JP3218631B2 - Projection exposure equipment - Google Patents

Projection exposure equipment

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JP3218631B2
JP3218631B2 JP19493091A JP19493091A JP3218631B2 JP 3218631 B2 JP3218631 B2 JP 3218631B2 JP 19493091 A JP19493091 A JP 19493091A JP 19493091 A JP19493091 A JP 19493091A JP 3218631 B2 JP3218631 B2 JP 3218631B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マスクパターンの透過
光束を投影光学系を介してステージ上の感光基板に結像
する投影露光装置に関し、とくに、投影光学系の結像特
性を効率よくかつ精度よく測定できるように改良したも
のである。この種の投影露光装置は半導体集積回路や大
型液晶基板などの製造用に供される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus for forming an image of a transmitted light beam of a mask pattern on a photosensitive substrate on a stage via a projection optical system. It has been improved so that it can be measured accurately. This type of projection exposure apparatus is used for manufacturing semiconductor integrated circuits and large liquid crystal substrates.

【０００２】[0002]

【従来の技術】投影光学系の結像特性を計測し、マスク
パターンの結像状態が最高な状態となるように投影光学
系を補正する技術は特開昭６０−２６３４３号公報、特
開昭６３−３０６６２６号公報あるいは特開平１−２７
３３１８号公報などで開示されている。2. Description of the Related Art Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Sho 60-26343 and 60-263343 disclose techniques for measuring the image forming characteristics of a projection optical system and correcting the projection optical system so that the image forming state of a mask pattern becomes the highest. JP-A-63-306626 or JP-A-1-227.
It is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 3318.

【０００３】特開昭６０−２６３４３号公報に開示され
ているものは、微小線要素を有するテストレチクルと、
ステージ上に設置され、微小スリットを介して前記テス
トレチクルの透過光を受光する受光素子とを備え、ステ
ージをＺ軸上に昇降させるときに得られる受光素子から
の出力信号の変化に基づいて、投影光学系の特性、たと
えば像面傾斜や像面湾曲を求めている。そして、この計
測結果に基づいて投影光学系を補正する。[0003] Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-26343 discloses a test reticle having a fine line element,
A light receiving element is provided on the stage and receives the transmitted light of the test reticle through the minute slit.Based on a change in an output signal from the light receiving element obtained when the stage is moved up and down on the Z axis, The characteristics of the projection optical system, for example, the image plane tilt and the field curvature are obtained. Then, the projection optical system is corrected based on the measurement result.

【０００４】特開昭６３−３０６６２６号公報あるいは
特開平１−２７３３１８号公報に開示されているもの
は、基準マークを有しステージ上に設けられた基準部材
と、特殊の基準マークを有するテストレチクルとを備
え、基準部材をその下面から照射し、基準部材およびテ
ストレチクルの各基準マークを透過した光束を受光して
投影光学系の結像特性を計測可能としたものである。そ
して、露光光の吸収に起因した温度上昇などによる投影
光学系の結像特性の変動を予め予測し、その結果に基づ
いて露光時の結像特性の変動を予測して補正が行なわれ
る。これらの装置によれば、露光時の熱エネルギによる
投影光学系の結像特性、たとえば、像面傾斜や像面湾曲
などの変動をリアルタイムに補正できる。Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 63-306626 and 1-273318 disclose a reference reticle having a reference mark and provided on a stage, and a test reticle having a special reference mark. And irradiates the reference member from the lower surface thereof, receives a light beam transmitted through each reference mark of the reference member and the test reticle, and measures the imaging characteristics of the projection optical system. Then, a change in the imaging characteristic of the projection optical system due to a temperature rise or the like due to absorption of the exposure light is predicted in advance, and based on the result, the change in the imaging characteristic at the time of exposure is predicted and corrected. According to these apparatuses, it is possible to correct in real time fluctuations in the imaging characteristics of the projection optical system due to thermal energy at the time of exposure, for example, fluctuations in image plane tilt and field curvature.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の装置にあっては、テストレチクルが必須であ
り、実際のレチクルをセットした状態では投影光学系の
結像特性を計測できない。そのため、実露光中の大気圧
や温度の変動に起因した投影光学系の結像特性の変動が
必ずしも正確に補正できるという保証はない。したがっ
て、とくに次世代の64M DRAMなどのように要求される線
幅が0.3〜0.4μmにもなると、従来の予測制御による結
像特性の補正では充分な合焦精度が期待できない。ま
た、ウエハ交換時のたびにテストレチクルをセットして
結像特性を計測して投影光学系を補正する場合、スルー
プットの低下が免れない。However, in such a conventional apparatus, a test reticle is indispensable, and the imaging characteristics of the projection optical system cannot be measured when an actual reticle is set. Therefore, there is no guarantee that a change in the imaging characteristics of the projection optical system due to a change in the atmospheric pressure or the temperature during the actual exposure can always be accurately corrected. Therefore, especially when the required line width is as large as 0.3 to 0.4 μm as in the next-generation 64M DRAM, etc., sufficient focusing accuracy cannot be expected by the correction of the imaging characteristic by the conventional predictive control. Further, when the test reticle is set every time the wafer is replaced and the image forming characteristic is measured to correct the projection optical system, the throughput is inevitably reduced.

【０００６】また、この種の投影露光装置においては、
上述した像面湾曲、像面傾斜の他にも投影光学系の結像
特性に影響を与える要因として非点收差（以下、本明細
書中「アス」と呼ぶ），偏心あるいは球面收差が存在す
ることが知られているが、これらの従来装置ではアス，
偏心あるいは球面收差を測定していないから、上述した
ように線幅が極細くなると所望の合焦特性が得られない
おそれがある。なお、アスはメディオル方向とサディタ
ル方向の焦点位置の差であり、非点收差に起因するもの
である。In this type of projection exposure apparatus,
In addition to the above-mentioned curvature of field and tilt of the image plane, other factors that affect the imaging characteristics of the projection optical system include astigmatism (hereinafter referred to as “as”), eccentricity, and spherical aberration. Although these are known to exist,
Since the eccentricity or spherical aberration is not measured, if the line width is extremely small as described above, a desired focusing characteristic may not be obtained. Note that ass is the difference between the focal positions in the medial direction and the sagittal direction, and is due to the astigmatic difference.

【０００７】テストレチクルを用いずに実レチクルを使
用して投影光学系の結像特性を検出する場合、露光領域
の周辺に形成されたマークを使用して合焦状態が測定さ
れるが、露光領域の中央部での焦点検出はできず、した
がって、像面湾曲や像面傾斜、あるいはアスを計測する
ことはできない。When the imaging characteristics of the projection optical system are detected using a real reticle without using a test reticle, the focus state is measured using a mark formed around the exposure area. Focus detection cannot be performed at the center of the region, and therefore, it is not possible to measure curvature of field, tilt of the image plane, or astigmatism.

【０００８】なお、露光開始前にテストレチクルを用い
て試し焼きを行ない、それに基づいて結像特性を補正す
ることも従来から行なわれているが、露光中の結像特性
の変動に追従できず、また、各ウエハごとに試し焼きす
るとスループットが低下するので現実的ではない。[0008] It has been conventionally performed to perform test printing using a test reticle before the start of exposure, and to correct the imaging characteristics based on the test printing. However, it is not possible to follow the fluctuation of the imaging characteristics during exposure. In addition, if test firing is performed for each wafer, the throughput is reduced, which is not practical.

【０００９】本発明の目的は、テストレチクルなどを使
用することなく投影光学系の結像特性を計測してリアル
タイムに補正することを可能にするとともに、従来補正
されていなかったアス，偏心あるいは球面收差による結
像特性への影響を抑制できるようにした投影露光装置を
提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to measure the imaging characteristics of a projection optical system and correct it in real time without using a test reticle or the like. It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus capable of suppressing the influence of the difference on the imaging characteristics.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

（１）請求項１の発明は、マスクに形成されたパターン
の像を投影光学系を介して基板上に転写することにより
基板を露光する装置に適用され、投影光学系の像面側で
投影光学系を通過した光を検出する検出手段と、検出手
段からの検出信号に基づいて、投影光学系の球面収差を
計測する結像特性計測手段とを設けることにより上述し
た目的を達成する。 （２）請求項２の発明は、請求項１の発明において、結
像特性計測手段により、検出手段からの検出信号の波形
に基づいて球面収差を計測するようにしたものである。 （３）請求項３の発明は、請求項１の発明において、結
像特性計測手段によって計測された球面収差を補正する
補正手段をさらに有するものである。 （４）請求項４の発明は、請求項３の発明において、補
正手段を、投影露光装置の光路中に配置された平行平板
ガラスとしたものである。 （５）請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発
明において、基板を載置するステージ上に所定形状のマ
ークを設け、検出手段によりマークからの光を投影光学
系を介して検出するものである。 （６）請求項６の発明は、マスクに形成されたパターン
の像を投影光学系を介して基板上に転写することにより
基板を露光する装置に適用される。そして、投影光学系
の像面側で投影光学系を通過した光を検出する検出手段
と、検出手段からの検出信号に基づいて、投影光学系の
非点収差を計測する結像特性計測手段と、結像特性計測
手段によって計測された非点収差を補正する補正手段と
を設けるとともに、投影光学系にそれぞれ位置調整可能
な複数の可動レンズ群を設け、補正手段には、結像特性
計測手段による非点収差の計測結果に応じて可動レンズ
群のうちの少なくとも１つを駆動する駆動制御手段を設
けることにより、上述した目的を達成する。 （７）請求項７の発明は、請求項６の発明において、複
数の可動レンズ群を、投影光学系の光軸方向の位置と、
光軸に対する位置との少なくとも一方を変更可能にした
ものである。 （８）請求項８の発明は、請求項７の発明において、複
数の可動レンズ群を、それぞれレンズ周縁部の３点に配
置された駆動部材で支持し、各可動レンズ群に設けられ
た駆動部材を、投影光学系の光軸に垂直な平面内におけ
る位置がレンズの周縁方向にそれぞれ重ならないように
配置したものである。 （９）請求項９の発明は、請求項６〜８のいずれかの発
明において、駆動制御手段により、非点収差を補正する
ように少なくとも１つの可動レンズ群を駆動するととも
に、この補正によって生じる他の収差を補正するように
少なくとも１つの可動レンズ群を駆動するようにしたも
のである。 （１０）請求項１０の発明は、請求項９の発明におい
て、補正手段により、投影光学系の非点収差の他に、投
影倍率、像面湾曲、像面傾斜、及び平均焦点位置のうち
の少なくとも１つを補正するようにしたものである。 （１１）請求項１１の発明は、請求項６〜１０のいずれ
かの発明において、結像特性計測手段により、投影光学
系に対するメディオナル方向とサディタル方向との夫々
の結像特性を計測するようにしたものである。 （１２）請求項１２の発明は、請求項１１の発明におい
て、メディオナル方向に延びたマーク、及びサディタル
方向に延びたマークからの光を投影光学系を介して検出
するようにしたものである。 （１３）請求項１３の発明は、請求項６〜１１のいずれ
かの発明において、位相シフトパターンを含むマークか
らの光を投影光学系を介して検出するようにしたもので
ある。 （１４）請求項１４の発明は、請求項６〜１１のいずれ
かの発明において、エレクトロクロミック素子により構
成されたマークからの光を投影光学系を介して検出する
ようにしたものである。 （１５）請求項１５の発明は、請求項６〜１４のいずれ
かの発明において、所定のマークからの光を投影光学系
を介して検出するようにするとともに、投影光学系の光
軸に垂直な面内においてマークを回転可能にしたもので
ある。 （１６）請求項１６の発明は、請求項１２〜１５のいず
れかの発明において、基板を載置するステージ上にマー
クを設けたものである。 （１７）請求項１７の発明は、請求項１２〜１６のいず
れかの発明において、投影光学系の結像面内における複
数点にマーク像を投影するとともに、検出手段により複
数のマーク像を同時に検出するようにしたものである。 （１８）請求項１８の発明は、請求項１〜１７のいずれ
かの発明において、基板の露光枚数をカウントするカウ
ンタと、基板の露光枚数に応じて検出手段及び結像特性
計測手段による投影光学系の結像特性計測を行なわせる
ための枚数設定手段とをさらに設けたものである。 （１９）請求項１９の発明は、請求項１〜１８の発明に
おいて、検出手段及び結像特性計測手段による結像特性
の変化量が所定の許容値を越えた時、露光動作を停止す
るようにしたものである。（２０）請求項２０の発明は、マスクに形成されたパタ
ーンの像を投影光学系を介して基板上に転写することに
より基板を露光する装置に適用される。そして、投影光
学系の像面側で位相シフトパターンからの光を投影光学
系を介して検出する検出手段と、検出手段からの検出信
号に基づいて、投影光学系の結像特性を計測する結像特
性計測手段とを設けることにより上述した目的を達成す
る。 （２１）請求項２１の発明は、マスクに形成されたパタ
ーンの像を投影光学系を介して基板上に転写することに
より基板を露光する方法に適用される。そして、所定の
マークからの光を投影光学系の像面側で検出し、該検出
結果に基づいて投影光学系の球面収差を計測することに
より上述した目的を達成する。 （２２）請求項２２の発明は、マスクに形成されたパタ
ーンの像を投影光学系を介して基板上に転写することに
より基板を露光する方法に適用される。そして、所定の
マークから光を投影光学系の像面側で検出し、該検出結
果に基づいて投影光学系の非点収差を計測し、非点収差
の計測結果に応じて、位置調整可能な複数の可動レンズ
群のうちの少なくとも１つを駆動して非点収差を補正す
ることにより上述した目的を達成する。 (1) The invention of claim 1 is applied to an apparatus for exposing a substrate by transferring an image of a pattern formed on a mask onto the substrate via a projection optical system, and projects the image on the image plane side of the projection optical system. The object described above is achieved by providing a detecting means for detecting the light passing through the optical system and an imaging characteristic measuring means for measuring the spherical aberration of the projection optical system based on a detection signal from the detecting means. (2) According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the spherical aberration is measured by the imaging characteristic measuring means based on a waveform of a detection signal from the detecting means. (3) The invention of claim 3 is the invention of claim 1, further comprising a correcting means for correcting the spherical aberration measured by the imaging characteristic measuring means. (4) According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the correcting means is a parallel flat glass disposed in the optical path of the projection exposure apparatus. (5) A fifth aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to fourth aspects, wherein a mark having a predetermined shape is provided on a stage on which the substrate is placed, and light from the mark is detected by a detecting means via a projection optical system. To detect. (6) The invention of claim 6 is applied to an apparatus for exposing a substrate by transferring an image of a pattern formed on a mask onto the substrate via a projection optical system. Detecting means for detecting light passing through the projection optical system on the image plane side of the projection optical system; andimaging characteristic measuring means for measuring astigmatism of the projection optical system based on a detection signal from the detection means. Correction means for correcting the astigmatism measured by the imaging characteristic measuring means, and a plurality of movable lens groups each capable of adjusting the position are provided in the projection optical system; The above-mentioned object is achieved by providing drive control means for driving at least one of the movable lens groups in accordance with the measurement result of astigmatism by the above. (7) According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect of the invention, the plurality of movable lens groups are arranged in the optical axis direction of the projection optical system, and
At least one of the position with respect to the optical axis can be changed. (8) According to an eighth aspect of the present invention, in the invention of the seventh aspect, the plurality of movable lens groups are each supported by driving members arranged at three points on the peripheral portion of the lens, and the drive provided in each movable lens group is provided. The members are arranged such that their positions in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system do not overlap in the peripheral direction of the lens. (9) In the invention of claim 9, in the invention of any of claims 6 to 8, at least one movable lens group is driven by the drive control means so as to correct astigmatism, and the correction is caused by this correction. At least one movable lens group is driven so as to correct other aberrations. (10) According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, the correcting means further includes, among the astigmatism of the projection optical system, a projection magnification, a field curvature, a field tilt, and an average focus position. At least one is corrected. (11) According to the eleventh aspect, in any one of the sixth to tenth aspects, the imaging characteristic measuring unit measures each imaging characteristic in the median direction and the sagittal direction with respect to the projection optical system. It was done. (12) According to a twelfth aspect of the present invention, in the invention of the eleventh aspect, light from the mark extending in the median direction and the mark extending in the sagittal direction is detected via the projection optical system. (13) According to a thirteenth aspect, in any one of the sixth to eleventh aspects, light from a mark including a phase shift pattern is detected via a projection optical system. (14) According to a fourteenth aspect, in any one of the sixth to eleventh aspects, light from a mark formed by an electrochromic element is detected via a projection optical system. (15) According to a fifteenth aspect of the present invention, in any one of the sixth to fourteenth aspects, light from a predetermined mark is detected via a projection optical system and is perpendicular to an optical axis of the projection optical system. The mark is rotatable in a suitable plane. (16) According to a sixteenth aspect, in any one of the twelfth to fifteenth aspects, a mark is provided on a stage on which a substrate is placed. (17) The invention of claim 17 is the invention according to any one of claims 12 to 16, wherein the mark images are projected onto a plurality of points in the image forming plane of the projection optical system, and the plurality of mark images are simultaneously detected by the detecting means. This is to detect. (18) The invention of claim 18 is the projection optical system according to any one of claims 1 to 17, wherein the counter counts the number of exposures of the substrate, and the detecting means and the imaging characteristic measuring means according to the number of exposures of the substrate. Further, there is further provided a number-of-sheets setting means for measuring the imaging characteristics of the system. (19) According to a nineteenth aspect of the present invention, in the first to eighteenth aspects, the exposure operation is stopped when a change amount of the imaging characteristic by the detecting means and the imaging characteristic measuring means exceeds a predetermined allowable value. It was made. (20) According to the twentieth aspect, the pattern formed on the mask
Transfer the image of the image to the substrate through the projection optical system.
It is applied to an apparatus for exposing a substrate. And projection light
Projection optics projecting light from phase shift patterns on the image side of a scientific system
Detecting means for detecting through a system, and detecting signals from the detecting means.
Imaging characteristics that measure the imaging characteristics of the projection optical system based on the
The above-mentioned object is achieved by providing
You. (21) The invention according to claim 21 is a pattern formed on a mask.
Transfer the image of the image to the substrate through the projection optical system.
It is applied to a method of exposing a substrate. And the predetermined
The light from the mark is detected on the image plane side of the projection optical system, and the detection is performed.
To measure the spherical aberration of the projection optical system based on the results
The above-mentioned object is achieved more. (22) The invention according to claim 22, wherein the pattern formed on the mask is
Transfer the image of the image to the substrate through the projection optical system.
It is applied to a method of exposing a substrate. And the predetermined
Light is detected from the mark on the image plane side of the projection optical system, and the detection result is obtained.
Measurement of the astigmatism of the projection optical system based on the
Multiple movable lenses whose position can be adjusted according to the measurement results of
Drive at least one of the groups to correct astigmatism
This achieves the above-mentioned object.

【００１１】[0011]

【作用】（１）請求項１〜５の発明 投影光学系の像面側で投影光学系を通過した光を検出
し、その検出信号に基づいて、投影光学系の球面収差を
計測する。請求項２の発明では、検出信号の波形に基づ
いて球面収差を計測する。請求項３の発明では、計測さ
れた球面収差を補正する。とくに請求項４の発明では、
平行平板ガラスにより補正する。請求項５の発明では、
基板を載置するステージ上のマークからの光を投影光学
系を介して検出する。 （２）請求項６〜１９の発明 投影光学系の像面側で投影光学系を通過した光を検出
し、その検出信号に基づいて投影光学系の非点収差を計
測する。非点収差の計測結果に応じて可動レンズ群のう
ちの少なくとも１つを駆動して非点收差を補正する。請
求項７の発明は、複数の可動レンズ群における投影光学
系の光軸方向の位置と、光軸に対する位置との少なくと
も一方を変更する。請求項８の発明では、複数の可動レ
ンズ群は、それぞれのレンズ周縁部の３点に配置された
駆動部材で支持される。各可動レンズ群に設けられた駆
動部材は、投影光学系の光軸に垂直な平面内における位
置がレンズの周縁方向にそれぞれ重ならないように配置
され、可動レンズ群は独立して駆動される。請求項９の
発明では、非点收差の補正によって生じる他の収差を補
正する。請求項１０の発明では、投影光学系の非点収差
の他に、投影倍率、像面湾曲、像面傾斜、及び平均焦点
位置のうちの少なくとも１つを補正する。請求項１１の
発明では、投影光学系に対するメディオナル方向とサデ
ィタル方向との夫々の結像特性を計測する。請求項１２
の発明では、メディオナル方向に延びたマーク、及びサ
ディタル方向に延びたマークからの光を投影光学系を介
して検出する。請求項１３の発明では、位相シフトパタ
ーンを含むマークからの光を投影光学系を介して検出す
る。請求項１４の発明では、エレクトロクロミック素子
により構成されたマークからの光を投影光学系を介して
検出する。請求項１５の発明では、所定のマークからの
光を投影光学系を介して検出するとともに、投影光学系
の光軸に垂直な面内においてマークを回転する。請求項
１７の発明では、投影光学系の結像面内における複数点
にマーク像を投影するとともに、複数のマーク像を同時
に検出する。請求項１８の発明では、基板の露光枚数を
カウントし、設定された枚数になると投影光学系の結像
特性計測を行う。請求項１９の発明では、結像特性の変
化量が所定の許容値を越えた時、露光動作を停止する。（３）請求項２０の発明 投影光学系の像面側で位相シフトパターンからの光を投
影光学系を介して検出し、その検出信号に基づいて、投
影光学系の結像特性を計測する。 （４）請求項２１の発明 所定のマークからの光を投影光学系の像面側で検出し、
該検出結果に基づいて投影光学系の球面収差を計測す
る。 （５）請求項２２の発明 所定のマークから光を投影光学系の像面側で検出し、検
出結果に基づいて投影光学系の非点収差を計測する。こ
の非点収差の計測結果に応じて、位置調整可能な複数の
可動レンズ群のうちの少なくとも１つを駆動して非点収
差を補正する。 （６）基準パターン２１を下面から照明し、投影光学系
ＰＬを通してマスクパターンＲの裏面で反射した光を投
影光学系ＰＬから開口パターン２１を通して受光し、ス
テージ１４を投影光学系ＰＬの光軸方向に昇降させたと
きに受光手段２８から得られる出力信号に基づいて合焦
状態を検出するとともに、露光領域の少なくとも２ヵ所
において合焦状態を検出し、この少なくとも２ヵ所の合
焦状態の検出結果から投影光学系ＰＬの結像特性を計測
する。したがって、テストレチクルなどを使用せずに投
影光学系ＰＬの結像特性が測定でき、また、実際のマス
クパターンをセットした状態でも投影光学系ＰＬの結像
特性を測定でき、この測定結果により結像特性を補正し
てきわめて高精度な合焦状態が得られる。さらに、露光
領域の２ヵ所以上の計測結果に基づいて結像特性が測定
できるので、試し焼きすることなく像面湾曲、像面傾
斜、アスなどの測定を簡単に行なうことができる。ま
た、投影光学系ＰＬによる露光領域のサディタル方向に
延在する第１のパターン２１ａｓを通過する照明光に基
づいて合焦状態検出手段３２Ａで合焦状態を検出すると
ともに、メディオナル方向に延在する第２のパターン２
１ａｍを通過する照明光に基づいて合焦状態検出手段３
２Ａで合焦状態を検出し、これら２つの合焦状態の検出
結果から投影光学系ＰＬの結像特性である偏心や球面收
差が計測される。これらの偏心や球面收差は、予め測定
した第１および第２のパターン２１ａｓ，２１ａｍにつ
いての合焦状態のずれ量と偏心との相関関係、あるい
は、予め測定した第１および第２のパターン２１ａｓ，
２１ａｍについての合焦状態のずれ量と球面收差の相関
関係から求められる。(1) The invention according to claims 1 to 5, wherein the light passing through the projection optical system is detected on the image plane side of the projection optical system, and the spherical aberration of the projection optical system is measured based on the detection signal. According to the second aspect of the invention, the spherical aberration is measured based on the waveform of the detection signal. According to the third aspect of the invention, the measured spherical aberration is corrected. In particular, in the invention of claim 4,
Correct by parallel flat glass. In the invention of claim 5,
Light from a mark on a stage on which a substrate is placed is detected via a projection optical system. (2) Inventions of Claims 6 to 19 The light passing through the projection optical system is detected on the image plane side of the projection optical system, and the astigmatism of the projection optical system is measured based on the detection signal. At least one of the movable lens groups is driven according to the measurement result of astigmatism to correct astigmatism. According to a seventh aspect of the present invention, at least one of the position of the projection optical system in the plurality of movable lens groups in the optical axis direction and the position with respect to the optical axis is changed. In the invention according to claim 8, the plurality of movable lens groups are supported by driving members arranged at three points on the periphery of each lens. The driving members provided in each movable lens group are arranged such that their positions in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system do not overlap in the peripheral direction of the lens, and the movable lens groups are independently driven. According to the ninth aspect of the present invention, other aberrations caused by the correction of the astigmatic difference are corrected. According to a tenth aspect of the present invention, at least one of a projection magnification, a field curvature, a field tilt, and an average focal position is corrected in addition to astigmatism of the projection optical system. According to the eleventh aspect of the invention, the imaging characteristics of the projection optical system in the median direction and the sagittal direction are measured. Claim 12
According to the invention, the mark extending in the median direction and the light from the mark extending in the sagittal direction are detected via the projection optical system. According to the thirteenth aspect, light from a mark including the phase shift pattern is detected via the projection optical system. According to the fourteenth aspect, light from a mark constituted by the electrochromic element is detected via the projection optical system. According to the fifteenth aspect, light from a predetermined mark is detected via the projection optical system, and the mark is rotated in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system. According to the seventeenth aspect of the present invention, the mark images are projected onto a plurality of points in the imaging plane of the projection optical system, and the plurality of mark images are simultaneously detected. According to the eighteenth aspect of the present invention, the number of exposures of the substrate is counted, and when the number reaches the set number, the imaging characteristic of the projection optical system is measured. According to the nineteenth aspect, when the amount of change in the imaging characteristic exceeds a predetermined allowable value, the exposure operation is stopped. (3) Light from a phase shift pattern is projected on the image plane side of the projection optical system according to claim 20.
Detected via the shadow optics and based on the detected signal
The imaging characteristics of the shadow optical system are measured. (4) detecting the light from the predetermined mark on the image plane side of the projection optical system;
The spherical aberration of the projection optical system is measured based on the detection result.
You. (5) Light from the predetermined mark is detected on the image plane side of the projection optical system, and the light is detected.
The astigmatism of the projection optical system is measured based on the output result. This
Multiple position-adjustable according to the astigmatism measurement result of
Driving at least one of the movable lens groups to obtain
Correct the difference. (6) The reference pattern 21 is illuminated from below, and the light reflected on the back side of the mask pattern R through the projection optical system PL is received from the projection optical system PL through the aperture pattern 21, and the stage 14 is moved in the optical axis direction of the projection optical system PL. The in-focus state is detected based on the output signal obtained from the light receiving means 28 when the camera is raised and lowered, and the in-focus state is detected in at least two places of the exposure area. To measure the imaging characteristics of the projection optical system PL. Therefore, the imaging characteristics of the projection optical system PL can be measured without using a test reticle, and the imaging characteristics of the projection optical system PL can be measured even when an actual mask pattern is set. By correcting the image characteristics, an extremely accurate focus state can be obtained. Further, since the imaging characteristics can be measured based on the measurement results at two or more locations in the exposure area, it is possible to easily measure the curvature of field, the inclination of the image plane, and the astigmatism without performing trial printing. Further, based on the illumination light passing through the first pattern 21as extending in the sagittal direction of the exposure area by the projection optical system PL, the in-focus state is detected by the in-focus state detecting means 32A and extends in the median direction. Second pattern 2
Focusing state detecting means 3 based on illumination light passing through 1am
An in-focus state is detected by 2A, and eccentricity and spherical aberration, which are imaging characteristics of the projection optical system PL, are measured from the detection results of these two in-focus states. The eccentricity and the spherical aberration can be calculated from the correlation between the eccentricity and the amount of shift of the focusing state between the first and second patterns 21as and 21am measured in advance, or the first and second patterns 21as measured in advance. ,
It is obtained from the correlation between the shift amount of the focusing state for 21am and the spherical aberration.

【００１２】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。In the means and means for solving the above problems which explain the constitution of the present invention, the drawings of the embodiments are used for easy understanding of the present invention. However, the present invention is not limited to this.

【００１３】[0013]

【実施例】（露光光学系）図１は本発明を半導体集積回
路製造用の投影露光装置に適用した一実施例の概略図で
ある。図１において、超高圧水銀ランプ、エキシマレー
ザ光源等の露光用の照明光源１は、ｇ線，ｉ線あるいは
紫外線パルス光（例えばＫｒＦエキシマレーザ等）など
のレジスト層を感光する波長（露光波長）の照明光ＩＬ
を発生する。照明光ＩＬは、照明光の光路の閉鎖，開閉
を行うシャッタ２、および大部分（９０％以上）の照明
光を通過させる半透過鏡４を通過した後、オプチカルイ
ンテグレータ（フライアイレンズ）等を含む照明光学系
６に達する。ミラー２２は通常状態（露光時）では光路
から退避しており、後述するように投影光学系ＰＬの結
像特性を計測するときのみ光軸上に挿入される。FIG. 1 is a schematic view of an embodiment in which the present invention is applied to a projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit. In FIG. 1, an illumination light source 1 for exposure, such as an ultra-high pressure mercury lamp or an excimer laser light source, has a wavelength (exposure wavelength) at which a resist layer such as a g-line, an i-line, or an ultraviolet pulse light (eg, a KrF excimer laser) is exposed. Illumination light IL
Occurs. The illumination light IL passes through a shutter 2 that closes and opens and closes an optical path of the illumination light, and a semi-transmissive mirror 4 that allows most (90% or more) of the illumination light to pass, and then an optical integrator (fly-eye lens) and the like. To the illumination optical system 6. The mirror 22 is retracted from the optical path in the normal state (during exposure), and is inserted on the optical axis only when measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL as described later.

【００１４】シャッタ２は駆動部３により照明光の透過
および遮断を制御するように駆動される。また、半透過
鏡４で反射された照明光の一部は、ＰＩＮフォトダイオ
ード等の光検出器（パワーモニタ）５に入射する。パワ
ーモニタ５は照明光ＩＬを光電検出して光情報（強度
値）ＰＳを主制御系３２に入力する。この光情報ＰＳ
は、主制御系３２において投影光学系ＰＬの結像特性の
変動量を求めるための基礎データとなっている（詳細後
述）。The shutter 2 is driven by a drive unit 3 so as to control transmission and blocking of illumination light. A part of the illumination light reflected by the semi-transmissive mirror 4 is incident on a photodetector (power monitor) 5 such as a PIN photodiode. The power monitor 5 photoelectrically detects the illumination light IL and inputs optical information (intensity value) PS to the main control system 32. This optical information PS
Are basic data for the main control system 32 to calculate the amount of change in the imaging characteristics of the projection optical system PL (details will be described later).

【００１５】照明光学系６において光束の一様化、スペ
ックルの低減化等が行われた照明光ＩＬは、ミラー７で
反射されてリレーレンズ９ａ，９ｂおよび可変ブライン
ド１０を通った後、ミラー１２で垂直に下方に反射され
てメインコンデンサレンズ１３に至り、レチクルＲのパ
ターン領域ＰＡを均一な照度で照明する。可変ブライン
ド１０の面はレチクルＲと共役関係にあるので、駆動モ
ータ１１により可変ブラインド１０を構成する可動ブレ
ードを開閉させて開口形状を変えることによって、レチ
クルＲの照明視野を任意に選択することができる。The illuminating light IL, in which the luminous flux is made uniform and the speckle is reduced in the illuminating optical system 6, is reflected by the mirror 7, passes through the relay lenses 9a and 9b, and the variable blind 10, and then passes through the mirror. At 12, the light is reflected vertically downward to reach the main condenser lens 13, and illuminates the pattern area PA of the reticle R with uniform illuminance. Since the surface of the variable blind 10 is conjugate with the reticle R, the illumination field of the reticle R can be arbitrarily selected by opening and closing the movable blades constituting the variable blind 10 by the drive motor 11 to change the opening shape. it can.

【００１６】また、本実施例では照明光ＩＬの照射によ
りウエハＷ等から発生する反射光が、上記ミラー７を通
過して光検出器（反射量モニタ）８に入射するように構
成されている。反射量モニタ８は反射光を光電検出して
光情報（強度値）ＲＳを主制御系３２に入力する。ここ
で、この光情報ＲＳは投影光学系ＰＬの結像特性の変動
量を求めるための基礎データとなる（詳細後述）。In this embodiment, the reflected light generated from the wafer W or the like by the irradiation of the illumination light IL passes through the mirror 7 and is incident on the photodetector (reflection amount monitor) 8. . The reflection amount monitor 8 photoelectrically detects the reflected light and inputs optical information (intensity value) RS to the main control system 32. Here, the optical information RS serves as basic data for determining the amount of change in the imaging characteristics of the projection optical system PL (details will be described later).

【００１７】レチクルＲは水平面内で２次元移動可能な
レチクルステージＲＳ上に載置され、パターン領域ＰＡ
の中心点が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致するように
位置決めされる。レチクルＲの初期設定は、レチクル周
辺のアライメントマーク（不図示）を光電検出するレチ
クルアライメント系ＲＡからのマーク検出信号に基づい
て、レチクルステージＲＳを微動することにより行われ
る。レチクルＲは不図示のレチクル交換器により適宜交
換されて使用される。特に多品種少量生産を行う場合、
交換は頻繁に行われる。The reticle R is mounted on a reticle stage RS which can move two-dimensionally in a horizontal plane, and has a pattern area PA.
Are positioned such that the center point of the optical axis coincides with the optical axis AX of the projection optical system PL. The initial setting of the reticle R is performed by finely moving the reticle stage RS based on a mark detection signal from a reticle alignment system RA that photoelectrically detects an alignment mark (not shown) around the reticle. The reticle R is used after being appropriately replaced by a reticle exchanger (not shown). Especially when performing high-mix low-volume production,
Exchanges are frequent.

【００１８】パターン領域ＰＡを通過した照明光ＩＬ
は、両側テレセントリックな投影光学系ＰＬに入射す
る。投影光学系ＰＬはレチクルＲの回路パターンの投影
像を、表面にレジスト層が形成され、その表面が結像面
とほぼ一致するように保持されたウエハＷ上の一つのシ
ョット領域に重ね合わせて投影（結像）する。Illumination light IL that has passed through pattern area PA
Enters the projection optical system PL which is telecentric on both sides. The projection optical system PL superimposes the projected image of the circuit pattern of the reticle R on one shot area on the wafer W which is held so that a resist layer is formed on the surface and the surface almost coincides with the image plane. Project (image).

【００１９】（ＸＹステージ，Ｚステージおよびレベリ
ングステージ）ウエハＷは不図示のレベリングステージ
上に載置され、このレベリングステージは、駆動モータ
１７により光軸方向（Ｚ方向）に微動可能なＺステージ
１４上に設置されている。Ｚステージ１４は、駆動モー
タ１８によりステップ・アンド・リピート方式で２次元
移動可能なＸＹステージ１５上に載置され、ＸＹステー
ジ１５は、ウエハＷの一つのショット領域に対するレク
チルＲの転写露光が終了すると、ウエハ上の次のショッ
ト領域が投影光学系ＰＬの露光領域と一致するまで移動
される。ＸＹステージ１５の２次元的な位置は干渉計１
９によって、例えば０．０１μm程度の分解能で常時検
出される。そのため、Ｚステージ１４の端部には干渉計
１９からのレーザビームを反射する移動鏡１４ｍが固定
されている。干渉計１９と移動鏡１４ｍはＸ方向とＹ方
向の位置検出用として一対づつ設けられている。(XY Stage, Z Stage and Leveling Stage) The wafer W is mounted on a leveling stage (not shown), and the leveling stage can be finely moved by a drive motor 17 in the optical axis direction (Z direction). It is installed above. The Z stage 14 is mounted on an XY stage 15 that can be moved two-dimensionally in a step-and-repeat manner by a drive motor 18, and the XY stage 15 completes the transfer exposure of the reticle R to one shot area of the wafer W. Then, the next shot area on the wafer is moved until it coincides with the exposure area of projection optical system PL. The two-dimensional position of the XY stage 15 is the interferometer 1
9, the detection is always performed at a resolution of, for example, about 0.01 μm. Therefore, a movable mirror 14 m that reflects the laser beam from the interferometer 19 is fixed to the end of the Z stage 14. One pair of the interferometer 19 and the movable mirror 14m are provided for position detection in the X direction and the Y direction.

【００２０】Ｚステージ１４上には照射量モニタ１６が
ウエハＷの表面位置とほぼ一致するように設けられてい
る。この照射量モニタ１６は、例えば投影光学系ＰＬの
イメージフィールドもしくはレチクルパターンの投影領
域とほぼ同じ面積の受光面を備えた光検出器で構成さ
れ、ショット領域の照射量に関する光情報ＬＳを主制御
系３２に入力する。この光情報ＬＳは、投影光学系ＰＬ
の結像特性の変動量を求めるための基礎データとなる
（詳細後述）。On the Z stage 14, an irradiation amount monitor 16 is provided so as to substantially coincide with the surface position of the wafer W. The irradiation amount monitor 16 is composed of, for example, a photodetector having a light receiving surface having substantially the same area as the image field of the projection optical system PL or the projection region of the reticle pattern, and mainly controls optical information LS on the irradiation amount of the shot region. Input to the system 32. This optical information LS is stored in the projection optical system PL.
(This will be described later in detail).

【００２１】（開口パターン）Ｚステージ１４上にはま
た、投影光学系ＰＬの結像特性、たとえば焦点位置，像
面湾曲，像面傾斜およびアスなどを測定する際に用いら
れる基準部材２０が設けられている。基準部材２０に
は、図３に示すように投影光学系ＰＬの露光領域（イメ
ージフィールドＩＦ）の中心部の１ヵ所と周辺部の４ヵ
所に対応する位置に、図２（ａ）に示す格子パターンと
図２（ｂ）に示す格子パターンを一対とする５組の開口
パターン２１ａｍ，２１ａｓ〜２１ｅｍ，２１ｅｓが設
けられている。図３において、半径ｒの円領域ＩＦは投
影光学系ＰＬの最大露光領域を示し、この円に内接する
正方形は実際にウエハを露光できる最大チップ領域を示
している。(Aperture Pattern) On the Z stage 14, there is provided a reference member 20 used for measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL, for example, the focal position, the field curvature, the field inclination, and the astigmatism. Have been. As shown in FIG. 3, the reference member 20 has gratings shown in FIG. 2A at positions corresponding to one central portion and four peripheral portions of the exposure area (image field IF) of the projection optical system PL. There are provided five sets of opening patterns 21am, 21as to 21em and 21es, each pair including a pattern and a lattice pattern shown in FIG. 2B. In FIG. 3, a circular area IF having a radius r indicates a maximum exposure area of the projection optical system PL, and a square inscribed in the circle indicates a maximum chip area in which the wafer can be actually exposed.

【００２２】図２（ａ），（ｂ）において、黒地が遮光
部、白地が透光部である。図３において、添字ｍ付きの
開口パターン２１ａｍ〜２１ｅｍは、投影光学系ＰＬの
メディオナル方向の結像特性を測定するためのもの、添
字ｓ付きの開口パターン２１ａｓ〜２１ｅｓは、投影光
学系ＰＬのサディタル方向の結像特性を測定するための
ものであり、各格子パターンはＸ軸に対して４５度およ
び１３５度の傾きを持っている。以下、メディオナル方
向をＭ方向、サディタル方向をＳ方向と呼ぶ。In FIGS. 2A and 2B, a black background is a light-shielding portion, and a white background is a light-transmitting portion. In FIG. 3, the aperture patterns 21am to 21em with the subscript m are for measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL in the median direction, and the aperture patterns 21as to 21es with the subscript s are the sagittal of the projection optical system PL. This is for measuring the imaging characteristics in the direction, and each lattice pattern has inclinations of 45 degrees and 135 degrees with respect to the X axis. Hereinafter, the median direction is referred to as an M direction, and the sagittal direction is referred to as an S direction.

【００２３】開口２１を５個以上設ければより多くの結
像特性情報（たとえば像面の湾曲）が得られるが、この
実施例ではスループットや計測光学系の簡素化を考え
て、結像状態が最も有利となる光軸部に１個の開口２１
ａを、実際に使用する露光領域内であり、かつ結像特性
が最も不利となる像高１００％の周辺部に４個の開口２
１ｂ〜２１ｅをそれぞれ配置している。なお、本明細書
中、一対の開口パターン２１ａｍ，２１ａｓ〜２１ｅ
ｍ，２１ｅｓを開口２１と総称する。If five or more apertures 21 are provided, more image forming characteristic information (for example, curvature of the image plane) can be obtained. However, in this embodiment, the image forming state is considered in consideration of the throughput and the simplification of the measurement optical system. Is most advantageous to one opening 21 in the optical axis.
a are four apertures 2 in the periphery of the 100% image height where the imaging characteristic is most disadvantageous within the exposure area actually used.
1b to 21e are arranged respectively. In this specification, a pair of opening patterns 21am, 21as to 21e are used.
The openings m and 21es are collectively referred to as openings 21.

【００２４】（計測用照明系ＬＬ）開口２１はその下方
から計測照明系ＬＬによって照明されている。計測照明
系ＬＬは、照明光ＩＬの光路中に不図示の駆動装置によ
って挿入されるミラー２２、ハーフミラー２３、レンズ
２４、光ファイバ２５、レンズ２６およびミラー２７か
ら成り、照明光ＩＬをウエハステージ１５内に導く。開
口２１から出射された照明光は投影光学系ＰＬを介して
レチクルＲに達し、その裏面によって反射され、再び投
影光学系ＰＬを介して開口２１に戻る。この反射光は開
口２１を透過した後、ミラー２７、レンズ２４、光ファ
イバ２５、レンズ２６およびハーフミラー２３を介して
フォトマル，ＳＰＤ等で構成される光検出器２８に入射
し、光検出器２８で光電変換されて電気信号として出力
される。ここで、図示は省略しているが、５組の開口２
１ａ〜２１ｂをそれぞれ個別に照明し、反射光を個別に
受光するように構成されている。なお、開口２１の裏面
全体を照明し、光検出器２８において５組の開口２１ａ
〜２１ｂの各々からの反射光を個別に受光するように構
成するだけでもよい。また、照明系，受光系とも１組だ
け用意し、開口部を時間的に移動することにより測定す
る構成としてもよい。(Measurement illumination system LL) The opening 21 is illuminated from below by the measurement illumination system LL. The measurement illumination system LL includes a mirror 22, a half mirror 23, a lens 24, an optical fiber 25, a lens 26, and a mirror 27 inserted into a light path of the illumination light IL by a driving device (not shown). Lead into 15. The illumination light emitted from the opening 21 reaches the reticle R via the projection optical system PL, is reflected by the back surface, and returns to the opening 21 again via the projection optical system PL. After passing through the opening 21, the reflected light enters a photodetector 28 composed of a photomultiplier, an SPD, or the like via a mirror 27, a lens 24, an optical fiber 25, a lens 26, and a half mirror 23. The signal is photoelectrically converted at 28 and output as an electric signal. Here, although not shown, five sets of openings 2 are provided.
1a to 21b are individually illuminated and reflected light is individually received. The entire back surface of the opening 21 is illuminated, and five sets of openings 21 a
21b may be individually configured to individually receive the reflected light. Alternatively, only one set of the illumination system and the light receiving system may be prepared, and the measurement may be performed by moving the opening part over time.

【００２５】（斜入射式検出光学系）図１において、符
号３４は斜入射式検出光学系であり、例えば特公平２−
１０３６１号公報に開示されている。この斜入射式検出
光学系３４は、ウエハ表面の投影光学系ＰＬの最良結像
面に対する上下方向（Ｚ方向）の位置を検出し、ウエハ
Ｗと投影光学系ＰＬとの合焦状態を検出する焦点検出系
２９と、ウエハＷ上の所定領域の結像面に対する傾きを
検出する水平位置検出系３０とを組み合わせたものであ
る。(Oblique incidence detection optical system) In FIG. 1, reference numeral 34 denotes an oblique incidence detection optical system.
No. 10361 is disclosed. The oblique incidence detection optical system 34 detects the position of the wafer surface in the vertical direction (Z direction) with respect to the best imaging plane of the projection optical system PL, and detects the focus state of the wafer W and the projection optical system PL. This is a combination of a focus detection system 29 and a horizontal position detection system 30 for detecting the inclination of a predetermined area on the wafer W with respect to the image plane.

【００２６】焦点検出系２９および水平位置検出系３０
は、光軸ＡＸに対して斜め方向からウエハ表面に入射す
る照明光を射出する光源２９ａ，３０ａと、ハーフミラ
ー３１ａと、ウエハ表面での反射光を受光する受光光学
系２９ｂ，３０ｂと、ハーフミラー３１ｂとから成る。
照明光学系２９ａから射出される照明光は、ピンホール
あるいはスリットの像を形成するような結像光束、照明
光学系３０ａから射出される照明光は平行光束である。Focus detection system 29 and horizontal position detection system 30
Are light sources 29a and 30a for emitting illumination light incident on the wafer surface from an oblique direction with respect to the optical axis AX, a half mirror 31a, light receiving optical systems 29b and 30b for receiving light reflected on the wafer surface, and a half. And a mirror 31b.
The illumination light emitted from the illumination optical system 29a is an imaging light flux that forms an image of a pinhole or a slit, and the illumination light emitted from the illumination optical system 30a is a parallel light flux.

【００２７】なお、本実施例では設計上の最良結像面が
零点基準となるように、予め受光光学系２９ｂの内部に
設けられた不図示の平行平板ガラス（プレーンパラレ
ル）の角度が調整されて、焦点検出系２９のキャリブレ
ーションが行われるとともに、ウエハ表面と結像面とが
一致した時に、照射光学系３０ａからの平行光束が受光
光学系３０ｂの内部の４分割受光素子（不図示）の中心
位置に集光されるように、水平位置検出系３０のキャリ
ブレーションが行われる。In this embodiment, the angle of a parallel plate glass (not shown) provided beforehand in the light receiving optical system 29b is adjusted so that the best image forming plane in design becomes the zero point reference. When the focus detection system 29 is calibrated and the wafer surface and the image plane coincide with each other, the parallel light beam from the irradiation optical system 30a is converted into a four-divided light receiving element (not shown) inside the light receiving optical system 30b. The horizontal position detection system 30 is calibrated so that the light is condensed at the center position of.

【００２８】（投影光学系ＰＬの結像特性補正部）投影
光学系ＰＬの上部にはその結像特性補正部ＩＣが設けら
れており、投影光学系ＰＬを構成するレンズエレメント
（４０，４１），４３，４５の各々を独立に駆動するこ
とにより、投影倍率，ディストーション，像面湾曲，ア
スなどの結像特性が補正される。レチクルＲに最も近い
第１群のレンズエレメント４０，４１は支持部材４２に
より固定され、第２群のレンズエレメント４３は支持部
材４４により固定され、第３群のレンズエレメント４５
は支持部材４６に固定されている。レンズエレメント４
５より下部のレンズエレメントはそれぞれ投影光学系Ｐ
Ｌの鏡筒部４７に固定されている。(Imaging Characteristics Correction Unit of Projection Optical System PL) An imaging characteristics correction unit IC is provided above the projection optical system PL, and lens elements (40, 41) constituting the projection optical system PL. , 43, and 45 are independently driven to correct the imaging characteristics such as projection magnification, distortion, curvature of field, and astigmatism. The first group of lens elements 40 and 41 closest to the reticle R are fixed by a support member 42, the second group of lens elements 43 are fixed by a support member 44, and the third group of lens elements 45
Is fixed to the support member 46. Lens element 4
The lens elements below 5 are projection optical systems P, respectively.
It is fixed to the lens barrel 47 of L.

【００２９】なお、本実施例において投影光学系ＰＬの
光軸ＡＸとは、この鏡筒部４７に固定されているレンズ
エレメントの光軸を指すものとする。In this embodiment, the optical axis AX of the projection optical system PL indicates the optical axis of the lens element fixed to the lens barrel 47.

【００３０】支持部材４６は伸縮可能な駆動素子５０
ａ，５０ｂ，５０ｃ（図４）によって投影光学系ＰＬの
鏡筒部４７と連結されている。支持部材４４は伸縮可能
な駆動素子４９ａ，４９ｂ，４９ｃ（図４）によって支
持部材４６に連結され、支持部材４２は伸縮可能な駆動
素子４８ａ，４８ｂ，４８ｃ（図４）によって支持部材
４４に連結されている。The support member 46 is a telescopic drive element 50.
a, 50b, 50c (FIG. 4) are connected to the lens barrel 47 of the projection optical system PL. The support member 44 is connected to the support member 46 by extendable drive elements 49a, 49b, 49c (FIG. 4), and the support member 42 is connected to the support member 44 by extendable drive elements 48a, 48b, 48c (FIG. 4). Have been.

【００３１】図４は投影光学系ＰＬを上方（レチクル
側）から見た図であり、上述した結像特性補正部ＩＣの
平面図である。駆動素子４８ａ〜４８ｃはそれぞれ１２
０°ずつ回転した位置に配置され、駆動素子制御部３３
により独立制御可能となっている。駆動素子４９ａ〜４
９ｃおよび５０ａ〜５０ｃも同様にそれぞれ１２０°ず
つ回転して配置され、駆動素子制御部３３により独立制
御可能となっている。駆動素子４８ａ，４９ａおよび５
０ａは互いに４０°だけずれて配置されており、駆動素
子４８ｂ，４９ｂおよび５０ｂと、４８ｃ，４９ｃおよ
び５０ｃについても同様に互いに４０°ずつずれて配置
されている。FIG. 4 is a view of the projection optical system PL as viewed from above (the reticle side), and is a plan view of the above-described imaging characteristic correction unit IC. The driving elements 48a to 48c each have 12
The drive element control unit 33 is disposed at a position rotated by 0 °.
Allows independent control. Drive elements 49a-4
Similarly, 9c and 50a to 50c are also arranged by being rotated by 120 °, respectively, and can be independently controlled by the drive element control unit 33. Drive elements 48a, 49a and 5
0a are arranged at a shift of 40 ° from each other, and the drive elements 48b, 49b and 50b and 48c, 49c and 50c are similarly arranged at a shift of 40 ° from each other.

【００３２】駆動素子４８〜５０として例えば電歪素
子，磁歪素子を用い、駆動素子に与える電圧または磁界
に応じた駆動素子の変位量を予め求めておく。ここでは
図示していないが、駆動素子のヒステリシス性を考慮
し、容量型変位センサ，差動トランス等の位置検出器を
駆動素子に付設し、駆動素子に与える電圧または磁界に
対応した駆動素子の位置をモニタして、高精度な駆動を
可能とする。For example, an electrostrictive element or a magnetostrictive element is used as the driving elements 48 to 50, and a displacement amount of the driving element according to a voltage or a magnetic field applied to the driving element is obtained in advance. Although not shown here, in consideration of the hysteresis of the driving element, a position detector such as a capacitive displacement sensor or a differential transformer is attached to the driving element, and the driving element corresponding to a voltage or a magnetic field applied to the driving element is provided. The position is monitored to enable high-precision driving.

【００３３】ここで、本実施例では、駆動素子制御部３
３によって、レチクルＲに近いレンズエレメント（４
０，４１），４３および４５が移動可能とされるが、こ
れらのエレメントは投影倍率，ディストーション，像面
湾曲およびアスの各特性に与える影響が他の不図示のレ
ンズエレメントに比べて大きく制御しやすくなってい
る。Here, in this embodiment, the driving element control unit 3
3, the lens element close to the reticle R (4
0, 41), 43 and 45 are movable, but these elements are controlled so that the effects on the projection magnification, distortion, curvature of field, and astigmatism are greater than those of other lens elements (not shown). It is easier.

【００３４】本実施例では、移動可能なレンズエレメン
トを３群構成としているため、他の諸収差の変動を押さ
えつつレンズエレメントの移動範囲を大きくでき、しか
も種々の形状歪み（台形，菱形，樽型，糸巻型等のディ
ストーション）、像面湾曲およびアスに対応可能であ
る。したがって、露光光吸収により投影光学系ＰＬの温
度が上昇しその結像特性が変動しても十分に対応でき
る。なお、レンズエレメントの移動は、本実施例で補正
できない投影光学系ＰＬの他の諸収差（例えば球面収差
等）に及ぼす影響が無視できる範囲内で行うものとす
る。あるいは、レンズエレメント相互の間隔を調整する
ことによって、アスを制御しつつ、他の諸収差（倍率，
ディストーション，像面湾曲）をも補正するという方式
を採用しても構わない。In this embodiment, since the movable lens element is constituted by three groups, the range of movement of the lens element can be increased while suppressing the fluctuation of other aberrations, and various shape distortions (trapezoidal, rhombic, barrel) It is possible to cope with distortion such as a mold and a pincushion), curvature of field, and astigmatism. Therefore, even if the temperature of the projection optical system PL rises due to absorption of the exposure light and its imaging characteristics fluctuate, it can sufficiently cope with it. The movement of the lens element is performed within a range where the influence on other aberrations (for example, spherical aberration and the like) of the projection optical system PL that cannot be corrected in the present embodiment can be ignored. Alternatively, by adjusting the distance between the lens elements, other aberrations (magnification, magnification,
A method of correcting distortion and field curvature may also be adopted.

【００３５】以上の構成によって、主制御系３２から与
えられる駆動指令に応じた量だけ３群のレンズエレメン
ト（４０，４１），４３および４５の周縁３点を独立し
て、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に移動できる。この
結果、３群のレンズエレメント（４０，４１），４３お
よび４５の各々を光軸ＡＸにほぼ沿って平行移動させる
ことができるとともに、光軸ＡＸとほぼ垂直な平面に対
して任意に傾斜させることが可能となる。なお、上記レ
ンズエレメントはそれぞれ光軸ＡＸを仮想的な傾斜基準
として傾斜するものとする。With the above configuration, the three peripheral elements of the three lens elements (40, 41), 43 and 45 are independently controlled by the amount corresponding to the drive command given from the main control system 32 to the projection optical system PL. It can move in the optical axis AX direction. As a result, each of the three groups of lens elements (40, 41), 43 and 45 can be translated in parallel along the optical axis AX, and arbitrarily tilted with respect to a plane substantially perpendicular to the optical axis AX. It becomes possible. The lens elements are each inclined with the optical axis AX as a virtual inclination reference.

【００３６】主制御系３２は、パワーモニタ５，反射量
モニタ８，照射量モニタ１６よりそれぞれ光情報を得
て、後述する如く投影光学系ＰＬの結像特性の変動量を
算出するとともに、駆動素子制御部３３を初めとして装
置全体を統括制御する。The main control system 32 obtains light information from the power monitor 5, the reflection amount monitor 8, and the irradiation amount monitor 16, respectively, calculates the fluctuation amount of the imaging characteristic of the projection optical system PL as described later, and drives The entire device including the element control unit 33 is integrally controlled.

【００３７】（結像特性の計測手順）次に本実施例にお
ける像面湾曲，像面傾斜およびアスの計測手順について
述べる。レチクルＲがレチクルステージＲＳに載置され
た状態で、干渉計１９でＸＹステージ１５の位置をモニ
タしながら、基準部材２０上の開口２１の中心が投影光
学系ＰＬの光軸ＡＸ上に来るようにＸＹステージ１５を
モータ１８で移動する。このとき、同時にモータ１７を
駆動して、Ｚステージ１４を投影光学系ＰＬの最適焦点
位置（ベストフォーカス位置）と思われる位置（設計
値）からその焦点深度（±ＤＯＦ）の数倍（例えば、２
・ＤＯＦ）程度下（あるいは上）げる。(Measurement Procedure of Image Forming Characteristics) Next, the measurement procedure of the curvature of field, the inclination of the image plane and the astigmatism in this embodiment will be described. With the reticle R mounted on the reticle stage RS, the center of the opening 21 on the reference member 20 is positioned on the optical axis AX of the projection optical system PL while monitoring the position of the XY stage 15 with the interferometer 19. Then, the XY stage 15 is moved by the motor 18. At this time, the motor 17 is simultaneously driven to move the Z stage 14 from the position (design value) considered to be the optimum focus position (best focus position) of the projection optical system PL to several times the focal depth (± DOF) (for example, 2
・ DOF) lower (or higher).

【００３８】また同時に、ミラー２２を光路に移動させ
て開口２１に照明光ＬＬを導き、開口２１の特定パター
ンおよび投影光学系ＰＬを介してレチクルＲの裏面（パ
ターン面）を照明する。レチクルＲから反射した照明光
は再び投影光学系ＰＬ，開口２１を通った後、ミラー２
７，レンズ２６，光ファイバ２５，レンズ２４およびハ
ーフミラー２３を介して光検出器２８に入射する。その
後、この状態でＺステージ１４をモータ１７によって上
方（あるいは下方）に先のＺステージの移動量（２・Ｄ
ＯＦ）の２倍程度走査する。このとき光検出器２８の出
力（すなわち、５組の開口パターン２１ａ〜２１ｅのう
ちの１つを通過した反射光の強度に応じた光電信号）と
焦点検出系２９の出力（Ｚステージ１４の位置に対応し
ている）を同時に、たとえばＺステージ１４の単位移動
量（０．０２μm程度）ごとにサンプリングしてＡ／Ｄ
変換すると、図５のような関係が得られる。At the same time, the mirror 22 is moved to the optical path to guide the illumination light LL to the opening 21 to illuminate the back surface (pattern surface) of the reticle R via the specific pattern of the opening 21 and the projection optical system PL. The illumination light reflected from the reticle R again passes through the projection optical system PL and the opening 21 and then passes through the mirror 2
7, the light enters a photodetector 28 via a lens 26, an optical fiber 25, a lens 24 and a half mirror 23. Thereafter, in this state, the Z stage 14 is moved upward (or downward) by the motor 17 by the movement amount (2 · D
Scan about twice as much as OF). At this time, the output of the photodetector 28 (that is, the photoelectric signal corresponding to the intensity of the reflected light passing through one of the five sets of aperture patterns 21a to 21e) and the output of the focus detection system 29 (the position of the Z stage 14) At the same time, for example, for each unit movement amount (about 0.02 μm) of the Z stage 14 and A / D
After the conversion, the relationship shown in FIG. 5 is obtained.

【００３９】（光検出器２８の出力と焦点検出系２９の
出力による合焦状態の検出）これは次のように説明でき
る。開口２１がレチクルＲの裏面に関して投影光学系Ｐ
Ｌのデフォ−カス領域にあるとき、すなわち光学的に両
者が共役関係にないとき、開口２１を出射した照明光は
投影光学系ＰＬを介してレチクルＲの裏面上に格子パタ
ーンのぼけた像を作る。レチクル裏面で反射した照明光
は再び投影光学系ＰＬを介して開口２１に入射するが、
さらにぼけた格子パターンの像になっている。したがっ
て、この反射光が格子パターンを透過するとき、ぼけた
部分は格子パターンの透光部を透過しないから、その分
透過光量が減少する。(Detection of Focused State by Output of Photodetector 28 and Output of Focus Detection System 29) This can be explained as follows. The opening 21 is provided on the projection optical system P with respect to the back surface of the reticle R.
When it is in the defocus region of L, that is, when the two are not optically conjugate, the illumination light emitted from the aperture 21 forms a blurred image of the lattice pattern on the back surface of the reticle R via the projection optical system PL. create. The illumination light reflected on the reticle back surface again enters the opening 21 via the projection optical system PL.
Furthermore, the image is a blurred lattice pattern. Therefore, when the reflected light passes through the grid pattern, the blurred portion does not pass through the light-transmitting portion of the grid pattern, so that the amount of transmitted light decreases accordingly.

【００４０】一方、開口２１がレチクル裏面に関して投
影光学系ＰＬの焦点面（結像面）にあるとき、すなわ
ち、光学的に両者が共役な位置関係にあるとき、開口２
１から出射した照明光はレチクル裏面に鮮鋭な像を形成
するので、その反射光が開口２１に入射するとき、その
反射光は格子パターンの鮮鋭な像を形成する。したがっ
て、その反射光が格子パターンを透過するとき、遮光部
に到達する（遮光部によってケラれる）反射光はほとん
どなく、光検出器２８の受光光量がデフォーカスのとき
に比較して増大する。したがって、図５において、光検
出器２８のピーク出力時に焦点検出系２９で得られた出
力値ｆが投影光学系ＰＬの最適焦点位置（ベストフォー
カス位置）となる。主制御系３２の合焦状態検出部３２
Ａは光検出器２８の出力からそのピーク値を求め、その
時の焦点検出系２９の出力値から焦点位置を求める。こ
の処理を各々の開口２１ａｍ〜２１ｅｓについて計１０
回行うと、図６のように各々のパターン２１ａｍ〜２１
ｅｓの焦点位置が焦点検出系２９の出力値として求めら
れる。なお、本実施例では基準部材２０に５組の開口パ
ターン２１ａ〜２１ｅを設けるとともに、各開口パター
ン２１ａｍ，２１ａｓ〜２１ｅｍ，２１ｅｓの各々から
の反射光を個別に受光可能に構成しているので、上記の
如き計測動作においてＺステージ１４のＺ方向への走査
は１回で済むことになる。On the other hand, when the opening 21 is on the focal plane (imaging plane) of the projection optical system PL with respect to the reticle back surface, that is, when the two are optically conjugate with each other, the opening 2
Since the illumination light emitted from 1 forms a sharp image on the back surface of the reticle, when the reflected light enters the opening 21, the reflected light forms a sharp image of the lattice pattern. Therefore, when the reflected light passes through the lattice pattern, almost no reflected light reaches the light-shielding portion (is vignetted by the light-shielding portion), and the amount of light received by the photodetector 28 increases compared to when the light is defocused. Therefore, in FIG. 5, the output value f obtained by the focus detection system 29 at the time of the peak output of the photodetector 28 becomes the optimum focus position (best focus position) of the projection optical system PL. Focusing state detector 32 of main control system 32
A obtains the peak value from the output of the photodetector 28 and obtains the focus position from the output value of the focus detection system 29 at that time. This processing is performed for each of the openings 21am to 21es for a total of 10
6 times, each pattern 21am to 21am as shown in FIG.
The focus position of es is obtained as an output value of the focus detection system 29. In this embodiment, since five sets of opening patterns 21a to 21e are provided in the reference member 20, and the reflected light from each of the opening patterns 21am, 21as to 21em, and 21es can be individually received. In the measurement operation as described above, scanning of the Z stage 14 in the Z direction only needs to be performed once.

【００４１】図６の結果に基づいて、像高（光軸ＡＸか
ら露光領域周辺までの距離）に対する焦点検出系２９の
出力の関係を求めると図７のグラフとなる。図７の符号
Ｍはメディオナル方向の結像特性、符号Ｓはサディタル
方向の結像特性を示す。また、図７の結像特性は像面傾
斜と像面湾曲とが重畳したものである。図７において、
Ｍ方向における像高１００％の焦点検出系２９の出力値
はそれぞれｆ５，ｆ４、Ｓ方向における像高１００％の
焦点検出系２９の出力値はそれぞれｆ３，ｆ２である。
さらに、Ｚ１は像面湾曲を取り除いたＭ像の最低焦点位
置、Ｚ３は像面湾曲を取り除いたＳ像の最低焦点位置、
Ｚ２は像面湾曲を取り除いた像面の最低焦点位置、Ｚ４
は像面湾曲を取り除いたＳ像の最高焦点位置、Ｚ６は像
面湾曲を取り除いたＭ像の最高焦点位置、Ｚ５は像面湾
曲を取り除いた像面の最高焦点位置、Ｚ７は像面傾斜を
取り除いたＳ像の最高焦点位置、Ｚ９は像面傾斜を取り
除いたＭ像の最高焦点位置、Ｚ８は像面傾斜を取り除い
た像面の最高焦点位置である。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the image height (the distance from the optical axis AX to the periphery of the exposure area) and the output of the focus detection system 29 based on the results shown in FIG. In FIG. 7, reference symbol M indicates an imaging characteristic in the median direction, and reference symbol S indicates an imaging characteristic in the sagittal direction. Further, the image forming characteristics in FIG. 7 are obtained by superimposing the image plane inclination and the image plane curvature. In FIG.
The output values of the focus detection system 29 with the image height of 100% in the M direction are f5 and f4, respectively, and the output values of the focus detection system 29 with the image height of 100% in the S direction are f3 and f2, respectively.
Further, Z1 is the lowest focus position of the M image from which the curvature of field has been removed, Z3 is the lowest focus position of the S image from which the curvature of field has been removed,
Z2 is the lowest focal position of the image plane from which the curvature of field has been removed, Z4
Is the maximum focal position of the S image from which the curvature of field is removed, Z6 is the maximum focal position of the M image from which the curvature of field is removed, Z5 is the maximum focus position of the image from which the curvature of field is removed, and Z7 is the inclination of the image plane. The highest focal position of the removed S image, Z9 is the highest focal position of the M image with the image plane tilt removed, and Z8 is the highest focal position of the image plane with the image plane tilt removed.

【００４２】図７において、中心開口２１ａｍ，２１ａ
ｓを除く開口２１ｂｍ，２１ｂｓ〜２１ｅｍ，２１ｅｓ
についてのグラフから、Ｚ１〜Ｚ６を次式により求め
る。 Ｚ1＝ｆ1−（ｆ5−ｆ4）／２ Ｚ3＝ｆ1−（ｆ3−ｆ2）／２ Ｚ4＝ｆ1＋（ｆ3−ｆ2）／２ Ｚ6＝ｆ1＋（ｆ5−ｆ4）／２ Ｚ2＝（Ｚ1＋Ｚ3）／２ Ｚ5＝（Ｚ4＋Ｚ6）／２In FIG. 7, the center openings 21am, 21a
Openings 21bm, 21bs to 21em, 21es excluding s
Are calculated from the following equation. Z1 = f1− (f5−f4) / 2 Z3 = f1− (f3−f2) / 2 Z4 = f1 + (f3−f2) / 2 Z6 = f1 + (f5−f4) / 2 Z2 = (Z1 + Z3) / 2 Z5 = (Z4 + Z6) / 2

【００４３】そして、Ｍ方向の像面傾斜特性として像高
１００％のデータＺ１とＺ６を結び、Ｓ方向の像面傾斜
特性として像高１００％のデータＺ４とＺ３を結び、平
均値特性としてＺ５とＺ２を結ぶと、図８に示す像面傾
斜特性が得られる。同図において符号Ａは全体の像面傾
斜を表わし、Ｍ方向とＳ方向の平均値として求められ、
その像面傾斜ΔＺは、 ΔＺ＝Ｚ5−Ｚ2 となる。また、Ｍ方向像面傾斜は、 ΔＺｍ＝Ｚ6−Ｚ1 Ｓ方向像面傾斜は、 ΔＺｓ＝Ｚ4−Ｚ3 となる。Then, 100% image height data Z1 and Z6 are linked as M-direction image plane tilt characteristics, 100% image height data Z4 and Z3 are linked as S-direction image surface tilt characteristics, and Z5 is set as an average value characteristic. And Z2, the image plane tilt characteristics shown in FIG. 8 are obtained. In the figure, reference symbol A represents the entire image plane inclination, which is obtained as an average value in the M and S directions.
The image plane tilt ΔZ is as follows: ΔZ = Z5−Z2. Further, the image plane inclination in the M direction is ΔZm = Z 6 −Z 1, and the image plane inclination in the S direction is ΔZs = Z 4 −Z 3.

【００４４】図７に示したグラフを図８で求めた像面傾
斜により補正し、さらに四隅の開口２１ｂｍ，２１ｂｓ
〜２１ｅｍ，２１ｅｓに対応する焦点検出系２９の出力
に中心開口２１ａｍ，２１ａｓに対応する焦点検出系２
９の出力を加えて像面湾曲を求めると、図９に示すグラ
フとなる。図９において、 Ｚ7＝（ｆ2＋ｆ3）／２ Ｚ9＝（ｆ4＋ｆ5）／２ Ｚ8＝（Ｚ7＋Ｚ9）／２ の関係がある。The graph shown in FIG. 7 is corrected by the image plane inclination obtained in FIG. 8, and furthermore, the four corner openings 21bm, 21bs
The focus detection system 2 corresponding to the center apertures 21am and 21as is added to the output of the focus detection system 29 corresponding to .about.21 em and 21 es.
When the curvature of field is obtained by adding the output of No. 9, the graph shown in FIG. 9 is obtained. In FIG. 9, there is a relationship of Z7 = (f2 + f3) / 2 Z9 = (f4 + f5) / 2 Z8 = (Z7 + Z9) / 2.

【００４５】ここで、Ｍ方向像面湾曲Δｒｍは、 Δｒｍ＝Ｚ9−ｆ1 となり、Ｓ方向像面湾曲Δｒｓは、 Δｒｓ＝Ｚ7−ｆ1 となるから、全体の像面湾曲ΔｒAは、図９に符号Ａで
示すように、ΔｒｓおよびΔｒｍの平均として求めら
れ、 ΔｒA＝（Δｒｍ＋Δｒｓ）／２＝Ｚ8−ｆ1 となる。アスはＭ方向像面湾曲とＳ方向像面湾曲の差で
あるから、図１０のようなグラフで示される。[0045] Here, M direction field curvature Derutarm is, Δrm = Z9-f1 next, S direction field curvature .DELTA.Rs, since the Δrs = Z7-f1, curvature [Delta] r A of the whole, FIG. 9 As indicated by the symbol A, the average is obtained as Δrs and Δrm, and Δr A = (Δrm + Δrs) / 2 = Z8−f1. Since ass is the difference between the field curvature in the M direction and the field curvature in the S direction, it is shown in a graph as shown in FIG.

【００４６】以上説明した像面傾斜、像面湾曲、および
アスの演算は主制御系３２の結像特性計測部３２Ｂで行
われる。The above-described calculations of the image plane tilt, the image field curvature, and the angle are performed by the imaging characteristic measuring unit 32 B of the main control system 32.

【００４７】図９からわかるように、図示しない平均焦
点位置ｆAは、 ｆA＝ｆ1＋ΔｒA／２＝ｆ1＋（Ｚ8−ｆ1）／２ で表わされる。したがって、焦点検出系２９の出力がｆ
Aに一致するようにＺステージ１４を制御すると、ウエ
ハ表面がレチクルＲの裏面と光学的に共役となり、良好
な結像が得られる。これにより、後述する像面湾曲，ア
スの補正が十分でないときでも、従来よりは良好な結像
が得られる。なお、焦点検出系２９の零点基準が上記ｆ
Aとなるようにキャリブレーションを行っておくことが
望ましい。また、結像面とウエハ表面の最大偏差を最小
とするような面に焦点検出系２９をキャリブレーション
してもよい。As can be seen from FIG. 9, the average focus position f A ( not shown) is represented by f A = f 1 + Δr A / 2 = f 1 + (Z 8 −f 1) / 2. Therefore, the output of the focus detection system 29 becomes f
When the Z stage 14 is controlled to coincide with A , the front surface of the wafer is optically conjugate with the back surface of the reticle R, and a good image is obtained. As a result, even when correction of field curvature and astigmatism, which will be described later, is not sufficient, it is possible to obtain a better image than before. Note that the zero point reference of the focus detection system 29 is f
It is desirable to perform calibration so that A is obtained. Further, the focus detection system 29 may be calibrated on a surface that minimizes the maximum deviation between the imaging surface and the wafer surface.

【００４８】また、例えば図１１に示すような像面湾曲
が得られている場合で、露光領域の半分のエリア（図１
１では中心線８０より左半分）のみ露光するときには、
レベリングステージを８２の如く左半分だけで最適にな
るように駆動して露光すると良好な結像特性が得られ
る。In the case where the curvature of field as shown in FIG. 11 is obtained, for example, half the area of the exposure area (FIG. 1)
When only 1 is exposed on the left half from the center line 80),
When the leveling stage is driven so as to be optimal only in the left half as indicated by 82 and exposure is performed, good image forming characteristics can be obtained.

【００４９】さらに、焦点検出系２９の直線性保証範囲
（換言すれば検出可能範囲）が少ない場合は次のように
することができる。まず、モータ１７にエンコーダ等の
位置センサを付設し、この値によってＺステージを走査
して図５のような関係、すなわち横軸にエンコーダの
値、縦軸に光電検出器２８の出力をとったグラフを求め
る。その後、焦点光学系２９内のハービングガラスを駆
動させつつ、エンコーダの値と焦点検出系２９の出力と
の対応をとり、最終的に焦点検出系２９に対する光電検
出器２８の出力を求める。Further, when the linearity guarantee range (in other words, the detectable range) of the focus detection system 29 is small, the following can be performed. First, a position sensor such as an encoder is attached to the motor 17, and the Z stage is scanned by this value to obtain the relationship shown in FIG. 5, that is, the horizontal axis represents the encoder value and the vertical axis represents the output of the photoelectric detector 28. Find the graph. After that, while driving the harbing glass in the focus optical system 29, the value of the encoder is made to correspond to the output of the focus detection system 29, and finally the output of the photoelectric detector 28 to the focus detection system 29 is obtained.

【００５０】さらに、後述する予測制御によって焦点検
出系２９のハービングガラスを駆動し、これにより、予
めおおよその焦点位置を見つけておいてもよい。この場
合、Ｚステージ１４の走査範囲を小さくでき、焦点検出
系２９の出力だけでＺステージを走査でき、走査に必要
な時間も短くなり、高スループット化できる。Further, it is also possible to drive the harbing glass of the focus detection system 29 by predictive control described later, thereby finding an approximate focus position in advance. In this case, the scanning range of the Z stage 14 can be reduced, the Z stage can be scanned only by the output of the focus detection system 29, the time required for scanning is shortened, and the throughput can be increased.

【００５１】（像面湾曲とアスの補正手順）次に、画像
湾曲およびアスを補正する手順について説明する。基本
的には前述したとおり、投影光学系の３群のレンズエレ
メント（４０，４１）、４３および４５を光軸方向ある
いは光軸に垂直な軸を回転中心として傾動することによ
り、所望の結像状態を得る。ここでは説明を簡単にする
ため、画像湾曲およびアスに限って説明を行うが、投影
倍率、ディストーションの補正も可能である。(Procedure for Correcting Image Curvature and Astigmatism) Next, a procedure for correcting image curvature and astigmatism will be described. Basically, as described above, a desired image is formed by tilting the three lens elements (40, 41), 43, and 45 of the projection optical system about the optical axis direction or an axis perpendicular to the optical axis as a rotation center. Get the state. Here, for the sake of simplicity, the description will be limited to image curvature and astigmatism, but projection magnification and distortion can also be corrected.

【００５２】レンズエレメント（４０，４１）の駆動に
よる像面湾曲およびアスの変化を図１２で説明する。な
お、図１２は一例であり必ずしも一般的ではなく、レン
ズエレメントの構成により変化の仕方は異なってくる。
本実施例のレンズエレメント（４０，４１）を光軸方向
に移動することによって、像面湾曲は図１２（ａ）のよ
うに、またアスは図１２（ｂ）のように変化する。ここ
では、像面湾曲を低減するとアスが増加するような光学
系を設定しているので、投影光学系ＰＬの総合焦点差
（像面湾曲，像面傾斜，アスなどを全て含んだショット
内（露光領域内）における焦点（結像）位置の差）を重
要視し、像面湾曲およびアスが最適値になるようにレン
ズエレメント（４０，４１）を駆動するのが望ましい。
なお、例えば、駆動レンズを変えたり、駆動するレンズ
を増加したり、レンズの曲率，屈折率を変えることによ
って、像面湾曲を減少させるとアスも減少させるように
構成することもできる。The change in curvature of field and astigmatism caused by driving the lens elements (40, 41) will be described with reference to FIG. FIG. 12 is an example and is not necessarily general. The manner of change differs depending on the configuration of the lens element.
By moving the lens elements (40, 41) of this embodiment in the direction of the optical axis, the field curvature changes as shown in FIG. 12A, and the astigmatism changes as shown in FIG. 12B. Here, since the optical system is set such that the astigmatism increases when the curvature of field is reduced, the total focal difference of the projection optical system PL (in a shot including all of the curvature of field, inclination of the image plane, astigmatism, etc.) It is desirable that the lens element (40, 41) be driven so that the focus (difference in the focus (imaging) position in the exposure area) is regarded as important, and the curvature of field and the astigmatism become optimum values.
It should be noted that, for example, by changing the drive lens, increasing the number of lenses to be driven, or changing the curvature and refractive index of the lens, it is possible to reduce the astigmatism when the field curvature is reduced.

【００５３】像面湾曲およびアスの補正のためにレンズ
エレメントを駆動すると、倍率、ディストーションや他
の収差（例えばコマ収差）が悪化する可能性があるが、
複数のレンズエレメントを駆動することができるので、
これらの収差を補正しつつ所望の像面湾曲およびアスの
補正を行うことが可能である。When the lens element is driven for correction of curvature of field and astigmatism, magnification, distortion, and other aberrations (for example, coma) may be deteriorated.
Since multiple lens elements can be driven,
It is possible to correct desired field curvature and astigmatism while correcting these aberrations.

【００５４】以上が投影光学系ＰＬの結像特性補正部Ｉ
Ｃによる補正の手順であるが、レンズエレメント（４
０，４１）、４３あるいは４５の駆動により像面が上下
動してしまう可能性も考えられるが、この変化量に応じ
て焦点検出系２９に電気的、または光学的にオフセット
を与えてやれば、ウエハＷが常に最良像面にセットされ
るので、この影響を防げる。なお、投影光学系ＰＬが完
全に両側にテレセントリックなものであれば、レチクル
の上下移動によって補正することもできる。The above is the description of the imaging characteristic correction unit I of the projection optical system PL.
The procedure of correction by C is as follows.
0, 41), 43 or 45, the image plane may move up and down, but if the focus detection system 29 is electrically or optically offset according to the amount of change, Since the wafer W is always set on the best image plane, this effect can be prevented. If the projection optical system PL is completely telecentric on both sides, the correction can be made by moving the reticle up and down.

【００５５】（像面傾斜の補正）像面傾斜は、前述の計
測から求まった露光領域の４隅の焦点差（像面傾斜）を
オフセットとして電気的、または光学的に水平位置検出
系３０に与えて補正する。すなわち、オフセットが与え
られた水平位置検出系３０でウエハ面の水平位置を検出
しつつレベリングステージを駆動してウエハＷを傾動さ
せることにより像面傾斜が補正される。(Correction of Image Plane Tilt) The image plane tilt is electrically or optically transferred to the horizontal position detection system 30 by using the focus differences (image plane tilt) at the four corners of the exposure area obtained from the above-described measurement as offsets. Give and correct. That is, the leveling stage is driven to tilt the wafer W while the horizontal position detecting system 30 to which the offset is given detects the horizontal position of the wafer surface, thereby correcting the image plane tilt.

【００５６】（実際の使用方法）次に本実施例の具体的
な使用方法について説明する。 （１）投影光学系ＰＬが初期状態で有する像面湾曲，像
面傾斜およびアスの最適化は前述した手順でシステムの
セットアップ時に行なえばよい。(Actual Usage Method) Next, a specific usage method of this embodiment will be described. (1) Optimization of the curvature of field, the inclination of the image plane, and the astigmatism of the projection optical system PL in the initial state may be performed when setting up the system according to the above-described procedure.

【００５７】（２）大気圧や周囲温度などの環境の変化
あるいは照明光吸収などによって投影光学系ＰＬの焦点
位置，像面湾曲，像面傾斜およびアスが変化する場合、
それらの変化が比較的遅いとき、あるいは計測間隔にお
ける変化量が無視できる程度のときは、たとえばウエハ
交換時などに定期的にＺステージ１４を走査し、このと
きの光検出器２８から得られる信号に基づいて結像特性
を計測し、レンズエレメント（４０，４１），４３，４
５やレベリングステージを駆動し、これにより、上記各
結像特性が最適になるようにできる。(2) When the focal position, curvature of field, tilt of the image plane, and angle of the projection optical system PL change due to changes in the environment such as the atmospheric pressure or the ambient temperature or absorption of illumination light, etc.
When the change is relatively slow or when the amount of change in the measurement interval is negligible, the Z stage 14 is periodically scanned, for example, when replacing a wafer, and a signal obtained from the photodetector 28 at this time is used. The imaging characteristics are measured based on the lens elements (40, 41), 43, 4
5 and the leveling stage are driven, so that the above-mentioned respective imaging characteristics can be optimized.

【００５８】（３）上記環境の変化や照明光吸収による
投影光学系ＰＬの焦点位置，像面湾曲，像面傾斜および
アスの変化が比較的速い場合は、上述した開口２１を通
過する光束を用いた結像特性の補正と、従来から知られ
ている予測制御による補正とを併用し所望の精度が得ら
れる。(3) If the focal position, curvature of field, tilt of the image plane and tilt of the projection optical system PL change relatively rapidly due to the change in the environment or absorption of the illumination light, the light beam passing through the above-described opening 21 is changed. A desired accuracy can be obtained by using both the correction of the used imaging characteristic and the correction by the conventionally known prediction control.

【００５９】（予測制御）予測制御とは、たとえば、特
開平１−２７３３１８号公報に開示されているもので、
投影光学系ＰＬが露光光から受ける熱量によって変動す
る結像特性を予め計測してメモリし、このメモリ値に基
づいて実露光時の結像特性を補正するものである。(Predictive control) The predictive control is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-273318.
The imaging characteristics which fluctuate according to the amount of heat received from the exposure light by the projection optical system PL are measured and stored in advance, and the imaging characteristics at the time of actual exposure are corrected based on the memory value.

【００６０】投影光学系ＰＬの結像状態の変化特性は、
シャッタ２のオープン・クローズの情報、反射量モニタ
８および照射量モニタ１６の出力ＲＳ，ＬＳを使用して
熱量を計測するとともに、結像特性の変化が充分計測で
きる時間間隔でＺステージ１４を走査し、開口２１を通
る光束の受光信号、すなわち光検出器２８の出力信号に
基づいて結像特性を求める。そして、熱量に対する結像
特性の状態変数を主制御系３２のメモリに格納する。な
お、熱量は、単位時間あたりの照射エネルギを検出する
照射量モニタ１６の出力値と、シャッタ２のオープン時
間とに基づいて算出される。The change characteristic of the imaging state of the projection optical system PL is as follows.
The amount of heat is measured using the information on the opening / closing of the shutter 2 and the outputs RS and LS of the reflection amount monitor 8 and the irradiation amount monitor 16, and the Z stage 14 is scanned at a time interval at which a change in the imaging characteristics can be sufficiently measured. Then, an imaging characteristic is obtained based on a light receiving signal of a light beam passing through the opening 21, that is, an output signal of the photodetector 28. Then, the state variable of the imaging characteristic with respect to the amount of heat is stored in the memory of the main control system 32. Note that the heat amount is calculated based on an output value of the irradiation amount monitor 16 that detects irradiation energy per unit time, and an open time of the shutter 2.

【００６１】露光時には、反射量モニタ８，照射量モニ
タ１６からそれぞれ入力される光情報ＲＳ，ＬＳと、シ
ャッタ２のオープン・クローズの情報および前述したメ
モリに格納されている変化特性にしたがって、投影光学
系ＰＬの熱吸収による結像特性の変化量を算出する。投
影光学系ＰＬの結像状態が、大気圧変化を初めとする他
の要因で変動する場合には、予め計測して記憶されてい
るデータ（たとえば大気圧変動に対する結像特性の変動
のデータ）に基づいてこれらの変化量も合計する。大気
圧計は投影光学系ＰＬの中に設置することができる。こ
の合計値に対して像面湾曲，像面傾斜およびアスの最適
な補正量を計算し、レンズエレメント（４０，４１），
４３，４５を駆動素子４８〜５０で駆動して補正を行な
う。At the time of exposure, the projection is performed in accordance with the optical information RS and LS input from the reflection amount monitor 8 and the irradiation amount monitor 16, the open / close information of the shutter 2, and the change characteristics stored in the memory described above. The amount of change in the imaging characteristics due to heat absorption of the optical system PL is calculated. When the imaging state of the projection optical system PL fluctuates due to other factors such as a change in the atmospheric pressure, data measured and stored in advance (for example, data of a change in the imaging characteristics with respect to the change in the atmospheric pressure). These changes are also summed up based on The barometer can be installed in the projection optical system PL. The optimum correction amount of the field curvature, the image plane tilt and the astigmatism is calculated for the total value, and the lens elements (40, 41),
43 and 45 are driven by drive elements 48 to 50 to perform correction.

【００６２】ここで、焦点位置合せは、オフセットが与
えられた焦点検出系２９で焦点位置を検出しつつＺステ
ージ１４を駆動してウエハＷを上下動することにより行
なわれる。像面傾斜の補正は、オフセットが与えられた
水平位置検出系３０でウエハ面の水平位置を検出しつつ
レベリングステージを駆動してウエハＷを傾動させるこ
とにより行なわれる。Here, the focus position is adjusted by driving the Z stage 14 and moving the wafer W up and down while detecting the focus position with the focus detection system 29 provided with the offset. The correction of the image plane tilt is performed by driving the leveling stage to tilt the wafer W while detecting the horizontal position of the wafer surface by the horizontal position detection system 30 to which the offset is given.

【００６３】このようにして、例えば１枚のウエハに対
する露光を行っている間に、環境変化等による投影光学
系ＰＬの結像特性の変動量が所定の許容値を越える場合
には、レンズエレメント（４０，４１），４３，４５や
Ｚステージ１４を予測制御により駆動した上、さらに定
期的に、たとえばウエハ交換毎、または単位処理枚数毎
に上述したと同様にＺステージ１４を走査しながら光検
出器２８からの信号を検出して焦点位置、像面湾曲，像
面傾斜およびアスを計測して補正を行なうと、予測制御
が定期的にキャリブレーションされ、投影光学系ＰＬの
結像特性が向上する。なお、投影光学系ＰＬの結像特性
の変動量が許容値を越えた時点で直ちに露光動作を停止
し、上記実施例の如く結像特性の計測および補正を行う
ようにしてもよい。As described above, for example, while the exposure of one wafer is being performed, if the amount of change in the imaging characteristics of the projection optical system PL due to environmental changes or the like exceeds a predetermined allowable value, the lens element The (40, 41), 43, 45 and the Z stage 14 are driven by predictive control, and the light is further scanned periodically while scanning the Z stage 14 in the same manner as described above, for example, every time a wafer is replaced or every unit processed. When a signal from the detector 28 is detected to measure and correct the focal position, the curvature of field, the inclination of the image plane, and the astigmatism, the prediction control is periodically calibrated, and the imaging characteristic of the projection optical system PL is changed. improves. Note that the exposure operation may be stopped immediately when the amount of change in the imaging characteristics of the projection optical system PL exceeds an allowable value, and the measurement and correction of the imaging characteristics may be performed as in the above embodiment.

【００６４】また、基準部材２０が傾いている場合で
も、予めその傾きを計測しておき、開口２１による結像
特性の計測時に、計測値に基づいてその傾きを補正する
こともできる。基準部材２０の傾きは、斜入射式検出光
学系とそのハービングガラスでＸＹステージの位置を変
えながら計測したり、製造工程でＸＹステージを移動し
ながら電子マイクロ等で計測することができる。Further, even when the reference member 20 is inclined, the inclination can be measured in advance, and the inclination can be corrected based on the measured value when the image forming characteristic is measured by the opening 21. The inclination of the reference member 20 can be measured while changing the position of the XY stage with the oblique incidence type detection optical system and its harbing glass, or by moving the XY stage in the manufacturing process with an electronic micro or the like.

【００６５】（開口２１の変形例I）以上の実施例で
は、開口２１のパターンを図２（ａ），（ｂ）に示すよ
うに透光部と遮光部との組合せパターンで説明したが、
計測光の波長を１／４波長だけシフトさせる位相シフト
パターンを用いて図２と等価なパターンを形成できる。(Modification I of Opening 21) In the above embodiment, the pattern of the opening 21 was described as a combination pattern of the light transmitting portion and the light shielding portion as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
A pattern equivalent to FIG. 2 can be formed using a phase shift pattern that shifts the wavelength of the measurement light by １ ／ wavelength.

【００６６】この原理を図１３により説明する。図１３
（ａ）に示すように、位相パターン５１を下方から照明
すると回析光が発生する。このとき、０次光に比べて±
１次光は位相が１／４波長だけずれる。これらの光線が
レチクルＲの下面で反射され再びパターン５１に戻って
くる。パターン５１が焦点面にあるとき、図１３（ｂ）
に示すように、±１次光は再び回析し、（＋１），（−
１）で示す光線が０次光と同じ光路を通って戻ってい
く。このとき、（＋１），（−１）で示す光線の位相が
さらに１／４波長だけずれ、０次光とは１／２波長位相
がずれ、したがって、（＋１），（−１）で示す光線は
０次光を打消すように働く。This principle will be described with reference to FIG. FIG.
As shown in (a), when the phase pattern 51 is illuminated from below, diffracted light is generated. At this time, ±
The primary light is shifted in phase by 1/4 wavelength. These light rays are reflected on the lower surface of the reticle R and return to the pattern 51 again. When the pattern 51 is on the focal plane, FIG.
As shown in the figure, the ± 1st order light is diffracted again, and (+1), (−
The light ray shown in 1) returns through the same optical path as the zero-order light. At this time, the phases of the light beams indicated by (+1) and (-1) are further shifted by ４ wavelength, and the phase of the light beam is shifted by 波長 wavelength from the zero-order light, and therefore, indicated by (+1) and (−1). The rays act to cancel the zero order light.

【００６７】パターン５１が投影光学系ＰＬの焦点面に
ないときは、０次光と±１次光との位相差が１／２波長
にならないため上記光の打消しがなくなる。以上より、
図１４のように開口５１の出力が最小となるときが、ベ
ストフォーカスである。この方法によれば、上述した方
法に比べてレチクル裏面からの反射光の全てがパターン
５１を通過するため、Ｓ／Ｎ比が高くなりベストフォー
カス点を検出しやすくなる。When the pattern 51 is not on the focal plane of the projection optical system PL, the phase difference between the 0th-order light and the ± 1st-order light does not become 波長 wavelength, so that the above-mentioned light is eliminated. From the above,
The best focus is when the output of the opening 51 is minimum as shown in FIG. According to this method, since all of the reflected light from the reticle back surface passes through the pattern 51 as compared with the above-described method, the S / N ratio is increased and the best focus point is easily detected.

【００６８】（開口パターン２１の変形例II）以上で
は、基準部材２０に１０個の開口２１ａｍ，２１ａｓ〜
２１ｅｍ，２１ｅｓを設けた場合について説明したが、
この場合、厳密にはＭ方向とＳ方向とでは異なった領域
を観察している。このような点が問題になる場合には、
次のような開口を用いることができる。(Modification II of Opening Pattern 21) In the above, ten openings 21am, 21as to
Although the case where 21 em and 21 es are provided has been described,
In this case, strictly speaking, different regions are observed in the M direction and the S direction. If this is a problem,
The following openings can be used.

【００６９】図１５に示すように、微小面積のＥＣＤ
（エレクトロクロミックデバイス）などをマトリックス
状に配置し、各微小素子の印加電圧を制御することによ
り図２（ａ）あるいは（ｂ）に示すような格子パターン
をそれぞれ形成できる。この場合、図１６に示すよう
に、５個の開口２１ａ〜２１ｅを設ければよく、省スペ
ース、信号処理回路の小規模化の面でも有利である。こ
の構成による像面湾曲，像面傾斜およびアスの計測手順
は上述した場合とほとんど同じであるが、Ｍ方向および
Ｓ方向の開口パターンを設けた上述の実施例では１回の
Ｚステージ１４の走査でＭ方向とＳ方向とを同時に計測
できたが、この構成では、Ｍ方向とＳ方向の格子パター
ンのそれぞれについてＺステージ１４をそれぞれ走査し
なければならない。As shown in FIG. 15, a small area ECD
By arranging (electrochromic devices) and the like in a matrix and controlling the applied voltage to each microelement, a lattice pattern as shown in FIG. 2A or 2B can be formed. In this case, as shown in FIG. 16, five openings 21a to 21e may be provided, which is advantageous in terms of space saving and downsizing of the signal processing circuit. The measurement procedure of the curvature of field, the inclination of the image plane and the astigmatism by this configuration is almost the same as that in the above-described case. , The M direction and the S direction can be measured simultaneously, but in this configuration, the Z stage 14 must be scanned for each of the grid patterns in the M direction and the S direction.

【００７０】（開口パターンの変形例III）ＥＣＤなど
の電気素子で格子パターンを形成する場合は、唯一つの
開口２１ａで全ての点の計測が可能となる。すなわち、
ＸＹステージ１５を移動させて投影光学系ＰＬの露光領
域ＩＦ内で開口２１ａを開口２１ｂ〜２１ｅの各々に対
応した位置に位置決めし、それぞれの点でＭ方向、Ｓ方
向のパターンを形成してＺステージ１４を、その都度、
光軸方向に走査させると、唯一つの開口２１ａだけで各
点の像面湾曲，像面傾斜およびアスが計測できる。この
際、ＥＣＤなどの電気素子で格子パターンを形成せずと
も、例えば、上記実施例と同様にクロムなどの遮光部で
格子パターンを形成してもよい。ただし、この場合には
格子パターンを水平面内で回転可能に構成しておく必要
がある。しかしながら上記の如く２つの開口パターン２
１ａｍ，２１ａｓを形成しておく必要はなく、唯一の開
口パターン（２１ａｍ，２１ａｓのいずれか一方）で良
いといった利点がある。(Modification III of Opening Pattern) When a lattice pattern is formed by an electric element such as an ECD, all points can be measured with only one opening 21a. That is,
The XY stage 15 is moved to position the opening 21a at a position corresponding to each of the openings 21b to 21e in the exposure area IF of the projection optical system PL, and a pattern in the M direction and the S direction is formed at each point, and Z Stage 14, each time
When scanning is performed in the direction of the optical axis, the curvature of field, the inclination of the image plane, and the astigmatism of each point can be measured with only one opening 21a. At this time, instead of forming a grid pattern with an electric element such as an ECD, for example, a grid pattern may be formed with a light shielding portion made of chrome or the like as in the above embodiment. However, in this case, it is necessary to make the grid pattern rotatable in a horizontal plane. However, as described above, the two opening patterns 2
It is not necessary to form 1am and 21as, and there is an advantage that only one opening pattern (either 21am or 21as) is required.

【００７１】（開口パターンの変形例IV）図２（ａ），
（ｂ）に示した開口パターンや図１３に示した位相シフ
ト式パターンを使用する場合は、基準部材２０そのも
の、あるいは基準部材２０が設けられているＺステージ
を回転可能にすれば、ＥＣＤなどの電気素子によるパタ
ーンと同様に、唯一つの開口パターンで露光領域内の５
箇所（２１ａ〜２１ｅ）で像面湾曲，像面傾斜およびア
スを計測できる。すなわち、たとえば図２（ａ）の開口
パターンを露光領域の光軸上でＸ軸に対して４５度回転
させてメディオナル方向の計測を行い、さらに、Ｘ軸に
対して１３５度回転させてサディタル方向の計測を行な
う。これを各点で行えばよい。(Modification Example IV of Opening Pattern) FIG.
In the case of using the aperture pattern shown in (b) or the phase shift type pattern shown in FIG. 13, if the reference member 20 itself or the Z stage provided with the reference member 20 is made rotatable, an ECD or the like can be used. As with the pattern by the electric element, only one opening pattern
At the points (21a to 21e), the curvature of field, the inclination of the image plane and the astigmatism can be measured. That is, for example, the opening pattern of FIG. 2A is rotated 45 degrees with respect to the X axis on the optical axis of the exposure area to measure in the median direction, and further rotated 135 degrees with respect to the X axis to change in the sagittal direction. Is measured. This may be performed at each point.

【００７２】（開口パターンの変形例Ｖ）２つの開口２
１ａｍ，２１ｅｓを用いることもできる。この場合、上
記段落番号(Variation V of Opening Pattern) Two Openings 2
1am and 21es can also be used. In this case, the above paragraph number

【００６９】で述べたのと同じ動作となるが、ＥＣＤが
不要でかつ光学系が容易となる利点がある。The operation is the same as that described above, but there is an advantage that the ECD is not required and the optical system is easy.

【００７３】（複数の焦点検出系を設ける変形例）以上
では、投影光学系ＰＬの光軸中心を測定する唯一つの焦
点検出系２９を設けた場合について説明したが、露光エ
リア内の各所が計測できるように複数個の焦点検出系を
設けることもできる。このとき、複数個の焦点検出系２
９が図３の２１ａｍ，２１ａｓ〜２１ｅｍ，２１ｅｓの
各点を測定できれば、基準部材２０が傾いている場合、
あるいは傾きが変化している場合でも、誤差なく測定で
きる。逆に、基準部材２０を厳密に水平に保持できれ
ば、基準部材２０の複数の開口２１を複数の焦点検出系
２９のキャリブレーションに用いることができる。(Modification in which a plurality of focus detection systems are provided) In the above, a case has been described in which only one focus detection system 29 for measuring the optical axis center of the projection optical system PL is provided. A plurality of focus detection systems can be provided as possible. At this time, a plurality of focus detection systems 2
If 9 can measure each point of 21am, 21as to 21em, 21es in FIG. 3, if the reference member 20 is inclined,
Alternatively, even when the inclination changes, measurement can be performed without error. Conversely, if the reference member 20 can be strictly held horizontally, the plurality of openings 21 of the reference member 20 can be used for calibration of the plurality of focus detection systems 29.

【００７４】また、この場合、像面の凹凸とウエハの凹
凸を考慮してより厳密な焦点合せも可能である。たとえ
ば、ウエハＷの反りに合わせて像面を意図的に湾曲させ
て露光することも可能である。なお、焦点検出系２９お
よび水平位置検出系３０は本実施例の構成に限られるも
のではない。例えばウエハ上の矩形状のショット領域の
４隅およびその中心の各々にスリットまたはピンホール
の像を照射することにより各点での高さ位置（Ｚ方向の
位置）を検出するように焦点検出系を構成すれば、特に
水平位置検出系を設けずとも、５点での高さからウエハ
表面の傾斜量を求めることができる。In this case, more precise focusing can be performed in consideration of the unevenness of the image plane and the unevenness of the wafer. For example, the exposure can be performed with the image plane intentionally curved in accordance with the warpage of the wafer W. The focus detection system 29 and the horizontal position detection system 30 are not limited to the configuration of the present embodiment. For example, by irradiating an image of a slit or a pinhole to each of the four corners and the center of a rectangular shot area on a wafer, a focus detection system is configured to detect a height position (a position in the Z direction) at each point. With this configuration, the inclination amount of the wafer surface can be obtained from the height at five points without providing a horizontal position detection system.

【００７５】（投影光学系ＰＬの偏心および球面收差の
測定方法）上述した投影露光装置を用いて、投影光学系
ＰＬの偏心あるいは球面收差を計測して補正することも
できる。(Method of Measuring Eccentricity and Spherical Gap of Projection Optical System PL) The above-described projection exposure apparatus can be used to measure and correct the eccentricity or spherical aberration of the projection optical system PL.

【００７６】−偏心の測定・除去−投影光学系ＰＬを構
成するレンズエレメントの全ての光軸が揃っている場合
には、形成される光軸中心の像（すなわち投影光学系Ｐ
Ｌの露光領域ＩＦの中心に形成される像）には非点收差
（アス）は発生しない。つまり、図３の開口２１ａｍ，
２１ａｓでそれぞれ測定したフォーカス点にはずれがな
い。そこで、開口２１ａｍでの測定値と開口２１ａｓで
の測定値のずれを求めれば、投影光学系ＰＬの偏心を測
定できる。そして、たとえばレンズエレメント（４０，
４１），４３，４５のいずれかを、光軸と直交する垂直
面内において、測定された偏心量を補正するように移動
させることにより、偏心が除去できる。-Measurement and removal of eccentricity-When all the optical axes of the lens elements constituting the projection optical system PL are aligned, an image of the center of the optical axis to be formed (that is, the projection optical system P
No astigmatism is generated in the image formed at the center of the L exposure area IF. That is, the openings 21am,
There is no deviation between the focus points measured at 21as. Therefore, the eccentricity of the projection optical system PL can be measured by determining the difference between the measured value at the opening 21am and the measured value at the opening 21as. Then, for example, the lens element (40,
The eccentricity can be removed by moving any of 41), 43, and 45 in a vertical plane perpendicular to the optical axis so as to correct the measured eccentricity.

【００７７】−球面收差の測定・除去− 球面收差がある場合、図５あるいは図１４の波形が歪
み、たとえば、左右が非対称になったり、コントラスト
が低下する。そこで、予め球面收差が発生した場合の信
号歪をシミュレーションして求めておけば、検出信号の
歪から收差量が測定できる。そして、投影光学系ＰＬと
ウエハＷとの間に平行平板ガラスを挿入することにより
球面收差を除去できる。-Measurement / removal of spherical surface difference- If there is a spherical surface difference, the waveform in FIG. 5 or FIG. 14 is distorted, for example, left and right are asymmetric or the contrast is reduced. Therefore, if the signal distortion in the case where the spherical aberration occurs is obtained in advance by simulation, the amount of the difference can be measured from the distortion of the detection signal. Then, by inserting parallel flat glass between the projection optical system PL and the wafer W, spherical aberration can be removed.

【００７８】（結像特性照明光をレチクル側から照射す
る変形例）以上では、開口パターン２１を有する基準部
材２０をＺステージ１４上に配置し、ステージの下方か
ら投影光学系ＰＬの結像特性計測照明光を照射し、レチ
クル裏面からの反射光を再び投影光学系ＰＬおよび開口
２１を介して光検出器２８で受光するようにしたが、次
のようにして、上記計測用照明光を照射してもよい。(Modification in which illumination light is irradiated from the reticle side) In the above description, the reference member 20 having the opening pattern 21 is arranged on the Z stage 14, and the imaging characteristic of the projection optical system PL is viewed from below the stage. The illumination light for measurement is irradiated, and the reflected light from the back surface of the reticle is again received by the photodetector 28 via the projection optical system PL and the opening 21. The illumination light for measurement is irradiated as follows. May be.

【００７９】開口パターンを有するテストレチクルを用
い、レチクル上方からその開口パターン，投影光学系Ｐ
Ｌを介してウエハステージ上の基準反射面に計測用照明
光を照射し、その基準反射面からの反射光を投影光学系
ＰＬ，レチクルの開口パターンを通して光検出器で受光
する。この場合、光検出器はレチクルとほぼ共役の位置
に配置される。ここでテストレチクルを用いずとも、図
３中に示した開口パターンをデバイスレチクルの複数箇
所に設けることによって、同様に結像特性を求めること
ができる。Using a test reticle having an opening pattern, the opening pattern and the projection optical system P
The illumination light for measurement is irradiated to the reference reflection surface on the wafer stage via L, and the light reflected from the reference reflection surface is received by the photodetector through the projection optical system PL and the opening pattern of the reticle. In this case, the photodetector is arranged at a position substantially conjugate with the reticle. Here, even if a test reticle is not used, the image forming characteristics can be similarly obtained by providing the opening pattern shown in FIG.

【００８０】なお以上では、半導体集積回路を製造する
ための縮小投影露光装置について説明したが、本発明は
これ以外の投影露光装置、たとえば大型の液晶装置を製
造するのに使用される露光装置などにも適用できる。In the above, a reduced projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit has been described. However, the present invention relates to other projection exposure apparatuses, such as an exposure apparatus used for manufacturing a large liquid crystal device. Also applicable to

【００８１】ここで、上記実施例では投影光学系ＰＬの
結像特性を補正する手段として、投影光学系ＰＬを構成
するレンズエレメントの一部を駆動する機構（結像特性
補正部ＩＣ）を用いていたが、本発明に適用できる補正
手段は上記機構に限られるものではなく、例えばレチク
ルＲを駆動する方式、もしくはレチクルＲと投影光学系
ＰＬとの間に配置したフィールドレンズを２次元移動、
または傾斜させる方式、あるいは投影光学系ＰＬを構成
する２つのレンズエレメントに挟まれた空間を密封し、
この密封空間の圧力を調整する方式等のいずれか、ある
いはこれらを組み合わせたものを採用しても構わない。
なお、上記実施例の如き投影光学系の結像特性の計測
は、単位時間毎、もしくは所定のウエハ処理枚数毎に行
うようにしても良い。Here, in the above embodiment, as a means for correcting the image forming characteristics of the projection optical system PL, a mechanism (image forming characteristic correcting section IC) for driving a part of the lens element constituting the projection optical system PL is used. However, the correction means applicable to the present invention is not limited to the above mechanism. For example, a method of driving the reticle R, or a two-dimensional movement of a field lens disposed between the reticle R and the projection optical system PL,
Or a method of inclining, or sealing a space sandwiched between two lens elements constituting the projection optical system PL,
Any of the methods for adjusting the pressure in the sealed space or a combination thereof may be adopted.
The measurement of the imaging characteristics of the projection optical system as in the above embodiment may be performed for each unit time or for each predetermined number of processed wafers.

【００８２】また、上記実施例では基準部材２０の開口
パターン２１ａｍ、２１ａｓ〜２１ｅｍ、２１ｅｓの各
々を独立に照明するとともに、各開口パターンからの反
射光を個別に受光するように構成するものとしたが、例
えば基準部材２０の裏面全体を照明可能に構成するとと
もに、基準部材２０とファイバー２５の端面との間に可
変絞りを配置し、各開口パターンの位置での焦点位置を
検出するに際しては可変絞りを駆動して、所望の開口パ
ターンのみに照明光を照射するように構成しても良い。
この場合には、ファイバー２５および光検出器２８が１
組だけあれば良く、計測用照明系ＬＬの構成を簡略化で
きるといった利点が得られる。In the above embodiment, each of the opening patterns 21am, 21as to 21em, and 21es of the reference member 20 is independently illuminated, and the reflected light from each of the opening patterns is individually received. However, for example, the entire back surface of the reference member 20 is configured to be illuminable, and a variable stop is arranged between the reference member 20 and the end face of the fiber 25, so that the focal position at each aperture pattern position is variable. The aperture may be driven to illuminate only the desired aperture pattern with illumination light.
In this case, the fiber 25 and the photodetector 28 are 1
Only a set is required, and an advantage that the configuration of the measurement illumination system LL can be simplified can be obtained.

【００８３】さらに、上記実施例では計測結果に基づい
て結像特性補正部ＩＣにより投影光学系の結像特性を補
正し、予め各收差をほぼ零に抑えることとしていた。し
かしながら、上記補正を行わずとも、計測結果（像面湾
曲、像面傾斜、非点收差等）に基づいて投影光学系ＰＬ
の平均的な結像面を求め、この平均結像面が零点基準と
なるように焦点検出系２９および水平位置検出系３０の
キャリブレーションを行う（または電気的、光学的にオ
フセットを与える）だけでも構わない。この際、上記の
如く算出された平均的な結像面の評価を行い、この平均
的な結像面の理想結像面（設計値）に対する変化量が所
定の許容値（焦点検出系２９や水平位置検出系３０の検
出可能範囲、レベリングステージの可動範囲等によって
一義的に定められる値）以内であればキャリブレーショ
ンのみを行い、許容値を超えている場合には上記補正を
行うこととしても良い。なお、上記実施例において結像
特性補正部ＩＣにより補正できない收差、あるいは補正
しきれずに残留した收差については、焦点検出系２９や
水平位置検出系３０のキャリブレーションを行ったり、
電気的または光学的にオフセットを与えることにより除
去してやれば良いことは言うまでもない。Further, in the above embodiment, the imaging characteristic of the projection optical system is corrected by the imaging characteristic correction unit IC based on the measurement result, and each difference is suppressed to approximately zero in advance. However, even without performing the above correction, the projection optical system PL can be used based on the measurement results (field curvature, field inclination, astigmatism, etc.).
Is obtained, and the focus detection system 29 and the horizontal position detection system 30 are calibrated (or electrically and optically offset) so that the average image plane becomes the zero point reference. But it doesn't matter. At this time, the average image plane calculated as described above is evaluated, and the amount of change of the average image plane with respect to the ideal image plane (design value) is set to a predetermined allowable value (the focus detection system 29 or the like). If only within the detectable range of the horizontal position detection system 30, the movable range of the leveling stage, etc.), only the calibration is performed, and if the value exceeds the allowable value, the above correction may be performed. good. In the above-described embodiment, calibration is performed on the focus detection system 29 and the horizontal position detection system 30 with respect to the difference that cannot be corrected by the imaging characteristic correction unit IC or the difference that remains without being corrected.
Needless to say, it may be removed by giving an electrical or optical offset.

【００８４】また、上記実施例において予測制御を併用
する場合には、例えば何枚のウエハ毎に上記の如き投影
光学系の結像特性の計測を行うかを設定するための枚数
設定手段（カウンタ等）を設けておく。一般に、露光動
作を開始してから所定枚数のウエハまでは、予測制御に
おいて演算にて算出される結像特性と、上記計測にて求
まる実際の結像特性との差（演算誤差）は小さく、特に
上記計測を行わずとも、予測制御のみで結像特性を所定
の許容値以内に抑えることができる。このため、露光動
作を開始する前に枚数設定手段にセットする枚数は多く
ても良く、ここでは例えば１０枚に設定しておくものと
する。これにより、１０枚のウエハに対する露光が終了
するたびに上記計測が行われることになる。When the prediction control is also used in the above embodiment, for example, the number of sheets setting means (counter) for setting the number of wafers for measuring the imaging characteristics of the projection optical system as described above. Etc.) are provided. Generally, from the start of the exposure operation to a predetermined number of wafers, the difference (calculation error) between the imaging characteristics calculated by the calculation in the prediction control and the actual imaging characteristics obtained by the measurement is small. In particular, even without performing the above measurement, the imaging characteristics can be suppressed to within a predetermined allowable value only by the prediction control. For this reason, the number of sheets set in the number setting means before starting the exposure operation may be large, and here, for example, it is set to ten sheets. Thus, the above measurement is performed each time the exposure of the ten wafers is completed.

【００８５】以上のように枚数設定手段を用いる場合、
露光動作開始前に結像特性の計測、補正を行った後は、
予測制御のみで結像特性を補正しながら、１０枚目まで
のウエハの露光を行い、この露光が終了した時点で上記
計測を実行する。そして、この計測結果と演算にて算出
される結像特性とを比較し、その差（演算誤差）が所定
の許容値（投影光学系の焦点深度や結像特性の制御精度
等によって定まる値）以上となっている場合には、直ち
に上記計測結果に基づいて結像特性の補正を行うととも
に、枚数設定手段への処理枚数（例えば８枚程度）を設
定する。一方、上記差が許容値に達していない場合に
は、上記差に従って実験的、または経験的に枚数設定手
段における設定枚数を変更する。つまり、あと何枚のウ
エハに対する露光を行うと、上記差が許容値以上となる
かを判断して、設定枚数を変更、例えば２枚に設定す
る。次に、２枚のウエハに対する露光が終了した時点で
上記計測を実行して結像特性を補正するとともに、枚数
設定手段に対する設定枚数を８枚程度に設定する。これ
は処理枚数の増加に伴って、露光動作を開始してから所
定時間経過するまでは徐々に上記差が大きくなるためで
ある。以下、上記動作を繰り返して実行していき、実際
の結像特性がほぼ安定した時点で枚数設定手段への設定
枚数も固定されることになり、当該枚数毎の計測と予測
制御とによって、残りの全てのウエハに対する露光が行
われる。このようなシーケンスを採用することによっ
て、上記計測の回数を減らすことができ、スループット
を向上させることが可能となる。When the number setting means is used as described above,
After measuring and correcting the imaging characteristics before starting the exposure operation,
Exposure of up to the tenth wafer is performed while correcting the imaging characteristics only by the predictive control, and the above measurement is executed when this exposure is completed. Then, the measurement result is compared with the imaging characteristics calculated by the calculation, and the difference (calculation error) is a predetermined allowable value (a value determined by the depth of focus of the projection optical system, the control accuracy of the imaging characteristics, and the like). In the case described above, the imaging characteristics are immediately corrected based on the measurement result, and the number of processed images (for example, about eight) is set to the number setting unit. On the other hand, if the difference does not reach the allowable value, the number of sheets set by the number setting means is changed experimentally or empirically according to the difference. That is, it is determined whether or not the number of wafers to be exposed is larger than the allowable value when the exposure is performed, and the set number is changed, for example, to two. Next, when the exposure of the two wafers is completed, the above measurement is executed to correct the imaging characteristics, and the number of sheets set to the number setting means is set to about eight. This is because the difference gradually increases from the start of the exposure operation until a predetermined time elapses as the number of processed sheets increases. Hereinafter, the above operation is repeatedly performed, and the number of sheets set to the number of sheets setting means is fixed at the time when the actual imaging characteristics are substantially stabilized. Is performed on all the wafers. By employing such a sequence, the number of times of the measurement can be reduced, and the throughput can be improved.

【００８６】なお、本発明ではデバイスレチクルの裏面
（パターン面）に、基準部材２０上の開口パターンの像
を投影しているため、レチクルパターンの形状等によっ
てはレチクルからの反射光の強度が低下し得る。このよ
うな場合には、投影光学系ＰＬの露光領域ＩＦ内での計
測点をずらして再度計測を行うようにすることが望まし
い。In the present invention, since the image of the opening pattern on the reference member 20 is projected on the back surface (pattern surface) of the device reticle, the intensity of the reflected light from the reticle decreases depending on the shape of the reticle pattern. I can do it. In such a case, it is desirable to shift the measurement point in the exposure area IF of the projection optical system PL and perform the measurement again.

【００８７】また、露光領域ＩＦ内の外周付近に設定さ
れる計測点（図３中の開口パターン２１ｂ〜２１ｅに対
応する位置）については、予め各開口パターンの投影像
がレチクルＲのパターン形成領域から外れるように、基
準部材２０上での開口パターン２１ｂ〜２１ｅの位置を
設定するようにしても良い。なお、本実施例では露光領
域内の４隅（各收差が最大であり実使用領域）に開口パ
ターンを設けたことがその長所のひとつであり、これに
より最大收差位置での計測によって信頼性が高い。開口
パターンが露光領域外であれば收差はあってもよい。For the measurement points (positions corresponding to the opening patterns 21b to 21e in FIG. 3) set in the vicinity of the outer periphery in the exposure area IF, the projected image of each opening pattern is previously set in the pattern forming area of the reticle R. The positions of the opening patterns 21b to 21e on the reference member 20 may be set so as to be out of the range. In this embodiment, one of the advantages is that an opening pattern is provided at the four corners in the exposure area (each of the difference is the maximum and the actual use area). High in nature. If the opening pattern is outside the exposure area, there may be a difference.

【００８８】なお、以上の実施例の構成において、レチ
クルＲがマスクパターンを、ウエハＷが感光基板を、開
口パターン２１が基準パターンを、光検出器２８が受光
手段を、合焦状態検出部３２Ａが合焦状態検出手段を、
結像特性計測部３２Ｂが結像特性計測手段をそれぞれ構
成する。In the configuration of the above embodiment, the reticle R is a mask pattern, the wafer W is a photosensitive substrate, the opening pattern 21 is a reference pattern, the photodetector 28 is a light receiving means, and the focus state detecting section 32A Is a focusing state detecting means,
The imaging characteristic measuring unit 32B constitutes an imaging characteristic measuring unit.

【００８９】[0089]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば次のような効果を奏する。 （１）請求項１〜５や請求項２１の発明のように、投影
光学系の球面收差を計測すれば、正確にマスクのパター
ンを基板上に転写することができる。 （２）請求項６〜１９の発明、請求項２２の発明のよう
に、複数の可動レンズ群により結像特性を補正するよう
にすれば、非点收差のみならず、その他の收差あるいは
倍率などを独立して補正できる。（３）請求項２０の発明のように、位相シフトパターン
を含むマークからの光で結像特性計測を行なえば、検出
精度が向上する。 （４）本発明によれば、 マスクパターンの透過光束を投
影光学系を介してステージ上の感光基板に結像する投影
露光装置において、ステージ側に基準パターンを設け、
この基準パターンを下面から照明し、投影光学系を通し
てマスクパターンの裏面で反射した光を投影光学系から
開口パターンを通して受光し、ステージを投影光学系の
光軸方向に移動させたときに受光手段から得られる出力
信号に基づいて合焦状態を検出するとともに、露光領域
の少なくとも２ヵ所において合焦状態を検出し、この少
なくとも２ヵ所の合焦状態の検出結果から投影光学系の
結像特性を計測するようにすれば、テストレチクルなど
を使用せずに投影光学系の結像特性が測定でき、また、
実際のマスクパターンをセットした状態でも投影光学系
の結像特性を測定できる。さらに、露光領域の２ヵ所以
上の計測結果に基づいて結像特性を測定できるようにす
れば、試し焼きすることなく像面湾曲、像面傾斜、アス
などの測定を簡単に行なうことができ、この測定結果に
より結像特性を補正してきわめて高精度な合焦状態が得
られる。詳述すると、テストレチクルを使わず実レチク
ルで計測できるということは、レチクルのたるみ等によ
るレチクル間の誤差，レチクルセット時に混入するゴミ
等による誤差が全く存在せず、レチクルの温度等も露光
時と同じ、すなわち露光時とレチクルが同じ条件で測定
でき、それゆえ、高精度な計測が行える。さらにまた、
投影光学系による露光領域の光軸上でサディタル方向に
延在する第１のパターンを通過する照明光に基づいて合
焦状態検出手段で合焦状態を検出するとともに、メディ
オナル方向に延在する第２のパターンを通過する照明光
に基づいて合焦状態検出手段で合焦状態を検出し、これ
ら２つの合焦状態の検出結果から投影光学系の結像特性
である偏心や球面收差を計測するようにすれば、従来、
行なわれていなかった投影光学系の偏心や球面收差のに
よる結像特性の補正も行なうことができ、高精度が合焦
状態が得られる。As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. (1) If the spherical aberration of the projection optical system is measured as in the first to fifth and twenty-first aspects of the invention, the mask pattern can be accurately transferred onto the substrate. (2) If the image forming characteristic is corrected by a plurality of movable lens groups as in the inventions of claims 6 to 19 and the invention of claim 22, not only the astigmatic difference but also other differences or The magnification can be corrected independently. (3) As in the twentieth aspect, a phase shift pattern
If the imaging characteristics are measured with light from marks containing
The accuracy is improved. (4) According to the present invention, in a projection exposure apparatus that forms an image of a transmitted light beam of a mask pattern on a photosensitive substrate on a stage via a projection optical system, a reference pattern is provided on the stage side,
The reference pattern is illuminated from below, the light reflected on the back side of the mask pattern through the projection optical system is received through the aperture pattern from the projection optical system, and when the stage is moved in the optical axis direction of the projection optical system, the light is received from the light receiving means. The in-focus state is detected based on the obtained output signal, the in-focus state is detected in at least two places in the exposure area, and the imaging characteristics of the projection optical system are measured from the in-focus state detection results in at least two places. By doing so, the imaging characteristics of the projection optical system can be measured without using a test reticle, etc.
Even when an actual mask pattern is set, the imaging characteristics of the projection optical system can be measured. Furthermore, if the imaging characteristics can be measured based on the measurement results at two or more locations in the exposure area, it is possible to easily measure the curvature of field, the inclination of the image plane, and the astigmatism without performing trial printing. The imaging characteristics are corrected based on this measurement result, and an extremely accurate focus state is obtained. In detail, the fact that measurement can be performed with a real reticle without using a test reticle means that there is no error between reticles due to slack of the reticle, no error due to dust mixed in at the time of reticle setting, and the temperature of the reticle can be measured at the time of exposure. In other words, the reticle and the reticle can be measured under the same conditions, so that highly accurate measurement can be performed. Furthermore,
A focus state is detected by a focus state detection unit based on illumination light passing through a first pattern extending in a sagittal direction on an optical axis of an exposure region by a projection optical system, and a focus state extending in a median direction is detected. The in-focus state is detected by the in-focus state detecting means based on the illumination light passing through the two patterns, and the eccentricity and spherical aberration, which are the imaging characteristics of the projection optical system, are measured from the detection results of the two in-focus states. By doing so,
It is also possible to correct the imaging characteristics due to the eccentricity and spherical aberration of the projection optical system, which have not been performed, and a highly accurate in-focus state can be obtained.

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

【図１】本発明に係る投影露光装置の一実施例を示す全
体構成図FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention.

【図２】開口パターンを説明する図FIG. 2 illustrates an opening pattern.

【図３】露光領域内の開口設置箇所を示す図FIG. 3 is a view showing an installation position of an opening in an exposure area.

【図４】投影光学系ＰＬの上面図FIG. 4 is a top view of the projection optical system PL.

【図５】焦点検出系２９の出力と開口２１を通過した計
測反射光を受光する光検出器の出力との関係を示すグラ
フFIG. 5 is a graph showing the relationship between the output of a focus detection system 29 and the output of a photodetector that receives measurement reflected light passing through an aperture 21;

【図６】５組の開口についての図５の関係を示すグラフFIG. 6 is a graph showing the relationship of FIG. 5 for five sets of apertures.

【図７】像高に対する焦点検出系２９の出力を示すグラ
フであり、像面湾曲と像面傾斜を含むものFIG. 7 is a graph showing the output of the focus detection system 29 with respect to the image height, including the curvature of field and the inclination of the image plane.

【図８】像高に対する焦点検出系２９の出力を示すグラ
フであり、図７のグラフから像面傾斜成分を抽出したも
の8 is a graph showing an output of the focus detection system 29 with respect to an image height, in which an image plane tilt component is extracted from the graph of FIG. 7;

【図９】像高に対する焦点検出系２９の出力を示すグラ
フであり、図７のグラフから像面湾曲成分を抽出したも
の9 is a graph showing the output of the focus detection system 29 with respect to the image height, in which a field curvature component is extracted from the graph of FIG. 7;

【図１０】像高に対する焦点検出系２９の出力を示すグ
ラフであり、図９のグラフからアス成分だけを抽出して
示すもの10 is a graph showing the output of the focus detection system 29 with respect to the image height, and shows only the ass component extracted from the graph of FIG. 9;

【図１１】露光領域を半分だけ使用する場合の説明図FIG. 11 is an explanatory diagram when only half the exposure area is used;

【図１２】（ａ）は像面湾曲を除去することを説明する
ため、（ｂ）はアスを除去することを説明するためのグ
ラフ12A is a graph for explaining removal of curvature of field, and FIG. 12B is a graph for explaining removal of astigmatism.

【図１３】位相シフトパターンを説明する図FIG. 13 illustrates a phase shift pattern.

【図１４】位相シフトパターンを使用した場合におけ
る、焦点検出系２９の出力と開口２１を通過した計測反
射光を受光する光検出器の出力との関係を示すグラフFIG. 14 is a graph showing the relationship between the output of a focus detection system 29 and the output of a photodetector that receives measurement reflected light passing through an aperture 21 when a phase shift pattern is used.

【図１５】開口をＥＣＤで構成する場合を説明する図FIG. 15 is a diagram illustrating a case where an opening is formed by an ECD.

【図１６】開口をＥＣＤで構成する場合の開口の配置を
説明する図FIG. 16 is a diagram illustrating an arrangement of openings when the openings are formed by ECD.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 光源 ２ シャッタ １４ Ｚステージ １５ ＸＹステージ １９ 干渉計 ２０ 基準部材 ２１ 開口 ２１ａｍ〜２１ｅｍ メデイオナル方向パターン ２１ａｓ〜２１ｅｓ サディタル方向パターン ２８ 光検出器 ２９ 焦点検出系 ３０ 水平位置検出系 ３２ 主制御系 ３２Ａ 合焦状態検出部 ３２Ｂ 結像特性計測部 ３３ 駆動素子制御系 ４０，４１，４３，４５ レンズエレメント ４８，４９，５０ 駆動素子 Ｒ レチクル Ｗ ウエハ ＰＬ 投影光学系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Shutter 14 Z stage 15 XY stage 19 Interferometer 20 Reference member 21 Aperture 21 am-21em Medial direction pattern 21as-21es Sadital direction pattern 28 Photodetector 29 Focus detection system 30 Horizontal position detection system 32 Main control system 32A Focusing State detection unit 32B Imaging characteristic measurement unit 33 Drive element control system 40, 41, 43, 45 Lens element 48, 49, 50 Drive element R Reticle W Wafer PL Projection optical system

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 マスクに形成されたパターンの像を投影
光学系を介して基板上に転写することにより前記基板を
露光する装置において、 前記投影光学系の像面側で前記投影光学系を通過した光
を検出する検出手段と、 前記検出手段からの検出信号に基づいて、前記投影光学
系の球面収差を計測する結像特性計測手段と、 を有することを特徴とする投影露光装置。1. An apparatus for exposing a substrate by transferring an image of a pattern formed on a mask onto a substrate via a projection optical system, wherein the pattern passes through the projection optical system on an image plane side of the projection optical system. A projection exposure apparatus comprising: a detection unit configured to detect the detected light; and an imaging characteristic measurement unit configured to measure a spherical aberration of the projection optical system based on a detection signal from the detection unit. 【請求項２】 前記結像特性計測手段は、前記検出手段
からの検出信号の波形に基づいて前記球面収差を計測す
ることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the imaging characteristic measurement unit measures the spherical aberration based on a waveform of a detection signal from the detection unit. 【請求項３】 前記結像特性計測手段によって計測され
た球面収差を補正する補正手段をさらに有することを特
徴とする請求項１に記載の投影露光装置。3. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising correction means for correcting spherical aberration measured by said imaging characteristic measurement means. 【請求項４】 前記補正手段は、前記投影露光装置の光
路中に配置された平行平板ガラスであることを特徴とす
る請求項３に記載の投影露光装置。4. The projection exposure apparatus according to claim 3, wherein said correction means is a parallel plate glass disposed in an optical path of said projection exposure apparatus. 【請求項５】 前記基板を載置するステージ上に所定形
状のマークが設けられ、前記検出手段は、前記マークか
らの光を前記投影光学系を介して検出することを特徴と
する請求項１〜４のいずれかに記載の投影露光装置。5. The apparatus according to claim 1, wherein a mark having a predetermined shape is provided on a stage on which the substrate is mounted, and wherein the detecting means detects light from the mark via the projection optical system. 5. The projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 4, 【請求項６】 マスクに形成されたパターンの像を投影
光学系を介して基板上に転写することにより前記基板を
露光する装置において、 前記投影光学系の像面側で前記投影光学系を通過した光
を検出する検出手段と、 前記検出手段からの検出信号に基づいて、前記投影光学
系の非点収差を計測する結像特性計測手段と、 前記結像特性計測手段によって計測された非点収差を補
正する補正手段とを有し、 前記投影光学系は、それぞれ位置調整可能な複数の可動
レンズ群を有し、前記補正手段は、前記結像特性計測手
段による非点収差の計測結果に応じて前記可動レンズ群
のうちの少なくとも１つを駆動する駆動制御手段を有す
ることを特徴とする投影露光装置。6. An apparatus for exposing a substrate by transferring an image of a pattern formed on a mask onto a substrate via a projection optical system, wherein the apparatus passes through the projection optical system on an image plane side of the projection optical system. Detecting means for detecting the reflected light; imaging characteristic measuring means for measuring astigmatism of the projection optical system based on a detection signal from the detecting means; and astigmatism measured by the imaging characteristic measuring means. Correction means for correcting aberrations, the projection optical system has a plurality of movable lens groups each of which can be adjusted in position, and the correction means adjusts the astigmatism measurement result by the imaging characteristic measurement means. A projection exposure apparatus, comprising: a drive control unit that drives at least one of the movable lens groups in response to the drive control. 【請求項７】 前記複数の可動レンズ群は、前記投影光
学系の光軸方向の位置と、前記光軸に対する位置との少
なくとも一方を変更可能であることを特徴とする請求項
６に記載の投影露光装置。7. The multiple movable lens group according to claim 6, wherein at least one of a position of the projection optical system in an optical axis direction and a position with respect to the optical axis is changeable. Projection exposure equipment. 【請求項８】 前記複数の可動レンズ群は、それぞれレ
ンズ周縁部の３点に配置された駆動部材で支持されてお
り、各可動レンズ群に設けられた駆動部材は、前記投影
光学系の光軸に垂直な平面内における位置が、レンズの
周縁方向にそれぞれ重ならないように配置されているこ
とを特徴とする請求項７に記載の投影露光装置。8. The plurality of movable lens groups are respectively supported by driving members arranged at three points on the peripheral edge of the lens, and the driving members provided in each of the movable lens groups are provided with light of the projection optical system. The projection exposure apparatus according to claim 7, wherein positions in a plane perpendicular to the axis are arranged so as not to overlap with each other in a peripheral direction of the lens. 【請求項９】 前記駆動制御手段は、前記非点収差を補
正するように少なくとも１つの前記可動レンズ群を駆動
するとともに、この補正によって生じる他の収差を補正
するように少なくとも１つの前記可動レンズ群を駆動す
ることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の投
影露光装置。9. The drive control means drives at least one movable lens group to correct the astigmatism and at least one movable lens group to correct other aberrations caused by the correction. 9. The projection exposure apparatus according to claim 6, wherein the group is driven. 【請求項１０】 前記補正手段は、前記投影光学系の非
点収差の他に、投影倍率、像面湾曲、像面傾斜、及び平
均焦点位置のうちの少なくとも１つを補正することを特
徴とする請求項９に記載の投影露光装置。10. The apparatus according to claim 1, wherein the correction unit corrects at least one of a projection magnification, a field curvature, a field tilt, and an average focus position, in addition to the astigmatism of the projection optical system. The projection exposure apparatus according to claim 9. 【請求項１１】 前記結像特性計測手段は、前記投影光
学系に対するメディオナル方向とサディタル方向との夫
々の結像特性を計測することを特徴とする請求項６〜１
０のいずれかに記載の投影露光装置。11. The apparatus according to claim 6, wherein said imaging characteristic measuring means measures respective imaging characteristics of said projection optical system in a median direction and a sagittal direction.
0. The projection exposure apparatus according to any one of 0 to 1. 【請求項１２】 前記検出手段は、前記メディオナル方
向に延びたマーク、及び前記サディタル方向に延びたマ
ークからの光を前記投影光学系を介して検出することを
特徴とする請求項１１に記載の投影露光装置。12. The apparatus according to claim 11, wherein the detection unit detects light from the mark extending in the median direction and light from the mark extending in the sagittal direction via the projection optical system. Projection exposure equipment. 【請求項１３】 前記検出手段は、位相シフトパターン
を含むマークからの光を前記投影光学系を介して検出す
ることを特徴とする請求項６〜１１のいずれかに記載の
投影露光装置。13. The projection exposure apparatus according to claim 6, wherein said detection means detects light from a mark including a phase shift pattern via said projection optical system. 【請求項１４】 前記検出手段は、エレクトロクロミッ
ク素子により構成されたマークからの光を前記投影光学
系を介して検出することを特徴とする請求項６〜１１の
いずれかに記載の投影露光装置。14. A projection exposure apparatus according to claim 6, wherein said detection means detects light from a mark formed by an electrochromic element via said projection optical system. . 【請求項１５】 前記検出手段は、所定のマークからの
光を前記投影光学系を介して検出するとともに、前記マ
ークは、前記投影光学系の光軸に垂直な面内において回
転可能であることを特徴とする請求項６〜１４のいずれ
かに記載の投影露光装置。15. The detection means detects light from a predetermined mark via the projection optical system, and the mark is rotatable in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system. The projection exposure apparatus according to claim 6, wherein: 【請求項１６】 前記マークは、前記基板を載置するス
テージ上に設けられていることを特徴とする請求項１２
〜１５のいずれかに記載の投影露光装置。16. The mark according to claim 12, wherein the mark is provided on a stage on which the substrate is placed.
16. The projection exposure apparatus according to any one of claims 15 to 15. 【請求項１７】 前記マークは、前記投影光学系の結像
面内における複数点にマーク像を投影するとともに、前
記検出手段は前記複数のマーク像を同時に検出すること
を特徴とする請求項１２〜１６のいずれかに記載の投影
露光装置。17. The apparatus according to claim 12, wherein the mark projects a mark image on a plurality of points in an image plane of the projection optical system, and the detecting means detects the plurality of mark images simultaneously. 17. The projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 16. 【請求項１８】 前記基板の露光枚数をカウントするカ
ウンタと、前記基板の露光枚数に応じて前記検出手段及
び前記結像特性計測手段による前記投影光学系の結像特
性計測を行なわせるための枚数設定手段とをさらに有す
ることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の
投影露光装置。18. A counter for counting the number of exposures of the substrate, and a number for causing the detection unit and the imaging characteristic measurement unit to measure the imaging characteristics of the projection optical system in accordance with the number of exposures of the substrate. 18. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising a setting unit. 【請求項１９】 前記検出手段及び前記結像特性計測手
段による結像特性の変化量が所定の許容値を越えた時、
露光動作を停止することを特徴とする請求項１〜１８の
いずれかに記載の投影露光装置。19. When the amount of change of the imaging characteristic by the detection unit and the imaging characteristic measurement unit exceeds a predetermined allowable value,
19. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the exposure operation is stopped. 【請求項２０】 マスクに形成されたパターンの像を投20. An image of a pattern formed on a mask.
影光学系を介して基板上に転写することにより前記基板The substrate is transferred to the substrate via a shadow optical system.
を露光する装置において、In an apparatus for exposing 前記投影光学系の像面側で位相シフトパターンからの光Light from the phase shift pattern on the image plane side of the projection optical system
を前記投影光学系を介して検出する検出手段と、Detection means for detecting through the projection optical system, 前記検出手段からの検出信号に基づいて、前記投影光学The projection optical system based on a detection signal from the detection unit;
系の結像特性を計測する結像特性計測手段と、Imaging characteristic measuring means for measuring the imaging characteristics of the system, を有することを特徴とする投影露光装置。A projection exposure apparatus comprising: 【請求項２１】 マスクに形成されたパターンの像を投21. An image of a pattern formed on a mask is projected.
影光学系を介して基板上に転写することにより前記基板The substrate is transferred to the substrate via a shadow optical system.
を露光する方法において、In the method of exposing 所定のマークからの光を前記投影光学系の像面側で検出Detects light from a predetermined mark on the image plane side of the projection optical system
し、該検出結果に基づいて前記投影光学系の球面収差をThe spherical aberration of the projection optical system is calculated based on the detection result.
計測することを特徴とする投影露光装置。A projection exposure apparatus for measuring. 【請求項２２】 マスクに形成されたパターンの像を投22. An image of a pattern formed on a mask is projected.
影光学系を介して基板上に転写することにより前記基板The substrate is transferred to the substrate via a shadow optical system.
を露光する方法において、In the method of exposing 所定のマークから光を前記投影光学系の像面側で検出Light is detected from a predetermined mark on the image plane side of the projection optical system
し、該検出結果に基づいAnd based on the detection result て前記投影光学系の非点収差をTo reduce the astigmatism of the projection optical system
計測し、Measure, 前記投影光学系は、それぞれ位置調整可能な複数の可動The projection optical system has a plurality of movable movable positions.
レンズ群を有し、前記非点収差の計測結果に応じて前記Having a lens group, and according to the measurement result of the astigmatism,
可動レンズ群のうちの少なくとも１つを駆動して前記非By driving at least one of the movable lens groups,
点収差を補正することを特徴とする投影露光方法。A projection exposure method comprising correcting astigmatism.
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