説明したが、独立に移動するウエハステージを3つ以上設けても良い。ウエハステージを3つ設けた場合には、例えば露光動作、アライメント動作、ウエハ平坦度測定動作を並行して行なうことができる。また、投影光学系PLやアライメント顕微鏡WAを複数設けて良い。投影光学系が複数ある場合には、アライメント動作と異なる二種類のパターンの露光動作とを同時並行的に行なうことができ、いわゆる二重露光等に適する。 In the first and second embodiments, the case where two wafer stages that move independently are provided, but three or more wafer stages that move independently may be provided. When three wafer stages are provided, for example, an exposure operation, an alignment operation, and a wafer flatness measurement operation can be performed in parallel. A plurality of projection optical systems PL and alignment microscopes WA may be provided. When there are a plurality of projection optical systems, an alignment operation and an exposure operation of two types of patterns different from each other can be performed in parallel, which is suitable for so-called double exposure.
更に、上記実施形態では、本発明がステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置に適用された場合を例示したが、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではなく、本発明はいわゆるステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置は勿論、この他、例えば電子ビーム直接描画装置等の他の露光装置にも適用できるものである。 Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a step-and-repeat type projection exposure apparatus is illustrated, but the scope of the present invention is not limited to this, and the present invention is a so-called step. Of course, the present invention can be applied to other exposure apparatuses such as an electron beam direct writing apparatus as well as an AND-scan type projection exposure apparatus.
14X、18X…X固定鏡(固定鏡)、14Y、18Y…Y固定鏡(固定鏡)、20…第1のロボットアーム(移動手段)、22…第2のロボットアーム(移動手段)、26…干渉計システム、28…主制御装置(制御手段)、50…搬送アーム(基板搬送機構の一部)、52A、52B…レチクルアライメント顕微鏡(マーク位置検出手段)、100…露光装置、WS1a、WS2a…ステージ本体、WS1b、WS2b…基板保持部材、FM1、FM2…基準マーク板、WM、RM…基準マーク、R…レチクル(マスク)、W…ウエハ(感応基板)、PL…投影光学系、WS1…ウエハステージ(第1基板ステージ)、WS2…ウエハステージ(第2基板ステージ)、WA…アライメント顕微鏡(アライメント系)、Xe…第1測長軸、Ye…第2測長軸、Xa…第3測長軸、Ya…第4測長軸。 14X, 18X ... X fixed mirror (fixed mirror), 14Y, 18Y ... Y fixed mirror (fixed mirror), 20 ... first robot arm (moving means), 22 ... second robot arm (moving means), 26 ... Interferometer system, 28 ... main controller (control means), 50 ... transfer arm (part of substrate transfer mechanism), 52A, 52B ... reticle alignment microscope (mark position detection means), 100 ... exposure apparatus, WS1a, WS2a ... Stage body, WS1b, WS2b ... substrate holding member, FM1, FM2 ... reference mark plate, WM, RM ... reference mark, R ... reticle (mask), W ... wafer (sensitive substrate), PL ... projection optical system, WS1 ... wafer Stage (first substrate stage), WS2 ... wafer stage (second substrate stage), WA ... alignment microscope (alignment system), Xe ... first measurement axis, e ... second measurement axis, Xa ... third measurement axis, Ya ... fourth measurement axis.
Claims (20)
ステージ本体と、この本体上に着脱自在に搭載され、その側面に干渉計用反射面が設けられた基板保持部材とを有し、該基板保持部材上に感応基板を保持して2次元平面内を移動可能な第1基板ステージと;
ステージ本体と、この本体上に着脱自在に搭載され、その側面に干渉計用反射面が設けられた基板保持部材とを有し、該基板保持部材上に感応基板を保持して前記第1基板ステージと同一平面内を前記第1基板ステージとは独立に移動可能な第2基板ステージと;
前記投影光学系とは別に設けられ、前記基板ステージ上又は該ステージに保持された感応基板上のマークを検出するためのアライメント系と;
前記第1基板ステージ及び第2基板ステージの2次元位置をそれぞれ計測するための干渉計システムと;
前記2つの基板ステージが有する前記基板保持部材のそれぞれを、前記ステージ上に保持された感応基板に対して前記投影光学系を介して露光が行われる露光時のステージ移動範囲内の所定の第1位置と、前記アライメント系によりステージ上又は該ステージに保持された感応基板上のマーク検出が行われるアライメント時のステージ移動範囲内の所定の第2位置との間で移動させる移動手段と;
前記第1基板ステージ及び第2基板ステージの内の一方のステージに保持された感応基板が露光される間に、前記第1基板ステージ及び第2基板ステージの内の他方のステージ上で前記アライメント系によるマーク検出動作が行われるように、前記干渉計システムの計測値をモニタしつつ、前記2つのステージの動作を制御した後に、前記移動手段を制御して前記一方のステージ本体上の前記基板保持部材と他方のステージ本体上の前記基板保持部材の位置を入れ替える制御手段とを有する露光装置。 An exposure apparatus that exposes a pattern on a sensitive substrate via a projection optical system,
A stage main body and a substrate holding member that is detachably mounted on the main body and has a reflection surface for interferometers provided on the side surface thereof. The sensitive substrate is held on the substrate holding member, and the substrate is in a two-dimensional plane. A movable first substrate stage;
The first substrate includes a stage body and a substrate holding member that is detachably mounted on the body and has a reflection surface for interferometers provided on a side surface of the stage body. The sensitive substrate is held on the substrate holding member. A second substrate stage movable within the same plane as the stage independently of the first substrate stage;
An alignment system provided separately from the projection optical system, for detecting a mark on the substrate stage or on a sensitive substrate held on the stage;
An interferometer system for measuring a two-dimensional position of each of the first substrate stage and the second substrate stage;
Wherein each of the substrate holding member in which two substrate stages has a predetermined first the stage moving range during exposure to exposure through the projection optical system with respect to the sensitive substrate held on the stage is performed Moving means for moving between a position and a predetermined second position within the stage moving range during alignment where mark detection is performed on the stage or on the sensitive substrate held on the stage by the alignment system;
While the sensitive substrate held on one of the first substrate stage and the second substrate stage is exposed, the alignment system on the other stage of the first substrate stage and the second substrate stage. After controlling the operation of the two stages while monitoring the measurement value of the interferometer system so that the mark detection operation is performed, the moving means is controlled to hold the substrate on the one stage body an exposure device and a control means for switching the position of the substrate holding member on the member and the other stage body.
前記制御手段は、前記2つの基板保持部材の位置を入れ替える際に、前記干渉計システムの測長軸をリセットすることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。 The interferometer system includes a first measurement axis and a second measurement axis that intersect perpendicularly at the projection center of the projection optical system, and a third measurement that intersects perpendicularly at the detection center of the alignment system. An axis and a fourth measuring axis,
The exposure apparatus according to claim 1, wherein the control unit resets a measurement axis of the interferometer system when the positions of the two substrate holding members are switched.
ステージ本体と、この本体上に着脱自在に搭載され、その側面に干渉計用反射面が設けられた基板保持部材とを有し、該基板保持部材上に感応基板を保持して2次元平面内を移動可能な第1基板ステージと;
ステージ本体と、この本体上に着脱自在に搭載され、その側面に干渉計用反射面が設けられた基板保持部材とを有し、該基板保持部材上に感応基板を保持して前記第1基板ステージと同一平面内を前記第1基板ステージとは独立に移動可能な第2基板ステージと;
前記投影光学系とは別に設けられ、前記基板ステージ上又は該ステージに保持された感応基板上のマークを検出するためのアライメント系と;
前記第1基板ステージ及び第2基板ステージの2次元位置をそれぞれ計測するための干渉計システムと;
前記2つの基板ステージが有する前記基板保持部材のそれぞれを、ステージ上に保持された感応基板に対して前記投影光学系を介して露光が行われる露光時のステージ移動範囲内の所定の第1位置と、前記アライメント系によりステージ上又は該ステージに保持された感応基板上のマーク検出が行われるアライメント時のステージ移動範囲内の所定の第2位置と、基板ステージと外部の基板搬送機構との間で感応基板の受け渡しが行われる第3位置の3地点間で移動させる移動手段と;
前記第1基板ステージ及び第2基板ステージの内の一方のステージの位置が前記干渉計システムにより管理され、該一方のステージに保持された感応基板に前記投影光学系を介してパターンが露光される間に、前記第1基板ステージ及び第2基板ステージの内の他方のステージ上で感応基板の交換及び前記感応基板上のアライメントマークと前記他方のステージ上の基準点との位置関係を前記アライメント系の検出結果と前記干渉計システムの計測値とに基づいて計測するアライメント動作が順次行われるように前記2つの基板ステージ及び前記移動手段を制御するとともに、前記2つのステージの動作がともに終了した後に、前記2つのステージ上で行われる動作が入れ替わるように、前記2つのステージと前記移動手段とを制御する制御手段とを有する露光装置。 An exposure apparatus that exposes a pattern on a sensitive substrate via a projection optical system,
A stage main body and a substrate holding member that is detachably mounted on the main body and has a reflection surface for interferometers provided on the side surface thereof. The sensitive substrate is held on the substrate holding member, and the substrate is in a two-dimensional plane. A movable first substrate stage;
The first substrate includes a stage body and a substrate holding member that is detachably mounted on the body and has a reflection surface for interferometers provided on a side surface of the stage body. The sensitive substrate is held on the substrate holding member. A second substrate stage movable within the same plane as the stage independently of the first substrate stage;
An alignment system provided separately from the projection optical system, for detecting a mark on the substrate stage or on a sensitive substrate held on the stage;
An interferometer system for measuring a two-dimensional position of each of the first substrate stage and the second substrate stage;
Each of the substrate holding members of the two substrate stages has a predetermined first position within a stage moving range at the time of exposure in which the sensitive substrate held on the stage is exposed via the projection optical system. And a predetermined second position within the stage movement range during alignment where mark detection is performed on the stage or on the sensitive substrate held on the stage by the alignment system, and between the substrate stage and the external substrate transport mechanism Moving means for moving between three points of the third position where the sensitive substrate is transferred in;
The position of one of the first substrate stage and the second substrate stage is managed by the interferometer system, and the pattern is exposed to the sensitive substrate held on the one stage via the projection optical system. In the meantime, exchange of the sensitive substrate on the other of the first substrate stage and the second substrate stage and the positional relationship between the alignment mark on the sensitive substrate and the reference point on the other stage After the two substrate stages and the moving means are controlled so that the alignment operation for measuring based on the detection result of the above and the measurement value of the interferometer system is sequentially performed, and after the operations of the two stages are completed Control for controlling the two stages and the moving means so that operations performed on the two stages are interchanged Exposure device having a stage.
前記マスクに形成されたパターンの像が投影光学系を介して前記第1基板ステージ及び第2基板ステージ上の感応基板に投影露光されることを特徴とする請求項3に記載の露光装置。 A mask stage for holding a mask on which a pattern is formed;
4. The exposure apparatus according to claim 3, wherein an image of a pattern formed on the mask is projected and exposed to a sensitive substrate on the first substrate stage and the second substrate stage via a projection optical system.
前記制御手段は、前記2つの基板保持部材のそれぞれについて、前記第1位置への移動の際に前記干渉計システムの第1及び第2測長軸をリセットし、前記第2位置へ移動の際に前記干渉計システムの第3及び第4測長軸をリセットすることを特徴とする請求項4に記載の露光装置。 The interferometer system includes a first measurement axis and a second measurement axis that intersect perpendicularly at the projection center of the projection optical system, and a third measurement that intersects perpendicularly at the detection center of the alignment system. An axis and a fourth measuring axis,
The control means resets the first and second length measuring axes of the interferometer system when the two substrate holding members are moved to the first position, and moves the second substrate holding member to the second position. 5. The exposure apparatus according to claim 4, wherein the third and fourth measuring axes of the interferometer system are reset to the same.
干渉計用の反射面を有する第1基板保持部材と;
干渉計用の反射面を有する第2基板保持部材と;
基板保持部材を脱着可能であり、一方の基板保持部材を保持した状態で二次元方向に移動可能な第1ステージ部と;
基板保持部材を脱着可能であり、他方の基板保持部材を保持した状態で、前記第1ステージ部とは独立に、二次元方向に移動可能な第2ステージ部と;
前記第1ステージ部に装着された基板保持部材の反射面を使って、前記第1ステージ部に装着された一方の基板保持部材の位置を計測する第1干渉計システムと;
前記第2ステージ部に装着された他方の基板保持部材の反射面を使って、前記第2ステージ部に装着された基板保持部材の位置を計測する第2干渉計システムと;を備え、
前記第1ステージ部に前記一方の基板保持部材を装着した状態で、前記一方の基板保持部材に保持された感応基板の露光と並行して、前記第2ステージ部に前記他方の基板保持部材を装着した状態で、前記他方の基板保持部材に保持された感応基板のアライメント計測動作が実行され、
前記第1ステージ部に前記一方の基板保持部材を装着した状態での前記露光、及び前記第2ステージ部に前記他方の基板保持部材を装着した状態での前記アライメント計測動作が終了した後に、前記第2ステージ部に装着されていた前記他方の基板保持部材を前記第1ステージ部に装着して、前記他方の基板保持部材に保持された感応基板の露光が行われる露光装置。 An exposure apparatus that exposes a sensitive substrate,
A first substrate holding member having a reflective surface for the interferometer;
A second substrate holding member having a reflective surface for the interferometer;
A first stage portion that is detachable from the substrate holding member and is movable in a two-dimensional direction while holding one substrate holding member;
A second stage portion that is detachable from the substrate holding member and is movable in a two-dimensional direction independently of the first stage portion while holding the other substrate holding member;
A first interferometer system that measures the position of one of the substrate holding members mounted on the first stage unit using a reflective surface of the substrate holding member mounted on the first stage unit;
A second interferometer system that measures the position of the substrate holding member mounted on the second stage unit using a reflective surface of the other substrate holding member mounted on the second stage unit;
With the one substrate holding member mounted on the first stage portion, the other substrate holding member is placed on the second stage portion in parallel with the exposure of the sensitive substrate held on the one substrate holding member. In the mounted state, the alignment measurement operation of the sensitive substrate held by the other substrate holding member is executed,
After the exposure in a state where the one substrate holding member is mounted on the first stage portion and the alignment measurement operation in a state where the other substrate holding member is mounted on the second stage portion, An exposure apparatus in which the other substrate holding member mounted on the second stage unit is mounted on the first stage unit and the sensitive substrate held on the other substrate holding member is exposed.
前記第2ステージ部に前記第1及び第2基板保持部材のいずれもが装着されていないときに、前記第2ステージ部を所定位置に保持する第2ストッパと;を更に備える請求項11〜15のいずれか一項に記載の露光装置。 A first stopper for holding the first stage portion in a predetermined position when neither of the first and second substrate holding members is mounted on the first stage portion;
16. A second stopper for holding the second stage part at a predetermined position when neither of the first and second substrate holding members is mounted on the second stage part. The exposure apparatus according to any one of the above.
前記第2ステージ部に前記他方の基板保持部材を装着した状態でのアライメント計測動作によって、前記他方の基板保持部材に保持された感応基板上のショット領域と前記他方の基板保持部材の基準との第1位置関係が決定され、
前記第1ステージ部に前記他方の基板保持部材を装着した後に、前記投影光学系を介して前記他方の基板保持部材の基準と前記マスクのマークとの第2位置関係が計測され、
前記第1位置関係と前記第2位置関係とに基づいて、前記第1ステージ部に装着された前記他方の基板保持部材に保持された感応基板上のショット領域と前記マスクとが順次位置合わせされ、前記他方の基板保持部材に保持された感応基板上のショット領域が順次露光される請求項11〜16のいずれか一項に記載の露光装置。 A projection optical system for projecting a pattern image of the mask onto the sensitive substrate;
By the alignment measurement operation with the other substrate holding member mounted on the second stage portion, the shot area on the sensitive substrate held by the other substrate holding member and the reference of the other substrate holding member A first positional relationship is determined;
After mounting the other substrate holding member on the first stage portion, a second positional relationship between the reference of the other substrate holding member and the mark of the mask is measured via the projection optical system,
Based on the first positional relationship and the second positional relationship, the shot area on the sensitive substrate held by the other substrate holding member mounted on the first stage portion and the mask are sequentially aligned. The exposure apparatus according to claim 11, wherein shot areas on the sensitive substrate held by the other substrate holding member are sequentially exposed.
前記第2位置関係を計測する第2アライメント系と;を更に備えた請求項17に記載の露光装置。 A first alignment system for detecting alignment marks on the substrate to determine the first positional relationship;
The exposure apparatus according to claim 17, further comprising: a second alignment system that measures the second positional relationship.
前記アライメント計測動作の終了後、前記第1ステージ部に装着された前記他方の基板保持部材の反射面に当たっている前記第1干渉計システムの測長軸のリセットが行われ、
前記リセット後に、前記第1干渉計システムを使って前記第1ステージ部に装着された前記他方の基板保持部材の反射面の位置を計測しながら前記他方の基板保持部材に保持された感応基板上のショット領域が順次露光される請求項11〜18のいずれか一項に記載の露光装置。 The alignment measurement operation is performed while measuring the position of the reflection surface of the other substrate holding member mounted on the second stage unit using the second interferometer system,
After completion of the alignment measurement operation, the measurement axis of the first interferometer system that is in contact with the reflective surface of the other substrate holding member mounted on the first stage unit is reset,
After the reset, on the sensitive substrate held by the other substrate holding member while measuring the position of the reflection surface of the other substrate holding member mounted on the first stage unit using the first interferometer system. The exposure apparatus according to claim 11, wherein the shot areas are sequentially exposed.
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