JP3284574B2 - Surface position setting apparatus, exposure apparatus and method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子、又は液晶表
示素子等を製造する過程で扱われるマスク、レチクル、
ウェハ、ガラスプレート等の基板の表面を所定の基準面
に対して位置設定する装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mask, a reticle, and a mask used in a process of manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display device.
The present invention relates to an apparatus for setting a position of a surface of a substrate such as a wafer and a glass plate with respect to a predetermined reference plane.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来のこの種の面位置設定装置は、プロ
キシミティ・ギャップ設定、フォーカス合わせ、レベリ
ング合わせ等で広く使われており、多くの場合、マスク
やレチクル上のパターンを感光基板としてのウェハやプ
レート上の所定領域に転写する装置、いわゆる露光装置
に組み込まれている。面位置を設定するためには、合わ
せようとする対象基板の全面、又は所定の局所部分の高
さ位置を高精度に計測する必要がある。図１は、基板上
の局所部分の高さ位置を、基準となる仮想的な面（基準
面）に対する偏差量として検出する斜入射光式の面位置
設定装置の従来構成を示す。この構成は、一例として特
開昭５８−１１３７０６号公報に開示されたものと同等
であり、図１ではウェハＷの面位置を設定するものとす
る。図１において投影光学系１はレチクルのパターンを
ウェハＷ上に結像投影する。レチクルのパターン像は光
軸ＡＸと垂直な最良結像面（ベストフォーカス面）内に
最もコントラストが高い状態で形成される。2. Description of the Related Art Conventional surface position setting apparatuses of this type are widely used for setting proximity gaps, focusing, leveling, and the like. In many cases, a pattern on a mask or reticle is used as a photosensitive substrate. It is incorporated in a device for transferring data to a predetermined area on a wafer or a plate, a so-called exposure device. In order to set the surface position, it is necessary to measure the height position of the entire surface of the target substrate to be aligned or a predetermined local portion with high accuracy. FIG. 1 shows a conventional configuration of an oblique incident light type surface position setting device that detects a height position of a local portion on a substrate as a deviation amount from a virtual surface (reference surface) serving as a reference. This configuration is equivalent to the one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-113706 as an example. In FIG. 1, the surface position of the wafer W is set. In FIG. 1, a projection optical system 1 forms and projects a reticle pattern on a wafer W. The reticle pattern image is formed with the highest contrast in the best image plane (best focus plane) perpendicular to the optical axis AX.

【０００３】Ｚステージ２０はウェハＷを載置してＸＹ
ステージ２１上で光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に微動して、
ウェハＷ上の特定のショット領域の表面をベストフォー
カス面と合致させる。さて、ウェハＷの表面の高さ位
置、すなわちベストフォーカス面に対するショット領域
表面のＺ方向の偏差量を検出するために、斜入射光式の
オートフォーカス検出系としての投光器ＬＳＵ、投光用
の結像レンズ系Ｌ₁ 、受光用の結像レンズ系Ｌ₂ 、及び
受光器ＲＶＵが設けられる。[0003] The Z stage 20 is provided with a wafer
Fine movement in the optical axis AX direction (Z direction) on the stage 21
The surface of a specific shot area on the wafer W is matched with the best focus plane. Now, in order to detect the height position of the surface of the wafer W, that is, the amount of deviation in the Z direction of the shot area surface with respect to the best focus plane, a light projector LSU as an oblique incident light type autofocus detection system and a light source for light projection An image lens system L ₁ , an imaging lens system L ₂ for light reception, and a light receiver RVU are provided.

【０００４】投光器ＬＳＵはレンズ系Ｌ₁ を介してウェ
ハＷの表面に斜め方向から結像光束を投射し、受光器Ｒ
ＶＵはウェハＷでの正反射光束をレンズ系Ｌ₂ を介して
受光する。そして受光器ＲＶＵは反射光束の受光位置に
応じて変化する光電信号をフォーカス誤差検出回路ＦＤ
に出力する。通常、投光器ＬＳＵからの結像光束は投影
光学系ＰＬの光軸ＡＸの位置近傍に投射され、正反射光
束が受光器ＲＶＵ内の検出中心点に合致するように受光
されたとき、ウェハＷの表面（厳密には投光器ＬＳＵか
らの光束が投射されている部分表面）がベストフォーカ
ス面に一致するように設定されている。A light projector LSU projects an image forming light beam from a diagonal direction onto the surface of the wafer W via a lens system L ₁ , and a light receiver RSU.
VU is received through the lens system L ₂ positive reflected light beam at the wafer W. The light receiver RVU outputs a photoelectric signal which changes according to the light receiving position of the reflected light beam to a focus error detection circuit FD.
Output to Normally, the image forming light beam from the light projector LSU is projected near the position of the optical axis AX of the projection optical system PL, and when the specularly reflected light beam is received so as to match the detection center point in the light receiver RVU, the wafer W The surface (strictly, the partial surface on which the light beam from the light projector LSU is projected) is set so as to coincide with the best focus surface.

【０００５】誤差検出回路ＦＤは受光器ＲＶＵからの信
号に基づいて、ベストフォーカス面に対するウェハ表面
のＺ方向の位置偏差量に比例したレベルの偏差信号を算
出して、Ｚステージ２０の駆動部（以下、Ｚ−ＤＲＶと
する）１８へ送出する。Ｚ−ＤＲＶ１８は偏差信号のレ
ベルが予め定められた目標値（零、又は一定値）になる
ようにＺステージ２０をサーボ制御する。この際、Ｚ−
ＤＲＶ１８内には偏差信号のレベルが目標値に対してど
れぐらいの差をもっているかを検出して、その差が許容
範囲内に入ったか否かを判定する回路も設けられてい
る。これは、目標値に対してわずかな幅で許容範囲を設
定することでサーボ制御の安定化と高速化とをはかるた
めである。[0005] The error detection circuit FD calculates a deviation signal of a level proportional to the positional deviation amount of the wafer surface with respect to the best focus surface in the Z direction based on the signal from the light receiver RVU. (Hereinafter referred to as Z-DRV) 18. The Z-DRV 18 servo-controls the Z stage 20 so that the level of the deviation signal becomes a predetermined target value (zero or a constant value). At this time, Z-
The DRV 18 is also provided with a circuit that detects how much the level of the deviation signal has a difference from the target value and determines whether the difference is within an allowable range. This is because the servo control is stabilized and speeded up by setting an allowable range with a small width with respect to the target value.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図１に示した装置にお
いては、フォーカス誤差検出回路ＦＤが出力する偏差信
号のレベル変化は、ベストフォーカス面の近傍範囲では
ウェハＷの表面のＺ方向の位置変化に比例したものとな
っている。その比例定数は、図１の斜入射光式の検出系
による面位置の検出感度に相当し、ウェハのＺ方向の位
置偏差量をΔＺ（μｍ）としたときの偏差信号上でのレ
ベル変化量を電圧でΔＶとすると、検出感度（傾き）は
ΔＶ／ΔＺで定義される。In the apparatus shown in FIG. 1, the level change of the deviation signal output from the focus error detection circuit FD is caused by a change in the position of the surface of the wafer W in the Z direction in a range near the best focus plane. It is proportional to. The proportionality constant corresponds to the surface position detection sensitivity of the oblique incident light type detection system in FIG. 1, and the level change amount on the deviation signal when the position deviation amount in the Z direction of the wafer is ΔZ (μm). Is the voltage ΔV, the detection sensitivity (slope) is defined as ΔV / ΔZ.

【０００７】このΔＶ／ΔＺの数値が大きければ検出感
度が高くなり、Ｚステージ２０のサーボ制御時の応答性
が高まる反面、サーボ系の安定性に問題が生ずることも
ある。逆に検出感度が低くなるとサーボ系の追い込み精
度が低くなるといった問題が生じる。この種のサーボ系
では応答性、安定性、追い込み精度のいずれもが最も良
好になるように設定されているが、複数台の露光装置内
の面位置検出系間でみると、検出感度そのものは必ずし
も揃っているとは限らない。すなわち号機差が生じてい
ることが多い。このためサーボ制御時の目標値に対する
許容範囲を、偏差信号のレベル上で同一に設定したとし
ても、検出感度（傾き、変化率）のちがいによって、Ｚ
方向の実際の位置偏差上での許容幅は号機毎に異なるこ
とになる。このためある露光装置でフォーカス合わせを
行なって露光した結果がよくても、そのときのフォーカ
ス合わせのパラメータ設定の条件がそのまま別の露光装
置では再現しないことが起るといった問題点が生じた。If the value of ΔV / ΔZ is large, the detection sensitivity is increased, and the response during servo control of the Z stage 20 is improved, but a problem may occur in the stability of the servo system. Conversely, when the detection sensitivity is lowered, there arises a problem that the driving accuracy of the servo system is lowered. In this type of servo system, the responsiveness, stability, and run-in accuracy are all set to be the best. However, when viewed between the surface position detection systems in a plurality of exposure apparatuses, the detection sensitivity itself is They are not always complete. That is, there is often a difference between the units. Therefore, even if the allowable range for the target value at the time of the servo control is set to be the same on the level of the deviation signal, Z varies depending on the detection sensitivity (slope, change rate).
The permissible width on the actual positional deviation in the direction will be different for each car. For this reason, there is a problem that even if the result of performing the focus adjustment with one exposure apparatus is good, the condition of the parameter setting of the focus adjustment at that time may not be reproduced by another exposure apparatus as it is.

【０００８】これは、多数の露光装置を用いた製造ライ
ンにおいてはデバイス製造時の精度管理上で極めて重大
な問題となる。また近年、ウェハＷ上の１つのショット
領域（投影光学系ＰＬによって１回で露光される領域）
内の多数点のＺ方向の位置ずれを同時に検出する多点オ
ートフォーカス系（以下、多点ＡＦ系とする）も考えら
れている。この場合、ショット領域内に設定される多数
の測定点毎に、フォーカス誤差検出回路によって偏差信
号を出力させることになるので、各測定点毎の検出感度
（ΔＶ／ΔＺ）が揃っていないと、測定点毎にサーボ系
で制御するときの許容位置偏差範囲が異なることにな
り、多点ＡＦ系を使用した利点が半減するといった同様
の問題が生じる。In a manufacturing line using a large number of exposure apparatuses, this poses a very serious problem in precision control during device manufacturing. In recent years, one shot area on the wafer W (area exposed at one time by the projection optical system PL)
A multi-point autofocus system (hereinafter, referred to as a multi-point AF system) for simultaneously detecting positional deviations of a large number of points in the Z direction has been considered. In this case, since a focus error detection circuit outputs a deviation signal for each of a large number of measurement points set in the shot area, if the detection sensitivities (ΔV / ΔZ) of each measurement point are not uniform, The permissible position deviation range when controlling by the servo system differs for each measurement point, and the same problem occurs that the advantage of using the multipoint AF system is reduced by half.

【０００９】そこで本発明は、面位置を検出する系の検
出感度（傾き、変化率）が異なる場合、あるいは経時的
に検出感度が変化した場合でも、常に一定の許容偏差範
囲を維持することのできる面位置設定装置、露光装置及
び方法を提供することを目的とする。Therefore, the present invention is intended to maintain a constant tolerance range even when the detection sensitivity (slope, change rate) of the system for detecting the surface position is different or the detection sensitivity changes with time. An object of the present invention is to provide a surface position setting device, an exposure device, and a method capable of performing the same.

【００１０】[0010]

【課題を解決する為の手段】そこで本発明においては、
斜入射光式の面位置検出系、又は複数の測定点の高さ位
置の検出系で得られる偏差信号の感度、すなわち実際の
位置偏差量に対する偏差信号のレベルの変化率、傾き等
の感度を算出する手段と、偏差信号のレベル変化上での
許容値を算出された変化率、又は傾きに応じて補正する
手段とを設けるようにした。Means for Solving the Problems Therefore, in the present invention,
The sensitivity of the deviation signal obtained by the oblique incident light type surface position detection system or the detection system of the height position of a plurality of measurement points, that is, the sensitivity such as the rate of change of the level of the deviation signal with respect to the actual position deviation amount, the inclination, etc. A means for calculating and a means for correcting the allowable value of the level of the deviation signal in accordance with the calculated change rate or slope are provided.

【００１１】さらに多点ＡＦにおいては、上述の算出手
段と補正手段との機能を、多点の各測定点毎に適用させ
るようにした。また、請求項７に記載の本発明は、投影
光学系を介して基板を露光する露光装置であって、投影
光学系の投影視野に対する所定位置に計測点が予め設定
されており、計測点における基板の投影光学系の光軸方
向における位置情報を検出する検出手段（１〜１７）
と、位置情報に基づいて投影光学系の結像面と基板とが
合致するように結像面と基板との相対的な位置関係を調
整する調整手段（１８〜２０）と、結像面と基板とを合
致させる際の結像面と基板との相対位置偏差の許容範囲
が一定の値となるように変更可能な制御手段（３０）
と、を有することとした。また、請求項１６に記載の本
発明は、投影光学系を介して基板を露光する露光方法で
あって、投影光学系の投影視野に対する所定位置に予め
設定された計測点において基板の投影光学系の光軸方向
における位置情報を検出する検出手段を有し、検出手段
の感度情報を検出し、感度情報に基づいて、投影光学系
の結像面と基板とを合致させる際の結像面と基板との相
対位置偏差の許容範囲を変更し、変更した許容範囲で結
像面と基板とを合致させるように、検出手段の位置情報
に基づいて結像面と基板との相対的な位置関係を調整す
ることとした。また、請求項１７に記載の本発明は、投
影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、投
影光学系の投影視野に対する所定位置に予め設定された
複数の計測点において基板の投影光学系の光軸方向にお
ける位置情報を検出する検出手段（１〜１７）と、複数
の測定点のそれぞれについて検出手段における光軸方向
の位置情報の検出感度を検出する感度検出手段（１１
８）と、感度検出手段で得られた各測定点の検出感度に
基づいて、各測定点毎に検出手段をキャリブレーション
するキャリブレーション手段（１１８）と、を有するこ
とを特徴とするものである。また、請求項１９に記載の
本発明は、投影光学系を介して基板を露光する露光方法
であって、投影光学系の投影視野に対する所定位置に予
め設定された複数の計測点において基板の投影光学系の
光軸方向における位置情報を検出する検出手段を有し、
複数の測定点のそれぞれについて検出手段における光軸
方向の位置情報の検出感度を検出し、各測定点の感度情
報に基づいて、各測定点毎に検出手段をキャリブレーシ
ョンすることを特徴とするものである。Further, in the multi-point AF, the functions of the calculation means and the correction means described above are applied to each of the multi-point measurement points. According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for exposing a substrate via a projection optical system, wherein a measurement point is preset at a predetermined position with respect to a projection visual field of the projection optical system.
It is, detecting means for detecting position information in the direction of the optical axis of the projection optical system of the substrate in the measuring point (1-17)
Adjusting means (18 to 20) for adjusting the relative positional relationship between the image forming surface and the substrate based on the position information so that the image forming surface of the projection optical system matches the substrate; Allowable range of relative position deviation between image plane and substrate when matching with substrate
Control means (30) which can be changed so as to have a constant value
And According to another aspect of the present invention, there is provided an exposure method for exposing a substrate via a projection optical system, wherein the projection optical system of the substrate is set at a predetermined measurement point at a predetermined position with respect to a projection field of view of the projection optical system. Detecting means for detecting position information in the direction of the optical axis, detecting sensitivity information of the detecting means, based on the sensitivity information, the imaging surface of the projection optical system and the imaging surface when matching the substrate The relative positional relationship between the image plane and the substrate is changed based on the position information of the detecting means so that the allowable range of the relative position deviation with respect to the substrate is changed and the image plane and the substrate are matched with the changed allowable range. Was adjusted. The present invention according to claim 17 is an exposure apparatus for exposing a substrate via a projection optical system, wherein the substrate is projected at a plurality of measurement points preset at predetermined positions with respect to a projection visual field of the projection optical system. and detecting means for detecting position information in the direction of the optical axis of the optical system (1-17), the optical axis of the detection means for each of a plurality of measurement points
Sensitivity detection means (11) for detecting the detection sensitivity of the position information of
8) and a calibration means (118) for calibrating the detection means for each measurement point based on the detection sensitivity of each measurement point obtained by the sensitivity detection means. . The present invention according to claim 19 is an exposure method for exposing a substrate via a projection optical system, wherein the substrate is projected at a plurality of measurement points preset at predetermined positions with respect to a projection field of view of the projection optical system. Having detection means for detecting position information in the optical axis direction of the optical system,
Optical axis in the detection means for each of the plurality of measurement points
The method is characterized in that the detection sensitivity of the position information in the direction is detected, and the detecting means is calibrated for each measurement point based on the sensitivity information of each measurement point.

【００１２】[0012]

【作用】本発明では、面の位置偏差を表わす偏差信号の
レベル変化特性を検出し、そのレベル変化上の傾き（変
化率）を演算により求めるようにしたので、経時的な変
動があったとしても常に正確な傾き（変化率）が求ま
る。そして傾きに応じて変化してしまう位置偏差許容範
囲を一定にするために、偏差信号のレベル変化特性上で
の許容範囲を補正するようにしたので、号機差によらず
どの露光装置でも同等のフォーカス追い込み精度に統一
することが可能になる。また多点ＡＦ系においては、各
測定点毎の位置偏差許容範囲を一様に揃えることができ
るので、各測定点に対して個別に設定されるフォーカス
オフセットを加味したフォーカス合わせ、例えば像面傾
斜、像面湾曲を考慮した最適なフーォカス合わせ、ある
いはレベリング合わせが可能となる。According to the present invention, the level change characteristic of the deviation signal representing the position deviation of the surface is detected, and the slope (change rate) on the level change is obtained by calculation. Also, an accurate inclination (change rate) is always obtained. Then, in order to make the position deviation allowable range that changes according to the inclination constant, the allowable range on the level change characteristic of the deviation signal is corrected. It is possible to unify the focus drive accuracy. Further, in the multi-point AF system, since the allowable range of the position deviation for each measurement point can be made uniform, focus adjustment considering the focus offset set individually for each measurement point, for example, image plane tilt Optimum focus adjustment or leveling adjustment in consideration of field curvature is possible.

【００１３】[0013]

【実施例】次に本発明の実施例による面位置設定装置の
構成について説明するが、以下の実施例では図１に示し
た従来技術からの対比を容易にするために、斜入射光式
の焦点検出系を例とする。以下、図２を参照して斜入射
光式のＡＦ系について説明するが、ここでは多点ＡＦを
採用するものとする。多点ＡＦとは投影レンズＰＬの投
影視野内の複数ケ所に、ウェハＷの光軸方向の位置ずれ
（いわゆる焦点ずれ）を計測する測定点を設けたもので
ある。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the structure of a surface position setting device according to an embodiment of the present invention will be described. In the following embodiment, in order to facilitate comparison with the prior art shown in FIG. Take a focus detection system as an example. Hereinafter, an oblique incident light AF system will be described with reference to FIG. 2, but here, multipoint AF is adopted. The multi-point AF is one in which measurement points for measuring the position shift (so-called focus shift) of the wafer W in the optical axis direction are provided at a plurality of places in the projection field of view of the projection lens PL.

【００１４】図２において、ウェハＷのレジストに対し
て非感光性の照明光ＩＬはスリット板１を照明する。そ
してスリット板１のスリットを通った光は、レンズ系
２、ミラー３、絞り４、投光用対物レンズ６、及びミラ
ー６を介してウェハＷを斜めに照射する。このとき、ウ
ェハＷの表面が最良結像面Ｆｏにあると、スリット板１
のスリットの像がレンズ系２、対物レンズ５によってウ
ェハＷの表面に結像される。また対物レンズ５の光軸と
ウェハ表面との角度は５〜１２度位に設定され、スリッ
ト板１のスリット像の中心は、投影レンズＰＬの光軸Ａ
ＸがウェハＷと交差する点に位置する。In FIG. 2, illumination light IL that is insensitive to the resist on the wafer W illuminates the slit plate 1. The light passing through the slit of the slit plate 1 irradiates the wafer W obliquely through the lens system 2, the mirror 3, the diaphragm 4, the projection objective lens 6, and the mirror 6. At this time, if the surface of the wafer W is on the best imaging plane Fo, the slit plate 1
Is formed on the surface of the wafer W by the lens system 2 and the objective lens 5. The angle between the optical axis of the objective lens 5 and the wafer surface is set to about 5 to 12 degrees, and the center of the slit image of the slit plate 1 is positioned at the optical axis A of the projection lens PL.
X is located at a point where it intersects with wafer W.

【００１５】さてウェハＷで反射したスリット像光束
は、ミラー７、受光用対物レンズ８、レンズ系９、振動
ミラー１０、及び傾斜可能な平行平面板（プレーンパラ
レル）１２を介して受光用スリット板１４上に再結像さ
れる。振動ミラー１０は受光用スリット板１４にできる
スリット像を、その長手方向と直交する方向に微小振動
させるものであり、プレーンパラレル１２はスリット板
１４上のスリットと、ウェハＷからの反射スリット像の
振動中心との相対関係を、スリット長手方向と直交する
方向にシフトさせるものである。そして振動ミラー１０
は、発振器（ＯＳＣ．）１６からの駆動信号でドライブ
されるミラー駆動部（Ｍ−ＤＲＶ）１１により振動され
る。The slit image light beam reflected by the wafer W passes through a mirror 7, a light receiving objective lens 8, a lens system 9, a vibrating mirror 10, and a tiltable parallel plane plate (plane parallel) 12 to receive the slit image light. 14 is re-imaged. The vibrating mirror 10 is for slightly vibrating a slit image formed on the light receiving slit plate 14 in a direction orthogonal to the longitudinal direction, and the plane parallel 12 is for forming a slit on the slit plate 14 and a reflection slit image from the wafer W. This is to shift the relative relationship with the vibration center in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the slit. And the vibrating mirror 10
Is oscillated by a mirror drive unit (M-DRV) 11 driven by a drive signal from an oscillator (OSC.) 16.

【００１６】こうして、スリット像が受光用スリット板
１４上で振動すると、スリット板１４のスリットを透過
した光束はアレイセンサー１５で受光される。このアレ
イセンサー１５はスリット板１４のスリットの長手方向
を複数の微小領域に分割し、各微小領域毎に個別の光電
セルを配列したものであり、ここではシリコンフォトダ
イオード、又はフォトトランジスタのアレイセンサーを
使うものとする。そしてアレイセンサー１５の各受光セ
ルからの信号はセリクター回路１３を介してセレクト、
又はグループ化されて、同期検波回路（ＰＳＤ）１７に
入力する。このＰＳＤ１７にはＯＳＣ．１６からの駆動
信号と同じ位相の交流信号が入力し、この交流信号の位
相を基準として同期整流が行なわれる。このときＰＳＤ
１７は、アレイセンサー１５の中から選ばれた複数の受
光セルの各出力信号を個別に同期検波するために、複数
の検波回路を備え、その各検波出力信号ＦＳは主制御ユ
ニット（ＭＣＵ）３０に出力される。検波出力信号ＦＳ
は、いわゆるＳカーブ信号と呼ばれ、受光用スリット板
１４のスリット中心とウェハＷからの反射スリット像の
振動中心とが一致したときに零レベルとなり、ウェハＷ
がその状態から上方に変位しているときは正のレベル、
ウェハＷが下方に変位しているときは負のレベルにな
る。したがって出力信号ＦＳが零レベルになるウェハＷ
の高さ位置が合焦点として検出される。ただし、このよ
うな斜入射光方式では合焦点（出力信号ＦＳが零レベ
ル）となったウェハＷの高さ位置が、いつでも最良結像
面Ｆｏと必ず一致しているという保証はない。すなわち
斜入射光方式では、その系自体で決まる仮想的な基準面
を有し、その基準面にウェハ表面が一致したときにＰＳ
Ｄ出力信号ＦＳが零レベルになるのであって、基準面と
最良結像面Ｆｏとは装置製造時等に極力一致するように
設定されてはいるが、長期間に渡って一致しているとい
う保証はない。そこで図２中のプレーンパラレル１２を
傾けることによって仮想的な基準面を光軸ＡＸ方向に変
位させると、基準面と最良結像面Ｆｏとの一致（又は位
置関係の規定）をはかることができる。When the slit image vibrates on the light receiving slit plate 14 in this manner, the light flux transmitted through the slit of the slit plate 14 is received by the array sensor 15. The array sensor 15 divides the longitudinal direction of the slit of the slit plate 14 into a plurality of minute regions and arranges individual photoelectric cells for each minute region. Here, an array sensor of a silicon photodiode or a phototransistor is used. Shall be used. The signal from each light receiving cell of the array sensor 15 is selected via the selector circuit 13,
Alternatively, they are grouped and input to the synchronous detection circuit (PSD) 17. This PSD 17 has OSC. An AC signal having the same phase as that of the drive signal from 16 is input, and synchronous rectification is performed based on the phase of the AC signal. At this time PSD
Reference numeral 17 denotes a main control unit (MCU) 30 provided with a plurality of detection circuits for individually and synchronously detecting each output signal of a plurality of light receiving cells selected from the array sensor 15. Is output to Detection output signal FS
Is called a so-called S-curve signal, and becomes zero level when the slit center of the light receiving slit plate 14 and the vibration center of the reflected slit image from the wafer W coincide with each other.
Positive level when is displaced upward from that state,
When the wafer W is displaced downward, the level becomes a negative level. Therefore, wafer W whose output signal FS becomes zero level
Is detected as the focal point. However, in such an oblique incident light system, there is no guarantee that the height position of the wafer W at the focal point (the output signal FS is zero level) always coincides with the best imaging plane Fo. That is, the oblique incident light system has a virtual reference plane determined by the system itself, and when the wafer surface matches the reference plane, the PS
Since the D output signal FS becomes zero level, the reference plane and the best imaging plane Fo are set so as to match as much as possible at the time of manufacturing the apparatus, but they are said to match over a long period of time. There is no guarantee. Therefore, if the virtual reference plane is displaced in the direction of the optical axis AX by tilting the plane parallel 12 in FIG. 2, it is possible to match the reference plane with the best imaging plane Fo (or to define the positional relationship). .

【００１７】また図２においてＭＣＵ３０は光電センサ
ー４５からの出力信号ＫＳを入力して、斜入射光式の多
点ＡＦ系をキャリブレーションする機能、プレーンパラ
レル１２の傾きを設定する機能、多点ＡＦ系の各出力信
号ＦＳに基づいて、Ｚステージ２０の駆動用モータ１９
をドライブする回路（Ｚ−ＤＲＶ）１８へ指令信号ＤＳ
を出力する機能、及びＸＹステージ２１を駆動する駆動
部（モータとその制御回路とを含む）２２へ指令を出力
する機能等を備えている。In FIG. 2, the MCU 30 receives the output signal KS from the photoelectric sensor 45 to calibrate the obliquely incident light type multi-point AF system, set the inclination of the plane parallel 12, and multi-point AF. Based on each output signal FS of the system, the driving motor 19 of the Z stage 20
Command signal DS to the circuit (Z-DRV) 18 for driving the
And a function of outputting a command to a drive unit (including a motor and its control circuit) 22 for driving the XY stage 21.

【００１８】図３は投影レンズＰＬの投影視野Ｉｆと、
ＡＦ系の投光スリット像ＳＴとの位置関係をウェハ面上
でみた図である。投影視野Ｉｆは一般に円形であり、レ
チクルＲのパターン領域ＰＡはその円内に包含される矩
形をしている。スリット像ＳＴはＸＹステージ２１の移
動座標軸Ｘ、Ｙの夫々に対して４５°程度だけ傾けてウ
ェハ上に形成される。従って投光用対物レンズ５と受光
用対物レンズ８の両光軸ＡＦｘはウェハ面ではスリット
像ＳＴと直交した方向に延びている。さらにスリット像
ＳＴの中心は光軸ＡＸとほぼ一致するように定められ
る。このような構成で、スリット像ＳＴはパターン領域
ＰＡの投影領域内で出来るだけ長く延びるように設定さ
れる。一般にパターン領域ＰＡが投影されるウェハ表面
上には、それと重ね合わせされるショット領域がすでに
形成されている。ショット領域内には、デバイス製造の
プロセスをへるたびに凹凸部分の変化が増大し、スリッ
ト像ＳＴの長手方向においても、大きな凹凸変化が存在
し得る。特に１つのショット領域内に複数のチップを配
置する場合、各チップを分離するためのスクライブライ
ンがショット領域内にＸ方向、又はＹ方向に延びて形成
されることになり、スクライブライン上の点とチップ上
の点とでは極端な場合、２μｍ以上の段差が生じること
もある。スリット像ＳＴ内のどの部分にスクライブライ
ンが位置するかは、設計上のショット配置やショット内
チップサイズ等によって予めわかるので、スリット像Ｓ
Ｔの長手方向のどの部分からの反射光をアレイセンサー
１５上で選択すればよいかも自ずとわかる。FIG. 3 shows the projection field If of the projection lens PL.
FIG. 4 is a diagram showing a positional relationship between an AF system and a projection slit image ST on a wafer surface. The projection field If is generally circular, and the pattern area PA of the reticle R has a rectangular shape included in the circle. The slit image ST is formed on the wafer at an angle of about 45 ° with respect to each of the moving coordinate axes X and Y of the XY stage 21. Accordingly, both optical axes AFx of the light projecting objective lens 5 and the light receiving objective lens 8 extend in a direction orthogonal to the slit image ST on the wafer surface. Further, the center of the slit image ST is determined so as to substantially coincide with the optical axis AX. With such a configuration, the slit image ST is set to extend as long as possible in the projection area of the pattern area PA. Generally, on the wafer surface on which the pattern area PA is projected, a shot area to be superimposed thereon is already formed. In the shot area, the change in the uneven portion increases each time the device manufacturing process is performed, and a large uneven change may exist in the longitudinal direction of the slit image ST. In particular, when a plurality of chips are arranged in one shot area, a scribe line for separating each chip is formed extending in the X direction or the Y direction in the shot area. In extreme cases, a step of 2 μm or more may occur. Since the position of the scribe line in the slit image ST can be known in advance by the shot arrangement in design, the chip size in the shot, and the like, the slit image S
It can be understood by itself which reflected light from the longitudinal direction of T should be selected on the array sensor 15.

【００１９】図４は受光用スリット板１４とアレイセン
サー１５との具体的な構成の一例を示し、スリット板１
４はガラス基板上にクロム層（遮光）を全面に蒸着し、
その一部にエッチングにより透明スリットを形成したも
のである。このスリット板１４は保持金物１４Ａに固定
され、この金物１４Ａはアレイセンサー１５を保持する
セラミックス等のプリント基板１５Ａに固定される。こ
れによって、スリット板１４のスリットはアレイセンサ
ー１５の一次元の受光セルの配列と平行になって密着さ
れる。このようにスリット板１４とアレイセンサー１５
とは極力密着又は近接させた方がよいが、スリット板１
４とアレイセンサー１５との間に結像レンズ系を設け、
スリット板１４とアレイセンサー１５とを光学的に共役
にしてもよい。尚、先の図３で示したスリット像ＳＴの
ウェハ上での長さは、投影視野Ｉｆの直径によっても異
なるが、１／５縮小投影レンズで視野Ｉｆの直径が３２
mm前後である場合、その直径に対して１倍〜１／３倍程
度にするのが望ましい。FIG. 4 shows an example of a specific configuration of the light-receiving slit plate 14 and the array sensor 15.
4 is to deposit a chrome layer (light shielding) on the entire surface of the glass substrate,
A transparent slit is formed in a part thereof by etching. The slit plate 14 is fixed to a holding metal 14A, and the metal 14A is fixed to a printed circuit board 15A such as a ceramic holding the array sensor 15. Thereby, the slits of the slit plate 14 are closely attached in parallel with the one-dimensional arrangement of the light receiving cells of the array sensor 15. Thus, the slit plate 14 and the array sensor 15
It is better to contact or approach as much as possible.
An imaging lens system is provided between the array sensor 4 and the array sensor 15,
The slit plate 14 and the array sensor 15 may be optically conjugate. The length of the slit image ST on the wafer shown in FIG. 3 differs depending on the diameter of the projection visual field If.
When the diameter is about mm, it is desirable that the diameter is about 1 to 1/3 times the diameter.

【００２０】次に本発明の第１の実施例による装置構成
を図５の回路ブロックを参照して説明するが、図５は多
点ＡＦ系の１つの測定点に対応したアレイセンサー１５
上の１つの受光セルからの光電信号を処理する場合を代
表的に示したものである。従って図５の回路中では図２
に示したセレクター１３を省略してある。さて、アレイ
センサー１５上の１つの受光セル１５ｎからの光電信号
（交流）はＩ−Ｖ変換アンプ１００で電圧に変換された
後、ＰＳＤ１０２（図２のＰＳＤ１７内の１つの回路）
に入力し、ＯＳＣ１６からの基準周波数（振動周波数）
の信号によって同期検波される。ＰＳＤ１０２の出力信
号には基準周波数成分が含まれているので、次のローパ
スフィルター（ＬＰＦ）１０４で基準周波数成分をカッ
トして平滑化することによって、検波信号（Ｓカーブ信
号）ＦＳを得る。検波出力信号ＦＳのレベルはアナログ
−デジタル変換器（ＡＤＣ）１０６によってデジタル値
に変換され、メモリ（ＲＡＭ）１０８に記憶される。Ａ
ＤＣ１０６の変換タイミングとメモリ１０８に対するア
ドレス作成はカウンタ回路１１０によって行なわれる。
カウンタ回路１１０は、図２中のプレーンパラレル１２
の傾きを制御するためのモータ１１２に結合されたエン
コーダ１１４からのアップダウンパルスを計数するもの
である。そしてモータ１１２は、カウンタ回路１１０の
計数値を読み込むドライブコントローラ１１６によって
駆動制御される。モータ１１２の駆動量、すなわちプレ
ーンパラレル１２を現在位置（カウンタ回路の計数値）
からどのぐらい変化させるかの情報は、プロセッサー１
１８から与えられる。このプロセッサー１１８は、メモ
リ１０８に記憶された検波信号ＦＳのレベル変化特性
（Ｓカーブ波形）を読み込んで、傾きを演算したり、許
容範囲を設定したりする。さらにプロセッサー１１８
は、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１２０へ検波
信号ＦＳに加えるべきオフセット電圧のデジタル値を出
力する機能と、検波信号ＦＳを加算器１２２へ印加する
ためのスイッチＳＷを開閉する機能とを備えている。そ
の加算器１２２はＤＡＣ１２０からのオフセット電圧と
検波信号ＦＳとを加算した電圧を、Ｚ−ＤＲＶ１８への
信号ＤＳとして出力する。尚、ＤＡＣ１２０と加算器１
２２との間のスイッチＳＷ₂ は、検波信号ＦＳそのもの
にはオフセットを加えずに、Ｚステージ２０のＺ−ＤＲ
Ｖ１８内の追い込み目標値の方にオフセットを加える場
合に、図示の状態から切り換えられる。Next, the configuration of the apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the circuit block of FIG. 5. FIG. 5 shows an array sensor 15 corresponding to one measurement point of the multipoint AF system.
This is a typical example of processing a photoelectric signal from the above one light receiving cell. Therefore, in the circuit of FIG.
The selector 13 shown in FIG. Now, after the photoelectric signal (AC) from one light receiving cell 15n on the array sensor 15 is converted into a voltage by the IV conversion amplifier 100, the PSD 102 (one circuit in the PSD 17 in FIG. 2)
And the reference frequency (vibration frequency) from OSC16
Is synchronously detected by the signal of Since the output signal of the PSD 102 contains a reference frequency component, the detection signal (S-curve signal) FS is obtained by cutting and smoothing the reference frequency component by the next low-pass filter (LPF) 104. The level of the detection output signal FS is converted into a digital value by an analog-to-digital converter (ADC) 106 and stored in a memory (RAM) 108. A
The conversion timing of the DC 106 and the creation of addresses for the memory 108 are performed by the counter circuit 110.
The counter circuit 110 corresponds to the plane parallel 12 shown in FIG.
And counts up / down pulses from an encoder 114 coupled to a motor 112 for controlling the tilt of the motor. The drive of the motor 112 is controlled by a drive controller 116 that reads the count value of the counter circuit 110. The drive amount of the motor 112, that is, the plane parallel 12 is set at the current position (the count value of the counter circuit).
Information on how much to change from processor 1
Given from 18. The processor 118 reads the level change characteristics (S-curve waveform) of the detection signal FS stored in the memory 108, calculates the slope, and sets an allowable range. Further processor 118
Has a function of outputting a digital value of an offset voltage to be added to the detection signal FS to the digital-analog converter (DAC) 120 and a function of opening and closing a switch SW for applying the detection signal FS to the adder 122. ing. The adder 122 outputs a voltage obtained by adding the offset voltage from the DAC 120 and the detection signal FS as a signal DS to the Z-DRV 18. The DAC 120 and the adder 1
The switch SW ₂ between 22, without adding an offset to the detection signal FS itself, the Z stage 20 Z-DR
When an offset is added to the run-in target value in V18, the state is switched from the illustrated state.

【００２１】さて、Ｚ−ＤＲＶ１８内には概略的に差動
アンプ１２４、モータ１９の駆動用のパワーアンプ１２
６等が組み込まれ、加算器１２２からの信号ＤＳは差動
アンプ１２４によって目標値ＴＳとの間で差が演算され
る。差動アンプ１２４の出力はスイッチＳＷ₄ を介して
パワーアンプ１２６へ送られ、モータ１９の駆動が行な
われる。スイッチＳＷ₄ が図示の状態から切り換えられ
ると、パワーアンプ１２６の出力は零になり、Ｚステー
ジ２０のＺ移動は停止する。また目標値ＴＳは図示の状
態ではスイッチＳＷ₃ を介して零レベルになっているの
で、検波信号ＦＳにオフセットが加わっていない状態で
は、検波信号ＦＳがゼロレベル（Ｓカーブの零点）にな
るようにモータ１９が駆動されることになる。スイッチ
ＳＷ₂ とＳＷ₃ がともに図示の状態から切り換えられて
いるときは、ＤＡＣ１２０からのオフセット電圧が目標
値ＴＳとなるので、検波信号ＦＳのレベルが目標値ＴＳ
のオフセット電圧と一致するようにモータ１９が駆動さ
れる。In the Z-DRV 18, a differential amplifier 124 and a power amplifier 12 for driving a motor 19 are schematically shown.
6 is incorporated, and the difference between the signal DS from the adder 122 and the target value TS is calculated by the differential amplifier 124. The output of the differential amplifier 124 is sent to the power amplifier 126 through the switch SW _4, the motor 19 is performed. When the switch SW ₄ is switched from the illustrated state, the output of the power amplifier 126 becomes zero, Z movement of the Z stage 20 is stopped. Since the target value TS is in the state shown has become zero level via the switch SW _3, while they are not subjected to any offset in the detection signal FS, so that the detection signal FS becomes zero level (zero point of the S-curve) , The motor 19 is driven. When the switch SW ₂ and SW ₃ is switched from the both of the illustrated state, the offset voltage from the DAC120 becomes the target value TS, the detection signal FS level target value TS of
Motor 19 is driven so as to match the offset voltage.

【００２２】ところでスイッチＳＷ₄ は、信号ＤＳのレ
ベルが目標値ＴＳに対して所定の許容範囲±ΔＶ内に入
ったときは開かれるもので、許容範囲外のときはいつで
も閉じているように作動する。このような動作のため
に、ウィンド・コンパレータ１３０とＤＡＣ１２８とを
設ける。ＤＡＣ１２８はプロセッサー１１８から許容範
囲の値ΔＶに応じたデジタル値を入力し、その値をアナ
ログ電圧に変換してウィンド・コンパレータ１３０へ送
る。ウィンド・コンパレータ１３０内には目標値ＴＳに
許容値ΔＶを加えた値（ＴＳ＋ΔＶ）と、目標値ＴＳか
ら許容値ΔＶを引いた値（ＴＳ−ΔＶ）との２つを基準
電圧として発生する回路が設けられ、入力された信号Ｄ
Ｓのレベルが２つの値（ＴＳ＋ΔＶ）、（ＴＳ−ΔＶ）
の間にあるときは、スイッチＳＷ₄ を図示の状態から切
り換えて開くための信号を発生する。この信号は同時に
プロセッサー１１８にも送られ、Ｚステージ２０のサー
ボ移動が完了したことを知るために使われる。By the way, the switch SW ₄ is opened when the level of the signal DS falls within a predetermined allowable range ± ΔV with respect to the target value TS, and operates so as to be closed whenever the level is out of the allowable range. I do. A window comparator 130 and a DAC 128 are provided for such an operation. The DAC 128 inputs a digital value corresponding to the allowable value ΔV from the processor 118, converts the digital value into an analog voltage, and sends the analog voltage to the window comparator 130. A circuit that generates two values as a reference voltage in the window comparator 130: a value (TS + ΔV) obtained by adding the allowable value ΔV to the target value TS and a value (TS−ΔV) obtained by subtracting the allowable value ΔV from the target value TS. Is provided, and the input signal D
S level has two values (TS + ΔV), (TS−ΔV)
When in between generates a signal to open switches the switch SW ₄ from the state shown in the figure. This signal is also sent to the processor 118 at the same time, and is used to know that the servo movement of the Z stage 20 has been completed.

【００２３】次に図２〜図５を参照して本発明の第１実
施例による装置の動作を説明するが、図５の構成からも
明らかなように、この第１実施例は図１に示した従来装
置にも同様に適用できるものである。まず初めに、図２
に示した構成においてＺステージ２０上のウェハＷとは
異なる位置に設けられた基準板ＦＭを焦点検出系（多点
ＡＦ系）の光束投射位置に位置決めする。基準板ＦＭは
投影レンズＰＬの投影視野とほぼ同等以上の大きさをも
ち、その表面が投影レンズＰＬの光軸ＡＸと極力垂直に
なるように取り付けられている。Next, the operation of the apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 5. As is clear from the configuration of FIG. 5, this first embodiment is shown in FIG. The same applies to the conventional device shown. First of all, FIG.
In the configuration shown in (1), the reference plate FM provided at a position different from the wafer W on the Z stage 20 is positioned at the light beam projection position of the focus detection system (multipoint AF system). The reference plate FM has a size substantially equal to or larger than the projection field of view of the projection lens PL, and is mounted so that the surface thereof is as perpendicular as possible to the optical axis AX of the projection lens PL.

【００２４】そして図５中のスイッチＳＷ₁ は図示のよ
うに閉じた状態、スイッチＳＷ₂ は図示の位置から切り
換えた状態、スイッチＳＷ₃ は図示の位置にセットさ
れ、基準板ＦＭを斜入射光式の多点ＡＦ系の受光セル１
５ｎに対応した測定点に対して仮りにフォーカス合わせ
を行なう。基準板ＦＭに対するフォーカス合わせが完了
すると、基準板ＦＭの表面は、受光セル１５ｎによって
規定される測定点をもつ斜入射ＡＦ系で決められている
仮想的な基準面と一致したことになる。[0024] and Figure switch SW ₁ in 5 closed as shown, the switch SW ₂ is state switched from the illustrated position, the switch SW ₃ is set in the position shown, the reference plate FM oblique incident light Type multi-point AF light receiving cell 1
Focusing is temporarily performed on the measurement point corresponding to 5n. When the focusing with respect to the reference plate FM is completed, the surface of the reference plate FM coincides with the virtual reference surface determined by the oblique incidence AF system having the measurement point defined by the light receiving cell 15n.

【００２５】その後プロセッサー１１８はスイッチＳＷ
₁ を開き、検波信号ＦＳがＺ−ＤＲＶ１８の方へ出力さ
れないようにする。これによって当然、スイッチＳＷ₄
も開いたままになるので、Ｚステージ２０のＺ方向への
移動が禁止される。次にプロセッサー１１８はドライブ
コントローラ１１６へ、プレーンパラレル１２を所定の
範囲内で一定の微小量ずつ傾斜角を変えていくような指
令を出力する。ただしプレーンパラレル１２の傾斜角の
可変範囲は、基準板ＦＭに対するフォーカス合わせが完
了した時点でのプレーンパラレル１２の角度位置を中心
としてその前後に設定する必要がある。Thereafter, the processor 118 sets the switch SW
Open _{1 so} that the detection signal FS is not output to the Z-DRV 18. This naturally causes the switch SW ₄
Is also kept open, so that the movement of the Z stage 20 in the Z direction is prohibited. Next, the processor 118 outputs a command to the drive controller 116 such that the inclination angle of the plane parallel 12 is changed by a fixed minute amount within a predetermined range. However, the variable range of the inclination angle of the plane parallel 12 needs to be set before and after the angular position of the plane parallel 12 at the time when the focusing with respect to the reference plate FM is completed.

【００２６】こうしてドライブコントローラ１１６によ
ってモータ１１２が駆動されプレーンパラレル１２が一
定の微小量だけ傾斜されると、そのときのカウンタ回路
１１０の計数値（プレーンパラレル１２の角度位置に対
応した値）はメモリ１０８に読み込まれて記憶される。
さらにカウンタ回路１１０はＡＤＣ１０６へ複数回（ｍ
回とする）の変換タイミングを指令し、ＡＤＣ１０６は
各変換タイミングのたびに検波信号ＦＳのレベルをデジ
タル値に変換してメモリ１０８に順次記憶していく。従
ってカウンタ回路１１０から得られる１つの角度位置デ
ータに対して、検波信号ＦＳのレベルを一定時間間隔
（μｓ又はｍｓのオーダ）でｍ回デジタルサンプリング
したｍ個のデータがメモリ１０８内に記憶される。When the motor 112 is driven by the drive controller 116 to tilt the plane parallel 12 by a predetermined minute amount, the count value of the counter circuit 110 (a value corresponding to the angular position of the plane parallel 12) at that time is stored in a memory. The data is read and stored in 108.
Further, the counter circuit 110 sends the ADC 106 a plurality of times (m
), And the ADC 106 converts the level of the detection signal FS into a digital value at each conversion timing and sequentially stores the digital value in the memory 108. Accordingly, m pieces of data obtained by digitally sampling the level of the detection signal FS m times at certain time intervals (on the order of μs or ms) for one piece of angular position data obtained from the counter circuit 110 are stored in the memory 108. .

【００２７】以上のことを指定されたプレーンパラレル
１２の傾斜駆動範囲内で繰り返し実行していくと、メモ
リ１０８内には検波信号ＦＳのレベル変化特性（Ｓカー
ブ波形）のデータが記憶される。これらのデータは、プ
レーンパラレル１２の１つの角度位置毎にサンプリング
されたｍ個の検波信号ＦＳのレベル値データをプロセッ
サー１１８によって平均化して１つのデータとされた上
でメモリ１０８内に順次再記憶される。こうして得られ
た検波信号ＦＳのレベル変化特性は一例として図６に示
すようになる。図６において各サンプリングデータをプ
ロットした点を結ぶ破線は信号ＦＳの包絡を示し、縦軸
は検波信号ＦＳのレベルを表わし、横軸はプレーンパラ
レル１２の角度位置を表わすが、その角度位置はＺステ
ージ２０のＺ方向の位置とも一義的に対応している。When the above is repeatedly executed within the designated tilt drive range of the plane parallel 12, the data of the level change characteristic (S-curve waveform) of the detection signal FS is stored in the memory 108. These data are averaged by the processor 118 on the level value data of the m detection signals FS sampled for each angular position of the plane parallel 12 to form one data, and then sequentially stored in the memory 108 again. Is done. The level change characteristic of the detection signal FS thus obtained is as shown in FIG. 6 as an example. In FIG. 6, the dashed line connecting the points where the respective sampling data is plotted indicates the envelope of the signal FS, the ordinate indicates the level of the detection signal FS, and the abscissa indicates the angular position of the plane parallel 12, where the angular position is Z It also uniquely corresponds to the position of the stage 20 in the Z direction.

【００２８】この図６からも明らかなように、Ｓカーブ
信号はレベルの零点に関して点対称な波形であり、零点
を中心とした直線部分が存在する。この直線部分はＡＦ
系によって検出される検波信号ＦＳ（偏差信号）と実際
の位置ずれ量（基準面に対する対象物表面のずれ）とが
ほぼ比列関係（線形関係）を保つ範囲であり、サーボ系
は専らこの範囲を利用する。As is apparent from FIG. 6, the S-curve signal has a point-symmetric waveform with respect to the zero point of the level, and has a straight line portion centered on the zero point. This straight line part is AF
The detection signal FS (deviation signal) detected by the system and the actual positional deviation amount (deviation of the surface of the object with respect to the reference plane) substantially maintain a linear relationship, and the servo system exclusively uses this range. Use

【００２９】従ってこの検波信号ＦＳのレベル変化特性
をメモリ１０８内に取り込む場合は、その線形範囲のみ
に制限しておいてもよい。次にプロセッサー１１８は図
６の特性から、検波信号ＦＳの零点、もしくはその極近
傍での感度（位置偏差の変化に対する信号レベルの変化
率）ΔＡを最小２乗法等を用いて算出する。図６では零
点を接点として検波信号ＦＳの波形上に引いた一次微分
式の直線ｋの傾きを求めることになる。Therefore, when the level change characteristic of the detection signal FS is taken into the memory 108, it may be limited to only its linear range. Next, the processor 118 calculates the sensitivity (rate of change of the signal level with respect to the change of the position deviation) ΔA at the zero point of the detection signal FS or in the vicinity of the zero point using the characteristic of FIG. In FIG. 6, the slope of the straight line k of the primary differential equation drawn on the waveform of the detection signal FS using the zero point as a contact point is obtained.

【００３０】感度（傾き）ΔＡは、検波信号ＦＳを電圧
（Ｖ）、位置偏差をμｍで表わすとすると、Ｖ／μｍの
単位をもつ。さて、プロセッサー１１８内には予め標準
となる感度（又は前回のキャリブレーションで決めた感
度）ΔＡｒの値が記憶されているので、プロセッサー１
１８は計測した感度ΔＡと標準感度ΔＡｒとを比較す
る。この際、露光装置本体の制御ラック、又はコンソー
ル内に計測シーケンスをモニターするためのキャラクタ
ーディスプレイ装置がある場合は、そのディスプレイ装
置上に標準感度ΔＡｒとともに計測した感度ΔＡの値を
表示するとよい。The sensitivity (slope) ΔA has a unit of V / μm, where the detection signal FS is represented by voltage (V) and the positional deviation is represented by μm. Since the standard sensitivity (or the sensitivity determined by the previous calibration) ΔAr is stored in the processor 118 in advance, the processor 1
Reference numeral 18 compares the measured sensitivity ΔA with the standard sensitivity ΔAr. At this time, if there is a character display device for monitoring the measurement sequence in the control rack or console of the exposure apparatus main body, the value of the measured sensitivity ΔA together with the standard sensitivity ΔAr may be displayed on the display device.

【００３１】ここで標準感度ΔＡｒの意味について図７
を参照して簡単に説明する。図７において縦軸は検波信
号ＦＳのレベルを表わし、横軸はＺステージ２０（又は
ウェハＷ、基準板ＦＭ）のＺ方向の位置偏差を表わし、
零点はベストフォーカス面に一致しているものとする。
図７中で零点を通る直線Ｋｒが標準感度ΔＡｒだとする
と、フォーカス合わせ時のＺステージ２０のサーボ追い
込み範囲、すなわちフォーカスが合っているとみなせる
位置偏差の許容範囲Δαに対応した標準感度ΔＡｒ上で
の許容電圧範囲は±ΔＶｒに設定される。この許容電圧
範囲±ΔＶｒは、図５中のＤＡＣ１２８からウィンド・
コンパレータ１３０へセットされるウィンド幅に相当し
ている。FIG. 7 shows the meaning of the standard sensitivity ΔAr.
This will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 7, the vertical axis represents the level of the detection signal FS, the horizontal axis represents the positional deviation of the Z stage 20 (or the wafer W, the reference plate FM) in the Z direction,
The zero point is assumed to coincide with the best focus plane.
Assuming that the straight line Kr passing through the zero point in FIG. 7 is the standard sensitivity ΔAr, the servo drive range of the Z stage 20 at the time of focusing, that is, the standard sensitivity ΔAr corresponding to the permissible range Δα of the positional deviation that can be regarded as being in focus is obtained. The allowable voltage range is set to ± ΔVr. This allowable voltage range ± ΔVr is obtained from the DAC 128 in FIG.
This corresponds to the window width set in the comparator 130.

【００３２】このような状態で、実際の検波信号ＦＳの
レベル変化特性がＦＳ₁ のように直線部分の傾きが標準
感度ΔＡｒの直線Ｋｒの傾きよりも急峻になっていたと
する。この場合、サーボ系に対して設定されている許容
電圧範囲±ΔＶｒは、Ｚステージ２０の位置偏差上では
許容範囲Δα₁ になり、これは標準の範囲Δαに対して
小さくなる。このため、特性ＦＳ₁ でサーボ系が安定に
動作する場合は、追い込み精度が向上するので、それに
よる不都合は生じない。In such a state, it is assumed that the level change characteristic of the actual detection signal FS is such that the slope of the straight line portion is steeper than the slope of the straight line Kr of the standard sensitivity ΔAr like FS ₁ . In this case, the allowable voltage range ±? Vr that is set to the servo system becomes the allowable range [Delta] [alpha] ₁ on positional deviation of the Z stage 20, which is smaller relative to the normal range [Delta] [alpha]. Therefore, if the servo system to work stably in characteristics FS _1, since the improved thrust accuracy, it by inconvenience does not occur.

【００３３】逆に、特性ＦＳ₂ のように直線部分の傾き
が標準感度ΔＡｒの傾きよりも小さくなったときは問題
が生じる。すなわち、特性ＦＳ₂ 上での許容電圧範囲±
ΔＶｒに対する位置偏差上の許容範囲はΔα₂ になり、
これは当然のことながらΔα ₂ ＞Δαになってしまい、
追い込み精度があまくなってしまう。このため、オペレ
ータが想定していた許容範囲Δαに対して、ウェハＷは
ずれて位置設定されてしまうことがある。つまり、フォ
ーカス合わせを行なうたびに、ウェハＷの面位置がΔα
₂ のなかでばらつき、Δαを飛び出すことが起る。これ
によってウェハＷ上のショット領域毎にフォーカス合わ
せをしても、ショット領域毎にフォーカス精度のばらつ
きが大きくなってしまう。フォーカス精度のばらつき
は、ショット領域内に転写されるパターン投影像の忠実
度（像質）のショット毎の再現性をうばうことになる。Conversely, the characteristic FS_TwoThe inclination of the straight line part like
Becomes smaller than the slope of the standard sensitivity ΔAr
Occurs. That is, the characteristic FS_TwoAllowable voltage range ±
The allowable range on the positional deviation for ΔVr is Δα_Twobecome,
This is, of course, Δα _Two> Δα,
The run-in accuracy will increase. Because of this,
The wafer W is in the allowable range Δα assumed by the
The position may be shifted. That is,
Each time focus adjustment is performed, the surface position of the wafer W becomes Δα
_Two, And jump out of Δα. this
Focus for each shot area on wafer W
Focus accuracy for each shot area
Will increase. Variation in focus accuracy
Is the faithfulness of the projected pattern image transferred in the shot area.
The degree of reproducibility of the degree (image quality) for each shot is influenced.

【００３４】そこでプロセッサー１１８は計測した感度
ΔＡと標準感度ΔＡｒとを比較し、差が生じているとき
は、以下のような補正演算を行なう。まず計測した感度
ΔＡに対しても、位置偏差上での許容範囲を標準値と等
しくΔαにするものとすると、次の２つの式の関係が成
り立つ。 ２・ΔＶｒ／Δα＝ΔＡｒ、２・ΔＶｘ／Δα＝ΔＡ ここでΔＶｘは求めるべきレベル特性上での許容電圧範
囲である。従って上記２式を解くと、 ΔＶｘ＝ΔＡ・Δα／２＝ΔＡ・ΔＶｒ／ΔＡｒ （式１） の関係が得られる。Then, the processor 118 compares the measured sensitivity ΔA with the standard sensitivity ΔAr, and if there is a difference, performs the following correction operation. First, with respect to the measured sensitivity ΔA, if the allowable range on the positional deviation is set to Δα equal to the standard value, the following two equations hold. 2 · ΔVr / Δα = ΔAr, 2 · ΔVx / Δα = ΔA Here, ΔVx is an allowable voltage range on a level characteristic to be obtained. Therefore, when the above two equations are solved, the relationship of ΔVx = ΔA · Δα / 2 = ΔA · ΔVr / ΔAr (Equation 1) is obtained.

【００３５】プロセッサー１１８は、この式に基づいて
感度ΔＡに対応した新たな許容電圧範囲ΔＶｘを補正演
算して内部に記憶するとともに、ＤＡＣ１２８を介して
ウィンド・コンパレータ１３０にセットすべきウィンド
幅に関する値をΔＶｘに修正する。尚、この式１から明
らかなように、ΔＡ＞ΔＡｒのときはΔＶｘ＞ΔＶｒに
なり、ΔＡ＜ΔＡｒのときΔＶｘ＜ΔＶｒになる。The processor 118 corrects the new allowable voltage range .DELTA.Vx corresponding to the sensitivity .DELTA.A based on this equation, stores the corrected value in the window, and stores a value relating to the window width to be set in the window comparator 130 via the DAC 128. Is corrected to ΔVx. Note that, as is apparent from Equation 1, when ΔA> ΔAr, ΔVx> ΔVr, and when ΔA <ΔAr, ΔVx <ΔVr.

【００３６】以上のようにして、ＡＦ系の検波信号Ｆ
Ｓ、すなわちフォーカス偏差信号の感度に応じた許容範
囲のキャリブレーションが終ると、プロセッサー１１８
はスイッチＳＷ₁ を図示の位置に戻して、通常のフォー
カス合わせ動作に復帰する。ところで図５に示した回路
構成では、フォーカス合わせの際のサーボ制御にあたっ
て、２通りの方法が可能である。１つはスイッチＳＷ₃
を図示の位置にして目標値ＴＳを零にした場合であり、
もう１つはスイッチＳＷ₂ 、ＳＷ₃ を図示の位置から切
り換えて目標値ＴＳをＤＡＣ１２０からのオフセット電
圧にした場合である。As described above, the detection signal F of the AF system is obtained.
S, that is, when the calibration of the allowable range according to the sensitivity of the focus deviation signal is completed, the processor 118
The return the switch SW ₁ to the position shown, returns to the normal focusing operation. By the way, in the circuit configuration shown in FIG. 5, two methods are possible for servo control at the time of focusing. One is switch SW ₃
Is the position shown in the figure and the target value TS is zero.
The other is a case where the switches SW ₂ and SW ₃ are switched from the illustrated positions to set the target value TS to an offset voltage from the DAC 120.

【００３７】目標値ＴＳを零にした場合は、検波信号Ｆ
Ｓのレベル変化特性で常にＯＶになる点である。従って
ＤＡＣ１２０、スイッチＳＷ₂ を介してオフセット電圧
が検波信号ＦＳに加算されて、例えば図７中の特性ＦＳ
₁ 、又はＦＳ₂ が縦軸方向にオフセット分だけ平行シフ
トしている場合でも、平行シフトした状態での特性上で
レベルが零点になる位置がＺステージ２０の目標位置に
なる。このためオフセットを加える前の特性上で零点に
なるＺ方向の位置がベストフォーカス面と一致していた
ものとすると、オフセットを加えることによって、ウェ
ハ表面のフォーカスすべき位置をベストフォーカス面か
ら意図的にずらすことができる。そのずらし量は、オフ
セット電圧と検波信号の感度ΔＡとで一義的に決まる。When the target value TS is set to zero, the detection signal F
The point is that it always becomes OV in the level change characteristic of S. Therefore DAC 120, the offset voltage via a switch SW ₂ is added to the detection signal FS, for example characteristic of FIG. 7 FS
_{Even if 1} or FS ₂ is shifted in parallel in the vertical axis direction by an offset, the position where the level becomes zero on the characteristics in the state of the parallel shift is the target position of the Z stage 20. For this reason, assuming that the position in the Z direction that becomes a zero point on the characteristics before adding the offset coincides with the best focus plane, the position to be focused on the wafer surface is intentionally shifted from the best focus plane by adding the offset. Can be shifted. The shift amount is uniquely determined by the offset voltage and the sensitivity ΔA of the detection signal.

【００３８】このことは目標値ＴＳの方にオフセット電
圧を与える場合でも全く同じであり、異なる点は検波信
号ＦＳのレベルが目標値としてのオフセット電圧と一致
するところでサーボ系が静定する点である。尚、プレー
ンパラレル１２を傾斜させると、フォーカスオフセット
を与えることができるが、この場合は電圧を与えるオフ
セットとは異なり、検波信号ＦＳのレベル変化特性を位
置偏差の方向（Ｚ方向）に平行移動させたことになる。
すなわち、図７中の特性ＦＳ₁ 又はＦＳ₂ について言え
ば、図７のグラフ中で特性ＦＳ₁ 、又はＦＳ₂ を横軸方
向に平行シフトさせたことになる。This is exactly the same even when an offset voltage is applied to the target value TS. The difference is that the servo system is settled when the level of the detection signal FS matches the offset voltage as the target value. is there. Note that when the plane parallel 12 is inclined, a focus offset can be given. In this case, unlike the offset for giving a voltage, the level change characteristic of the detection signal FS is translated in the direction of the positional deviation (Z direction). It will be.
That is, regarding the characteristic FS ₁ or FS ₂ in FIG. 7, this means that the characteristic FS ₁ or FS ₂ is shifted in the horizontal axis direction in the graph of FIG.

【００３９】以上、第１の実施例ではＤＡＣ１２８、ウ
ィンド・コンパレータ１３０によって許容範囲内に入っ
たらスイッチＳＷ₄ を切り換えてサーボ系を停止させる
ようにしたが、このような機能はプロセッサー１１８内
でソフトウェア的に実行してもよい。その場合は、ＡＤ
Ｃ１０６の変換を常時高速に繰り返し行なうようにし、
そのデジタル値をプロセッサー１１８で逐次読み込み、
それをデジタル的に記憶された許容範囲ΔＶｒ、又はΔ
Ｖｘと比較演算するようにする。またサーボ系の差動ア
ンプ１２４の機能は、デジタル的に記憶された目標値Ｔ
ＳとＡＤＣ１０６からのデジタル値の差を逐次算出する
ソフトウェアに置き換える。そして算出された差をＤ／
Ａコンバータを介してパワーアンプ１２６に印加するよ
うに構成しておく。[0039] As described above, in the first embodiment DAC 128, but so as to stop the servo system switches the switch SW ₄ After entering within the allowable range by the wind comparator 130, such functions software in the processor 118 It may be executed in a targeted manner. In that case, AD
The conversion of C106 is always repeated at high speed,
The digital values are sequentially read by the processor 118,
Digitally stored tolerance ΔVr, or Δ
A comparison operation with Vx is performed. The function of the differential amplifier 124 of the servo system is a function of the target value T stored digitally.
The software is replaced with software that sequentially calculates the difference between S and the digital value from the ADC 106. Then, the calculated difference is represented by D /
It is configured to apply the voltage to the power amplifier 126 via the A converter.

【００４０】このようにすると、許容範囲ΔＶｒ、又は
ΔＶｘに入ったことを検出してサーボ系を停止させると
きは、目標値ＴＳとＡＤＣ１０６のデジタル値との差を
算出するソフトウェア上で、その差を強制的に零にして
アンプ１２６へ出力すればよい。ところで図７に示した
許容電圧範囲±ΔＶｒは実際の装置上ではかなり小さな
値であり、また許容範囲Δαも極めて小さなものであ
る。一例として１６ＭビットのＤＲＡＭ製造に使われる
投影露光装置では、投影レンズＰＬの実効的な焦点深度
が±0.７μｍ程度しかなく、従って許容範囲Δαも、±
0.３μｍ前後になる。また斜入射光式のＡＦ系の検波信
号ＦＳの直線部分のレンジは、大きく取れたとしても±
３〜６μｍ前後である。In this way, when the servo system is stopped upon detecting that it has entered the allowable range ΔVr or ΔVx, the difference is calculated on the software for calculating the difference between the target value TS and the digital value of the ADC 106. May be forcibly set to zero and output to the amplifier 126. Incidentally, the allowable voltage range ± ΔVr shown in FIG. 7 is a considerably small value on an actual device, and the allowable range Δα is also extremely small. As an example, in a projection exposure apparatus used for manufacturing a 16 Mbit DRAM, the effective depth of focus of the projection lens PL is only about ± 0.7 μm, so that the allowable range Δα is also ±
It is around 0.3 μm. Also, the range of the linear portion of the detection signal FS of the oblique incident light type AF system is ±
It is about 3 to 6 μm.

【００４１】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。第２の実施例は基本的には第１の実施例と同じであ
るが、第１の実施例の多点ＡＦ系の各測定点に対応した
検波信号（Ｓカーブ信号）の傾きを計測して、各測定点
毎にＺ方向の目標値からの位置偏差量の許容範囲を較正
するための構成を付加した点が異なる。従って図２、図
３、図４の構成は第２の実施例でも同じであって、図５
の一部の構成が異なる。Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is basically the same as the first embodiment, except that the slope of the detection signal (S-curve signal) corresponding to each measurement point of the multipoint AF system of the first embodiment is measured. The difference is that a configuration for calibrating the allowable range of the positional deviation from the target value in the Z direction is added for each measurement point. Therefore, the configurations of FIGS. 2, 3 and 4 are the same in the second embodiment, and FIG.
Are partially different.

【００４２】図８は図２に示したアレイセンサー１５と
セレクタ回路１３との接続関係の一例を模式的に示した
ものである。先の図３、図４にも示したように、アレイ
センサー１５は、ウェハＷ上のスリット像ＳＴの長手方
向に一次元に複数個の受光セルを並べたものである。そ
こでアレイセンサー１５上の受光セル列を５等分して５
つのグループＧａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄ、Ｇｅを設定す
る。各グループ中には数個程度の受光セルが含まれる。
本実施例では図８に示すように５つのグループがいずれ
も反射光に応じた光電信号を出力するような構成とし、
各グループからの光電信号は個別に用意された５つの同
期検波回路（ＰＳＤ）１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、
１０２Ｄ、１０２Ｅとローパスフィルターとにそれぞれ
印加され、５つの検波信号ＦＳａ、ＦＳｂ、ＦＳｃ、Ｆ
Ｓｄ、ＦＳｅを同時に得るものとする。また図８では５
つの測定点毎のＡＦ系の処理回路をＣＧａ、ＣＧｂ、Ｃ
Ｇｃ、ＣＧｄ、ＣＧｅとし、いずれも同一構成なので回
路ＣＧａのみを代表的に詳しく図示してある。FIG. 8 schematically shows an example of the connection relationship between the array sensor 15 and the selector circuit 13 shown in FIG. As shown in FIGS. 3 and 4, the array sensor 15 has a plurality of light receiving cells arranged one-dimensionally in the longitudinal direction of the slit image ST on the wafer W. Therefore, the light receiving cell row on the array sensor 15 is divided into
One group Ga, Gb, Gc, Gd, Ge is set. Each group includes about several light receiving cells.
In this embodiment, as shown in FIG. 8, each of the five groups outputs a photoelectric signal corresponding to the reflected light.
The photoelectric signals from each group are individually provided with five synchronous detection circuits (PSDs) 102A, 102B, 102C,
102D, 102E and the low-pass filter, respectively, and five detection signals FSa, FSb, FSc, F
Sd and FSe are obtained simultaneously. Also, in FIG.
The processing circuits of the AF system for each of the three measurement points are CGa, CGb, C
Gc, CGd, and CGe are the same in configuration, and only the circuit CGa is shown in detail as a representative.

【００４３】アレイセンサー１５の受光セルのグループ
Ｇａ内には５つの受光セル１５Ａ₁、１５Ａ₂ 、１５Ａ
₃ 、１５Ａ₄ 、１５Ａ₅ が含まれ、それらはセレクター
回路１３Ａ内の５つのスイッチの夫々と直列に配線さ
れ、さらに互いに並列に接続されてＩ−Ｖ変換アンプ１
００Ａの入力に接続される。セレクター回路１３Ａ内の
５つのスイッチは、図２に示したＭＣＵ３０からの指令
で択一的、又は任意の複数個（２〜５）ずつが閉じら
れ、５つの受光セル１５Ａ₁ 〜１５Ａ₅ のいずれか１つ
からの光電信号、又は任意の複数個（２〜５）の夫々か
らの信号の加算信号がＩ−Ｖ変換される。Ｉ−Ｖ変換ア
ンプ１００Ａのフィードバック回路には、５つの受光セ
ルから選らばれる受光セルの数に応じてゲインを補正す
るための５本の抵抗と４つのスイッチとが図示のように
設けられる。４つのスイッチはセレクター回路１３Ａに
よる受光セルの選択パターンに応じてＭＣＵ３０からの
指令で適宜切り替えられる。ここではその４つのスイッ
チをゲイン切替器１３Ｂとする。そしてＩ−Ｖ変換アン
プ１００Ａからの信号はＰＳＤ１０２Ａ、ＬＰＦ１０４
Ａによって検波され、回路ＣＧａは検波信号ＦＳａを出
力する。以下、他の回路ＣＧｂ〜ＣＧｅも全く同様に構
成され、それぞれ検波信号ＦＳｂ〜ＦＳｅを出力する。In the group Ga of the light receiving cells of the array sensor 15, five light receiving cells 15A ₁ , 15A ₂ and 15A are provided.
_3, 15A _4, 15A ₅ includes, they are routed to five respective series switches in the selector circuit 13A, it is further connected in parallel with one another I-V converting amplifier 1
Connected to the 00A input. Five switches in the selector circuit 13A is alternatively a command from MCU30 shown in FIG. 2, or any of a plurality (2-5) each is closed, any of the five light-receiving cells 15A ₁ to 15A ₅ The photoelectric signal from one of them, or an added signal of signals from an arbitrary plurality (2 to 5) is subjected to IV conversion. The feedback circuit of the IV conversion amplifier 100A is provided with five resistors and four switches for correcting a gain according to the number of light receiving cells selected from five light receiving cells as shown in the figure. The four switches are appropriately switched by an instruction from the MCU 30 in accordance with a light receiving cell selection pattern by the selector circuit 13A. Here, the four switches are gain switches 13B. The signal from the IV conversion amplifier 100A is transmitted to the PSD 102A and the LPF 104.
A is detected by A, and the circuit CGa outputs a detection signal FSa. Hereinafter, the other circuits CGb to CGe have exactly the same configuration, and output detection signals FSb to FSe, respectively.

【００４４】以上の構成で、セレクター回路１３Ａがグ
ループＧａ内の５つの受光セルのうち任意の１つを選ん
でスイッチを閉じると、切替器１３ＢはＩ−Ｖ変換アン
プ１００Ａのフィードバックループ内の合成抵抗が最も
高くなるように、すなわちＩ−Ｖ変換のゲインが最も高
くなるように切り替えられる。図８の構成では受光セル
の任意の２つ、３つ、４つ、５つのいずれかによる並列
接続が可能であるので、切替器１３Ｂの切り替えによる
Ｉ−Ｖ変換のゲイン補正は、最も高ゲインのときに対し
てそれぞれ１／２、１／３、１／４、１／５に設定され
る。このように１つのグループ内でも受光セルを選択で
きるようにしておくと、ウェハＷ上のショット領域内の
パターン構造に対応してきめ細かに測定点を設定するこ
とができる。またグループ内の受光セルのいくつかを並
列にして使うと、測定点としての面積はスリット像ＳＴ
の長手方向に広がることになるが、光電信号を加算する
ことによる平均化効果、Ｓ／Ｎ比の向上等の点で有利と
なる。With the above configuration, when the selector circuit 13A selects an arbitrary one of the five light receiving cells in the group Ga and closes the switch, the switch 13B performs synthesis in the feedback loop of the IV conversion amplifier 100A. The switching is performed so that the resistance becomes the highest, that is, the gain of the IV conversion becomes the highest. In the configuration of FIG. 8, any two, three, four, or five light receiving cells can be connected in parallel, so that the gain correction of the IV conversion by switching the switch 13B is the highest gain. Are set to 1/2, 1/3, 1/4, and 1/5, respectively. When the light receiving cells can be selected even within one group, measurement points can be finely set in accordance with the pattern structure in the shot area on the wafer W. Also, if some of the light receiving cells in the group are used in parallel, the area as the measurement point becomes the slit image ST.
Are spread in the longitudinal direction, but are advantageous in terms of averaging effect by adding photoelectric signals, improvement of S / N ratio, and the like.

【００４５】尚、図８の回路構成で５つの回路ＣＧａ〜
ＣＧｅの夫々のセレクタ回路１３Ａによる選択パターン
を独立に設定できるようにすると、スリット像ＳＴ内に
見かけ上２５点存在する測定点のうちの５点を任意に選
ぶ使用方法が可能となる。以上のようにして、５つの測
定点の夫々に対応した検波信号ＦＳａ〜ＦＳｅが得られ
ると、それら信号の零点位置のちがいからスリット像Ｓ
Ｔ上の長手方向に関してウェハＷの表面の傾きや局所的
な凹凸を知ることができる。すなわちウェハ表面の平坦
度を求めてウェハを傾斜補正（レベリング）することが
可能となる。ところがウェハ表面の基準平面（ＸＹステ
ージ２１の移動平面）に対する傾きや局所的な凹凸を高
精度に求めるためには、各測定点毎に検波信号ＦＳａ〜
ＦＳｅの直線部分の傾き（感度）を予め正確に知ってお
く必要もある。また、５つの測定点のうち任意の１つの
測定点からの検波信号のみに基づいてＺステージ２０を
サーボ制御してフォーカス合わせを行なう場合、各検波
信号毎に許容偏差範囲Δαがばらついていると、任意の
測定点を選ぶことによってショット領域内の特定の部分
にベストフォーカスを合わせられるという多点ＡＦ系の
特有の効果が半減してしまうことになる。In the circuit configuration of FIG.
If the selection pattern of each selector circuit 13A of CGe can be set independently, a usage method of arbitrarily selecting 5 points out of 25 measurement points apparently present in the slit image ST becomes possible. As described above, when the detection signals FSa to FSe corresponding to each of the five measurement points are obtained, the slit image S
With respect to the longitudinal direction on T, the inclination of the surface of the wafer W and local irregularities can be known. That is, the inclination of the wafer can be corrected (leveling) by obtaining the flatness of the wafer surface. However, in order to obtain the inclination and local unevenness of the wafer surface with respect to the reference plane (the moving plane of the XY stage 21) with high accuracy, the detection signals FSa to
It is also necessary to know the inclination (sensitivity) of the linear portion of FSe accurately in advance. Further, when focusing is performed by servo-controlling the Z stage 20 based only on a detection signal from an arbitrary one of the five measurement points, the allowable deviation range Δα varies for each detection signal. By selecting an arbitrary measurement point, the unique effect of the multi-point AF system that the best focus can be adjusted to a specific portion in the shot area is reduced by half.

【００４６】そこで、図５に示したＡＤＣ１０６の前
に、５つの検波信号ＦＳａ〜ＦＳｅのうちいずれか１つ
の信号を選択するマルチプレクサ回路を設けるか、ある
いは５つの検波信号ＦＳａ〜ＦＳｅの夫々に対してＡＤ
Ｃを設けるかして、５つの検波信号ＦＳａ〜ＦＳｅの夫
々の感度ΔＡａ、ΔＡｂ、ΔＡｃ、ΔＡｄ、ΔＡｅを第
１の実施例と同様にして求める。そして先の（式１）と
同様にして、標準感度ΔＡｒから規定される標準の許容
偏差範囲Δαに基づいて、許容電圧範囲ΔＶxa、ΔＶx
b、ΔＶxc、ΔＶxd、ΔＶxeを算出すればよい。Therefore, before the ADC 106 shown in FIG. 5, a multiplexer circuit for selecting any one of the five detection signals FSa to FSe is provided, or for each of the five detection signals FSa to FSe. AD
By providing C, the sensitivities ΔAa, ΔAb, ΔAc, ΔAd, and ΔAe of the five detection signals FSa to FSe are obtained in the same manner as in the first embodiment. Then, in the same manner as in the above (Equation 1), based on the standard allowable deviation range Δα defined from the standard sensitivity ΔAr, the allowable voltage ranges ΔVxa, ΔVx
b, ΔVxc, ΔVxd, and ΔVxe may be calculated.

【００４７】あるいは、５つの測定点のうち着目する１
つの測定点について求めた感度、例えばスリット像ＳＴ
の中央に位置するグループＧｃによる測定点について求
めた感度ΔＡｃを標準感度とみなし、残りの４つの感度
ΔＡａ、ΔＡｂ、ΔＡｄ、ΔＡｅの夫々に対応して許容
電圧範囲をキャリブレーションしてもよい。この場合、
スリット像ＳＴ内で着目した測定点以外の各測定点に対
応したＡＦ系の許容偏差範囲は、いずれも着目した測定
点に対応したＡＦ系の許容偏差範囲と揃うことなる。Alternatively, one of the five measurement points of interest
Sensitivity obtained for two measurement points, for example, slit image ST
May be regarded as the standard sensitivity, and the allowable voltage range may be calibrated for each of the remaining four sensitivities ΔAa, ΔAb, ΔAd, and ΔAe. in this case,
The allowable deviation range of the AF system corresponding to each measurement point other than the measurement point of interest in the slit image ST is aligned with the allowable deviation range of the AF system corresponding to the measurement point of interest.

【００４８】ところで、上記のように多点ＡＦ系を用い
てウェハＷをフォーカス合わせする場合、実際的な運用
としては５つの測定点の夫々でのフォーカスずれを計測
し、それらずれ量を平均演算、又は統計演算することに
よって１つのずれ量として決定しなければならない。そ
こでその目的にも合った信号処理系の一例を図９に示
す。When the wafer W is focused by using the multi-point AF system as described above, as a practical operation, the focus shift at each of the five measurement points is measured, and the shift amounts are averaged. Or by performing a statistical operation to determine the amount of deviation. FIG. 9 shows an example of a signal processing system suitable for the purpose.

【００４９】図９は図５に示した回路中のアナログ的な
処理部分のほとんどをプロセッサー１１８内の演算に置
き換えたものである。また図９において図５中の部材と
同じものには同一の符号をつけてある。５つの検波信号
ＦＳａ〜ＦＳｅは、プロセッサー１１８からの指令によ
りスイッチングを行なうアナログ・マルチプレクサ回路
（ＭＰＸ）１３０に入力し、そのうちの１つがＡＤＣ１
０６へ出力される。ＡＤＣ１０６はプロセッサー１１８
により変換タイミングを制御され、変換されたデジタル
値はプロセッサー１１８に逐次読み込まれ、許容範囲の
キャリブレーション時にはさらにメモリ１０８へも書き
込まれる。またプロセッサー１１８は図５と同様のカウ
ンタ回路１１０からの計数値を読み込み、必要に応じて
メモリ１０８へ書き込む。FIG. 9 shows a circuit in which most of the analog processing in the circuit shown in FIG. In FIG. 9, the same members as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. The five detection signals FSa to FSe are input to an analog multiplexer circuit (MPX) 130 that performs switching according to a command from the processor 118, and one of them is ADC1.
06 is output. ADC 106 is a processor 118
The converted digital value is sequentially read by the processor 118, and further written into the memory 108 at the time of calibration within an allowable range. The processor 118 reads the count value from the counter circuit 110 similar to that of FIG. 5 and writes it to the memory 108 as necessary.

【００５０】さらにプロセッサー１１８は５つの測定点
の各測定値に基づいて、フォーカス合わせのためにＺス
テージ２０を移動すべき量に対応した偏差電圧を表わす
デジタル値をＤＡＣ１３２に出力する。これによって差
動アンプ１２４、パワーアンプ１２６はＺステージ２０
用のモータ１９をサーボ制御してＺステージ２０を目標
位置に設定する。Further, the processor 118 outputs to the DAC 132 a digital value representing a deviation voltage corresponding to an amount by which the Z stage 20 is to be moved for focusing based on the measured values of the five measurement points. As a result, the differential amplifier 124 and the power amplifier 126
Servo 19 controls the motor 19 to set the Z stage 20 at the target position.

【００５１】以上の構成で、各測定点毎のＡＦ系をキャ
リブレーションするときは、プレーンパラレル１２を一
定量だけ傾けるように駆動制御した後、カウンタ回路１
１０からの計数値をメモリ１０８に記憶するとともに、
ＭＰＸ１３０から信号ＦＳａ〜ＦＳｅが順次出力される
ように切り換え、各切り換えのたびにＡＤＣ１０６から
のデジタル値を読み込んでメモリ１０８に記憶する。そ
の後、再びプレーンパラレル１２を一定量傾けることを
繰り返す。そしてメモリ１０８内に図６に示したような
波形データを各測定点毎に作成すればよい。In the above configuration, when the AF system for each measurement point is calibrated, drive control is performed so that the plane parallel 12 is inclined by a fixed amount, and then the counter circuit 1 is controlled.
While storing the count value from 10 in the memory 108,
The switching is performed so that the signals FSa to FSe are sequentially output from the MPX 130, and the digital value from the ADC 106 is read and stored in the memory 108 at each switching. Thereafter, the plane parallel 12 is repeatedly tilted by a predetermined amount. Then, waveform data as shown in FIG. 6 may be created in the memory 108 for each measurement point.

【００５２】一方、ウェハＷ（又は基準板ＦＭ）に対す
るフォーカス合わせのときは、ＭＰＸ１３０によるスイ
ッチングとＡＤＣ１０６の変換タイミングを高速に行な
い、検波信号ＦＳａ〜ＦＳｅの各レベルを高速に順次読
み込むようにする。さらにプロセッサー１１８は各検波
信号のレベルの読み取りの繰り返し周期のいくつかで得
られた複数のレベル値を一時的に記憶して、ソフトウェ
アによって各検波信号毎に平均化を行なう。図１０はそ
の様子を模式的にハードウェア的に示したものである。
プロセッサー１１８は５つの検波信号用に５つのスタッ
クメモリ部をソフトウェア上で有し、図１０はそのうち
の１つのスタックメモリ部ＭＳＴを示す。このスタック
メモリ部ＭＳＴは、例えば検波信号ＦＳａ用のものであ
り、信号ＦＳａのレベルがＡＤＣ１０６から読み込まれ
るたびに、そのレベルのデジタル値ＤＦ_n が１つの番地
に書き込まれ、１周期前に読み込まれたデジタル値ＤＦ
_{n- 1} 、２周期前に読み込まれたデジタル値ＤＦ_n-2 は順
次隣りの番地へシフトされていく。加算器ＡＤＤは新た
なデジタル値がスタックメモリ部ＭＳＴに書き込まれる
と、いくつかのデジタル値ＤＦ_n 、ＤＦ_n-1 、ＤＦ_n-2
……を加算して平均値を求める。尚、平均値は、加算す
べきデジタル値を２つにしたときは加算結果のデータを
ＬＳＢ（最下位ビット）方向へ１ビットシフトし、加算
すべきデジタル値を４つにしたときは加算結果のデータ
をＬＳＢ方向へ２ビットシフトすれば簡単に求められ
る。On the other hand, when focusing on the wafer W (or the reference plate FM), the switching by the MPX 130 and the conversion timing of the ADC 106 are performed at high speed, and the levels of the detection signals FSa to FSe are sequentially read at high speed. Further, the processor 118 temporarily stores a plurality of level values obtained in some of the repetition periods of reading the level of each detection signal, and performs averaging for each detection signal by software. FIG. 10 schematically shows this state in terms of hardware.
The processor 118 has five stack memory units for five detection signals on software, and FIG. 10 shows one of the stack memory units MST. The stack memory unit MST is intended for example for the detection signal FSa, every time the level of the signal FSa is read from the ADC 106, the digital value DF _n for that level is written into one address is read in the previous cycle Digital value DF
_The digital value DF _n−2 read _{n− 1} and two cycles before is sequentially shifted to the next address. When a new digital value is written in the stack memory unit MST, the adder ADD generates several digital values DF _n , DF _n−1 , DF _n−2.
... Are added to obtain an average value. The average value is obtained by shifting the data of the addition result by one bit in the LSB (least significant bit) direction when the number of digital values to be added is two, and when the number of digital values to be added is four. Can be easily obtained by shifting the data by two bits in the LSB direction.

【００５３】以上のような操作により、プロセッサー１
１８内に５つの検波信号ＦＳａ〜ＦＳｅのレベル値がほ
ぼリアルタイムに取り込まれるので、プロセッサー１１
８はそれらのレベル値に基づいて各測定点でのベストフ
ォーカス面からの位置偏差量を演算する。この演算は露
光すべきショット領域がＸＹステージ２１によって移動
されて所定位置に停止したときの信号ＦＳａ〜ＦＳｅの
各レベルに基づいてただちに開始される。By the above operation, the processor 1
Since the level values of the five detection signals FSa to FSe are captured almost in real time in the
Numeral 8 calculates the position deviation amount from the best focus plane at each measurement point based on those level values. This calculation is started immediately based on the levels of the signals FSa to FSe when the shot area to be exposed is moved by the XY stage 21 and stopped at a predetermined position.

【００５４】ただし、この演算を実行するためには、各
検波信号ＦＳａ〜ＦＳｅの感度ΔＡａ〜ΔＡｅが求めら
れていることが前提となる。プロセッサー１１８は読み
込んだ各検波信号ＦＳａ〜ＦＳｅのレベル値（電圧）Ｖ
ａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅと各感度ΔＡａ〜ΔＡｅと
に基づいて、各測定点のＺ方向の位置偏差量ΔＺａ、Δ
Ｚｂ、ΔＺｃ、ΔＺｄ、ΔＺｅを算出する。この演算は
レベル値と感度とを単純に乗算するだけでよい。However, in order to execute this calculation, it is assumed that the sensitivities ΔAa to ΔAe of the detection signals FSa to FSe have been obtained. The processor 118 reads the level value (voltage) V of each of the detected signals FSa to FSe.
a, Vb, Vc, Vd, Ve and the sensitivities ΔAa to ΔAe, and the positional deviation amounts ΔZa, Δ in the Z direction of the respective measurement points.
Zb, ΔZc, ΔZd, and ΔZe are calculated. This operation simply requires multiplying the level value and the sensitivity.

【００５５】次にプロセッサー１１８は、ショット領域
内のパターン構造（段差等）によって予め設定されてい
る重み係数に従って、各測定値ΔＺａ〜ΔＺｅに対する
重みを決定した後、５つの測定値を単純な平均、最小２
乗近似、又はスプライン関数等の演算式で処理して、ウ
ェハ表面のベストフォーカス面からの平均的な偏差量Δ
Ｚavを算出する。それからプロセッサー１１８は、例え
ばショット領域の中央に測定点をもつＡＦ系の検波信号
ＦＳｃの現在の測定値ΔＺｃと平均偏差量ΔＺavとの差
分（ΔＺｃ−ΔＺav）を求め、さらにその差分に対応し
た検波信号ＦＳｃ上でのレベル差を求める。検波信号Ｆ
Ｓｃの感度はΔＡｃであるので、そのレベル差は、ΔＡ
ｃ・（ΔＺｃ−ΔＺav）から求まり、この値を現在の検
波信号ＦＳｃのレベルＶｃに加算（又は減算）して得ら
れるレベル値Ｖｃ’が目標値となる。すなわちプロセッ
サー１１８は検波信号ＦＳｃのレベルがＶｃからＶｃ’
に変化するような駆動データを図９のＤＡＣ１３２に出
力する。これによってＺステージ２０はＺ方向に移動
し、プロセッサー１１８は検波信号ＦＳｃのレベルを逐
次モニターし、そのレベルがキャリブレーション時に設
定した許容電圧範囲で目標値Ｖｃ’に達したら、ＤＡＣ
１３２への駆動データを零にしてＺステージ２０を停止
させる。Next, the processor 118 determines the weight for each of the measured values ΔZa to ΔZe in accordance with the weighting factor preset by the pattern structure (steps and the like) in the shot area, and then simply averages the five measured values. , Minimum 2
Processed by an arithmetic expression such as a power approximation or a spline function, and the average deviation Δ
Calculate Zav. Then, the processor 118 obtains a difference (ΔZc−ΔZav) between the current measured value ΔZc of the detection signal FSc of the AF system having a measurement point at the center of the shot area and the average deviation ΔZav, and further detects the detection corresponding to the difference. The level difference on the signal FSc is obtained. Detection signal F
Since the sensitivity of Sc is ΔAc, the level difference is ΔA
c · (ΔZc−ΔZav), and the level value Vc ′ obtained by adding (or subtracting) this value to the current level Vc of the detection signal FSc becomes the target value. That is, the processor 118 changes the level of the detection signal FSc from Vc to Vc ′.
Is output to the DAC 132 in FIG. As a result, the Z stage 20 moves in the Z direction, the processor 118 sequentially monitors the level of the detection signal FSc, and when the level reaches the target value Vc 'within the allowable voltage range set at the time of calibration, the DAC 118
The drive data to 132 is set to zero, and the Z stage 20 is stopped.

【００５６】次に本発明の第３の実施例を説明するが、
ここでは多点ＡＦ系の各測定点に対応したＡＦ系の感度
を確認して許容範囲をキャリブレーションしたことを前
提として、各測定点毎のオフセットの与え方について述
べる。図３に示したように、投影視野Ｉｆに多数の測定
点をもつ多点ＡＦ系では、各測定点に対応したＡＦ系の
信号が零点となるウェハ表面の高さを、極力投影レンズ
ＰＬのベストフォーカス面（レチクル共役面）と一致さ
せるようにしている。ところがベストフォーカス面は投
影レンズＰＬの光学性能、レチクルＲのパターン面の平
面度等によって、厳密には理想平面になっていない。仮
りに理想平面になっていたとしても、レチクルＲの保持
状態等によって投影レンズＰＬの光軸ＡＸと厳密に直交
している保証はない。従って投影レンズによるパターン
投影像内の無数の点でベストフォーカス点（高さ）を求
め、それらを含む面を想定すると、全体的には光軸ＡＸ
と垂直な理想水平面に対して傾き、部分的には理想水平
面に対して湾曲していることになる。Next, a third embodiment of the present invention will be described.
Here, a method of giving an offset for each measurement point will be described on the assumption that the sensitivity of the AF system corresponding to each measurement point of the multipoint AF system has been confirmed and the allowable range has been calibrated. As shown in FIG. 3, in a multi-point AF system having a large number of measurement points in the projection visual field If, the height of the wafer surface at which the signal of the AF system corresponding to each measurement point becomes zero is determined as much as possible by the projection lens PL. The best focus plane (reticle conjugate plane) is matched. However, the best focus surface is not strictly an ideal plane due to the optical performance of the projection lens PL, the flatness of the pattern surface of the reticle R, and the like. Even if it is an ideal plane, there is no guarantee that it is strictly orthogonal to the optical axis AX of the projection lens PL depending on the holding state of the reticle R and the like. Therefore, when the best focus points (heights) are obtained at innumerable points in the pattern projection image by the projection lens and a plane including them is assumed, the optical axis AX is generally obtained.
Is inclined with respect to an ideal horizontal plane perpendicular to the horizontal axis, and partially curved with respect to the ideal horizontal plane.

【００５７】そこで多点ＡＦ系の各測定点の位置毎に真
のベストフォーカス位置を高速に求め、ＡＦ系が零点と
して検出するＺ方向の位置と真のベストフォーカス位置
とのずれ量を、各測定点毎に知っておく必要がある。そ
のずれ量が各測定点毎にわかれば、それをオフセット値
として各ＡＦ系に与えることで、ウェハ表面の凹凸、傾
斜の他に、ベストフォーカス面の傾斜、湾曲も加味した
多点ＡＦ系が実現できることになる。Therefore, a true best focus position is obtained at a high speed for each position of each measurement point of the multipoint AF system, and the amount of deviation between the Z direction position detected as a zero point by the AF system and the true best focus position is calculated as It is necessary to know for each measurement point. If the amount of deviation is known for each measurement point, by giving it to each AF system as an offset value, a multipoint AF system that takes into account the inclination and curvature of the best focus surface in addition to the unevenness and inclination of the wafer surface is used. It can be realized.

【００５８】図１１は、実デバイス露光用のレチクルを
装着した状態で、投影レンズＰＬの視野Ｉｆ内の任意の
位置で真のベストフォーカス位置を検出するためのＴＴ
Ｌ−ＦＣ（スルーザレンズ・フォーカスチェック）系の
構成を示す。図１１において、実デバイス製造用の回路
パターン領域ＰＡが下面に形成されたレチクルＲは、不
図示のレチクルホルダーに保持される。絞り面（瞳面）
ＥＰを挾んで前群、後群に分けて模式的に表わした投影
レンズＰＬの光軸ＡＸはレチクルＲの中心、すなわちパ
ターン領域ＰＡの中心を、レチクルパターン面に対して
垂直に通る。ウェハＷを載置して光軸ＡＸ方向に微少量
（例えば±１００μｍ以内）だけ移動するＺステージ２
０の一部には、ウェハＷの表面とほぼ等しい高さ位置で
基準板ＦＭが固定されている。この基準板ＦＭには、図
１２に示すようにＸ方向に延びた透過形スリットの複数
本がＹ方向に一定ピッチで配置されたマークＩＳｙと、
Ｙ方向に延びた透過形スリットの複数本がＸ方向に一定
ピッチで配置されたマークＩＳｘと、さらにＸ、Ｙ方向
の夫々に対して４５°となる斜めスリットＩＳａとが形
成されている。これらスリットマークＩＳｘ、ＩＳｙ、
ＩＳａは、石英製の基準板ＦＭの表面全面にクロム層
（遮光層）を蒸着し、そこに透明部として刻設したもの
である。FIG. 11 shows a TT for detecting the true best focus position at an arbitrary position within the field of view If of the projection lens PL with the reticle for actual device exposure mounted.
1 shows a configuration of an L-FC (through-the-lens / focus check) system. In FIG. 11, a reticle R having a circuit pattern area PA for manufacturing an actual device formed on a lower surface is held by a reticle holder (not shown). Aperture surface (pupil surface)
The optical axis AX of the projection lens PL, which is schematically represented by being divided into a front group and a rear group with the EP interposed therebetween, passes through the center of the reticle R, that is, the center of the pattern area PA, perpendicularly to the reticle pattern surface. A Z stage 2 on which a wafer W is placed and moves by a very small amount (for example, within ± 100 μm) in the optical axis AX direction.
A reference plate FM is fixed to a part of the reference numeral 0 at a height position substantially equal to the surface of the wafer W. The reference plate FM has a mark ISy in which a plurality of transmission slits extending in the X direction are arranged at a constant pitch in the Y direction, as shown in FIG.
A mark ISx in which a plurality of transmission slits extending in the Y direction are arranged at a constant pitch in the X direction, and an oblique slit ISa that is at 45 ° to each of the X and Y directions are formed. These slit marks ISx, ISy,
ISa is obtained by depositing a chromium layer (light-shielding layer) on the entire surface of a quartz reference plate FM, and engraving it as a transparent portion thereon.

【００５９】さて図１１において、基準板ＦＭの下方
（Ｚステージ２０の内部）には、ミラーＭ１、照明用対
物レンズ４０、及び光ファイバー４１が設けられ、光フ
ァイバー４１の射出端からの照明光が対物レンズ４０に
よって集光されて、基準板ＦＭのスリットマークＩＳ
ｘ、ＩＳｙ、ＩＳａをともに裏側から照射する。光ファ
イバー４１の入射端側にはビームスプリッタ４２が設け
られ、レンズ系４３を介して露光用照明光ＩＥが光ファ
イバー４１に導入される。その照明光ＩＥはレチクルＲ
照明用の光源（水銀ランプ、エキシマレーザ等）から得
るのが望ましいが、別に専用の光源を用意してもよい。
ただし別光源にするときは、露光用照明光と同一波長、
又はそれに極めて近似した波長の照明光にする必要があ
る。In FIG. 11, a mirror M1, an illumination objective lens 40, and an optical fiber 41 are provided below the reference plate FM (inside the Z stage 20), and illumination light from the exit end of the optical fiber 41 is used as an objective. The light is condensed by the lens 40 and the slit mark IS of the reference plate FM is formed.
Both x, ISy and ISa are irradiated from the back side. A beam splitter 42 is provided on the incident end side of the optical fiber 41, and the illumination light IE for exposure is introduced into the optical fiber 41 via a lens system 43. The illumination light IE is a reticle R
It is desirable to obtain from a light source for illumination (mercury lamp, excimer laser, etc.), but a dedicated light source may be separately prepared.
However, when using a different light source, the same wavelength as the illumination light for exposure,
Alternatively, it is necessary to use illumination light having a wavelength very similar to that.

【００６０】また、対物レンズ４０による基準板ＦＭの
照明条件は、パターン投影時の投影レンズＰＬでの照明
条件と極力合わせられる。すなわち投影レンズＰＬの像
側の照明光の開口数（Ｎ．Ａ．）と対物レンズ４０から
基準板ＦＭへの照明光の開口数（Ｎ．Ａ．）とをほぼ一
致させるのである。さて、このような構成で、照明光Ｉ
Ｅを光ファイバー４１に導入すると、基準板ＦＭ上のマ
ークＩＳｘ、ＩＳｙ、ＩＳａからは投影レンズＰＬへ逆
進する像光束が発生する。図１１において、Ｚステージ
２０は投影レンズＰＬのベストフォーカス面（レチクル
共役面）Ｆｏからわずかに下方に基準板ＦＭが位置する
ようにセットされているものとする。このとき基準板Ｆ
Ｍ上の一点から発生した像光束Ｌ１は投影レンズＰＬの
瞳面ＥＰの中心を通り、レチクルＲのパターン面からわ
ずかに下方へずれた面Ｆｒ内で集光した後に発散し、レ
チクルＲのパターン面で反射してから元の光路を戻る。
ここで面Ｆｒは、投影レンズＰＬに関して基準板ＦＭと
共役な位置にある。投影レンズＰＬが両側テレセントリ
ック系であると、基準板ＦＭ上の発光マークＩＳｘ、Ｉ
Ｓｙ、ＩＳａからの像光束は、レチクルＲの下面（パタ
ーン面）で正規反射して再びマークＩＳｘ、ＩＳｙ、Ｉ
Ｓａと重畳するように戻ってくる。ただし、図１１のよ
うに基準板ＦＭがベストフォーカス面Ｆｏからずれてい
ると、基準面ＦＭ上には各マークＩＳｘ、ＩＳｙ、ＩＳ
ａのぼけた反射像が形成され、基準板ＦＭが面Ｆｏと一
致しているときは、面ＦｒもレチクルＲのパターン面と
一致することになり、基準板ＦＭ上には各マークＩＳ
ｘ、ＩＳｙ、ＩＳａのシャープな反射像がそれぞれのマ
ークに重畳して形成されることになる。図１３は基準板
ＦＭがデフォーカスしているときの発光マークＩＳｘと
その反射像ＩＭｘとの関係を模式的に表わしたものであ
る。両側テレセントリックな投影レンズＰＬでは、この
ように反射像ＩＭｘは自身の源である発光マークＩＳｘ
上に投射される。そして基準板ＦＭがデフォーカスして
いると、反射像ＩＭｘは、マークＩＳｘの形状寸法より
も大きくなり、かつ単位面積あたりの照度も低下する。The illumination condition of the reference plate FM by the objective lens 40 is matched as much as possible with the illumination condition of the projection lens PL during pattern projection. That is, the numerical aperture (NA) of the illumination light on the image side of the projection lens PL and the numerical aperture (NA) of the illumination light from the objective lens 40 to the reference plate FM are made to substantially match. Now, with such a configuration, the illumination light I
When E is introduced into the optical fiber 41, an image light flux that travels backward to the projection lens PL is generated from the marks ISx, ISy, and ISa on the reference plate FM. In FIG. 11, the Z stage 20 is set so that the reference plate FM is located slightly below the best focus plane (reticle conjugate plane) Fo of the projection lens PL. At this time, the reference plate F
The image light beam L1 generated from one point on M passes through the center of the pupil plane EP of the projection lens PL, and converges on a plane Fr slightly deviated from the pattern plane of the reticle R, and then diverges, resulting in divergence. After reflecting off the surface, return to the original optical path.
Here, the plane Fr is at a position conjugate with the reference plate FM with respect to the projection lens PL. If the projection lens PL is a bilateral telecentric system, the light emitting marks ISx, Ix on the reference plate FM
The image light beams from Sy and ISa are regularly reflected on the lower surface (pattern surface) of reticle R, and are again marked ISx, ISy, and Ix.
It returns so as to overlap with Sa. However, when the reference plate FM is displaced from the best focus plane Fo as shown in FIG. 11, each mark ISx, ISy, IS
When the blurred reflection image a is formed and the reference plate FM coincides with the surface Fo, the surface Fr also coincides with the pattern surface of the reticle R, and each mark IS is placed on the reference plate FM.
Sharp reflection images of x, ISy, and ISa are formed so as to overlap the respective marks. FIG. 13 schematically shows the relationship between the light emitting mark ISx and the reflected image IMx when the reference plate FM is defocused. In the projection lens PL which is telecentric on both sides, the reflection image IMx is thus formed by the emission mark ISx which is its own source.
Projected above. When the reference plate FM is defocused, the reflected image IMx becomes larger than the shape and size of the mark ISx, and the illuminance per unit area also decreases.

【００６１】そこで基準板ＦＭ上にできる反射像のう
ち、元のマークＩＳｘ、ＩＳｙ、ＩＳａで遮光されなか
った像部分の光束をミラーＭ₁ 、対物レンズ４０を介し
て光ファイバー４１で受光し、ビームスプリッタ４２、
レンズ系４４を介して光電センサー４５で受光するよう
にする。光電センサ４５の受光面は投影レンズＰＬの瞳
面（フーリエ変換面）ＥＰとほぼ共役に配置される。Therefore, of the reflected image formed on the reference plate FM, the light beam of the image portion not shielded by the original marks ISx, ISy, ISa is received by the optical fiber 41 via the mirror M ₁ and the objective lens 40, and the beam is received. Splitter 42,
Light is received by the photoelectric sensor 45 via the lens system 44. The light receiving surface of the photoelectric sensor 45 is arranged almost conjugate with the pupil plane (Fourier transform plane) EP of the projection lens PL.

【００６２】この種のＴＴＬ−ＦＣ系として従来より知
られたものでは、発光型マーク、受光型マーク、あるい
は単なる反射型の基準マークを投影レンズの像面側に配
置し、ＸＹ平面内でレチクルマークを光学的又は電気的
に走査することでコントラスト検出用の電気信号を得て
いた。ところが、図１１の構成においては従来のように
ＸＹ平面内で基準板ＦＭを走査してコントラスト変化を
表わす電気信号を得る必要はなく、Ｚステージ２０を上
下方向（Ｚ方向）に移動させるだけでコントラスト信号
を得ることができる。In a conventional TTL-FC system of this type, a light-emitting mark, a light-receiving mark, or a mere reflection-type reference mark is arranged on the image plane side of a projection lens, and a reticle is formed in an XY plane. By scanning the mark optically or electrically, an electric signal for contrast detection has been obtained. However, in the configuration of FIG. 11, it is not necessary to scan the reference plate FM in the XY plane to obtain an electric signal indicating a change in contrast as in the related art, and only to move the Z stage 20 in the vertical direction (Z direction). A contrast signal can be obtained.

【００６３】図１４は光電センサ４５の出力信号ＫＳの
信号レベル特性を表わし、横軸はＺステージ２０のＺ方
向の位置、すなわち基準板ＦＭの光軸ＡＸ方向の高さ位
置を表わす。この図１４で図１４（Ａ）は発光マークＩ
Ｓｘ、ＩＳｙ、ＩＳａがレチクルＲのパターン面内のク
ロム部分に逆投影されたときの信号レベルを示し、図１
４（Ｂ）はパターン面内のガラス部分（透明部分）に逆
投影されたときの信号レベルを示す。通常、レチクルの
クロム部分は0.３〜0.５μｍ程度の厚みでガラス（石
英）板に蒸着されており、クロム部分の反射率は当然の
ことながらガラス部分反射率よりは格段に大きい。しか
しながら、ガラス部分での反射率は完全に零ということ
はないので、図１４（Ｂ）のようにレベルとしてはかな
り小さくなるが、検出は可能である。また一般に実デバ
イス製造用のレチクルは、パターン密度が高いために、
発光マークＩＳｘ、ＩＳｙ、ＩＳａの全ての逆投影像
（レチクル上では１〜数ミリ径の領域内）がレチクルパ
ターン中のガラス部分（透明部分）に同時にかかる確率
は極めて少ないと考えられる。FIG. 14 shows the signal level characteristics of the output signal KS of the photoelectric sensor 45, and the horizontal axis shows the position of the Z stage 20 in the Z direction, that is, the height position of the reference plate FM in the optical axis AX direction. In FIG. 14, FIG.
FIG. 1 shows signal levels when Sx, ISy, and ISa are back-projected onto a chrome portion in the pattern plane of the reticle R.
4 (B) shows a signal level when back-projected onto a glass portion (transparent portion) in the pattern plane. Usually, the chrome portion of the reticle is deposited on a glass (quartz) plate with a thickness of about 0.3 to 0.5 μm, and the reflectance of the chrome portion is naturally much higher than the reflectance of the glass portion. However, since the reflectance at the glass portion is not completely zero, the level is considerably small as shown in FIG. 14B, but detection is possible. In general, reticles for manufacturing actual devices have a high pattern density,
It is considered that the probability that all back-projected images of the light-emitting marks ISx, ISy, and ISa (within the area of 1 to several millimeters on the reticle) are simultaneously applied to the glass portion (transparent portion) in the reticle pattern is extremely small.

【００６４】いずれの場合にしろ、基準板ＦＭの表面が
ベストフォーカス面Ｆｏを横切るように光軸方向に移動
されると、Ｚ方向の位置Ｚｏで信号レベルが極大値とな
る。従って、Ｚステージ２０のＺ方向位置（検波信号Ｆ
Ｓのレベル）と出力信号ＫＳとを同時に計測し、信号Ｋ
Ｓのレベルが極大となったときのＺ方向位置を検出する
ことで、ベストフォーカス面Ｆｏの位置が求まり、しか
もこの検出方式ではレチクルＲ内の任意の位置でベスト
フォーカス面Ｆｏの検出が可能となる。すなわち、従来
技術のようにレチクルＲ内の特定位置に形成されたパタ
ーン（マーク）を使う必要がなく、レチクルＲが投影レ
ンズＰＬの物体側にセットされてさえいれば、いつでも
投影視野内の任意の位置で絶対フォーカス位置（最良結
像面Ｆｏ）が計測できる。また先に述べたようにレチク
ルＲのクロム層は0.３〜0.５μｍ厚であり、この厚みに
よって生じる最良結像面Ｆｏの検出誤差は、投影レンズ
ＰＬの投影倍率を１／５縮小とすると、（0.３〜0.５）
×（１／５）² ＝0.０１２〜0.０２μｍとなり、これは
ほとんど無視できる値である。In any case, when the surface of the reference plate FM is moved in the optical axis direction so as to cross the best focus surface Fo, the signal level becomes a maximum value at the position Zo in the Z direction. Accordingly, the position of the Z stage 20 in the Z direction (the detection signal F
S) and the output signal KS at the same time, and the signal K
By detecting the position in the Z direction when the level of S is maximized, the position of the best focus plane Fo is obtained. Further, with this detection method, the best focus plane Fo can be detected at an arbitrary position in the reticle R. Become. In other words, there is no need to use a pattern (mark) formed at a specific position in the reticle R as in the prior art, and as long as the reticle R is set on the object side of the projection lens PL, any time in the projection field can be obtained. The absolute focus position (best imaging plane Fo) can be measured at the position of. Further, as described above, the chrome layer of the reticle R has a thickness of 0.3 to 0.5 μm, and the detection error of the best imaging plane Fo caused by this thickness is such that the projection magnification of the projection lens PL is reduced by ５. Then, (0.3-0.5)
× (1/5) ² = 0.012 to 0.02 μm, which is almost negligible.

【００６５】従って図１２に示した発光マーク群を投影
視野Ｉｆ内の多点ＡＦ系の測定点近傍に位置決めした上
で、Ｚステージ２０を移動させながら信号ＫＳのレベル
変化と検波信号ＦＳのレベル変化とを同時にＡ−Ｄ変換
器で取り込んでメモリ（ＲＡＭ）に記憶した後、図１５
に示すようにプロセッサーで両者の波形を比較し、信号
ＫＳのレベル変化上のピーク点の位置Ｔ₁ に対応した検
波信号ＦＳ上のレベル値ΔＦＳを求めると、その値が多
点ＡＦ系１つの測定点に対応したＡＦ系の絶対位置から
のオフセット量（固有誤差）になる。Therefore, after the light emitting mark group shown in FIG. 12 is positioned near the measurement point of the multi-point AF system in the projection visual field If, the level change of the signal KS and the level of the detection signal FS are moved while moving the Z stage 20. After the changes are simultaneously captured by the A / D converter and stored in the memory (RAM), FIG.
As shown in (2), when the two waveforms are compared by the processor and the level value ΔFS on the detection signal FS corresponding to the position T ₁ of the peak point on the level change of the signal KS is obtained, the value is one of the multipoint AF system. The offset amount (inherent error) from the absolute position of the AF system corresponding to the measurement point.

【００６６】そこで図１１のＴＴＬ−ＦＣ系によって５
つの測定点の各々についてのオフセット量ΔＦＳａ、Δ
ＦＳｂ、ΔＦＳｃ、ΔＦＳｄ、ΔＦＳｅを求めて記憶し
ておく。この操作は原則的にレチクルＲの交換のたびに
１度行なわれるが、汎用のＩＣを露光するステッパーで
は同じレチクルが１日中、又は数日間に渡って装着され
続けることもあるので、その場合は定期的にオフセット
量の再計測を行なうのが望ましい。Therefore, the TTL-FC system shown in FIG.
Offset amount ΔFSa, Δ for each of the three measurement points
FSb, ΔFSc, ΔFSd, and ΔFSe are obtained and stored. In principle, this operation is performed once each time the reticle R is replaced. However, since the same reticle may be mounted all day or several days in a stepper that exposes a general-purpose IC, It is desirable to periodically re-measure the offset amount.

【００６７】以上のオフセット量計測が実行されると、
各測定点での検波信号ＦＳａ〜ＦＳｅの感度ΔＡａ〜Δ
Ａｅの計測、及び許容偏差範囲Δαの設定がすでに行な
われていることから、多点ＡＦ系は像面傾斜、像面湾曲
を加味したフォーカス合わせを実行することができる。
図１６は像面湾曲が存在するときのオフセット傾向の一
例を模式的に誇張して表わしたグラフである。この図１
６において横軸はスリット像ＳＴの長手方向の位置を表
わし、縦軸は５つの各測定点ＭＰａ〜ＭＰｅでのオフセ
ット量を表わす。When the above offset amount measurement is performed,
Sensitivity ΔAa-Δ of detection signals FSa-FSe at each measurement point
Since the measurement of Ae and the setting of the allowable deviation range Δα have already been performed, the multi-point AF system can execute the focusing in consideration of the image plane inclination and the field curvature.
FIG. 16 is a graph schematically exaggerating an example of the offset tendency when the curvature of field exists. This figure 1
In FIG. 6, the horizontal axis represents the position of the slit image ST in the longitudinal direction, and the vertical axis represents the offset amount at each of the five measurement points MPa to MPe.

【００６８】このオフセット傾向を予め記憶した場合、
５つの測定点ＭＰａ〜ＭＰｅの夫々でウェハ表面のＺ方
向の位置ずれを計測して平均的な近似平面を求めること
でフォーカス合わせを実行するとき、又は５つの測定点
のうち任意の１つの測定点での検波信号に基づいてウェ
ハ表面をフォーカス合わせするピンポイントＡＦのとき
に、それらのオフセット量が検波信号ＦＳの各レベルに
対して加算、又は減算により補正された後でベストフォ
ーカス面からの真の位置ずれ量として扱われる。例えば
図１６において測定点ＭＰｃについては、検波信号ＦＳ
ｃがΔＦＳｃだけ正にオフセットした点が真のベストフ
ォーカス位置になる。When this offset tendency is stored in advance,
When focusing is performed by measuring the positional deviation of the wafer surface in the Z direction at each of the five measurement points MPa to MPe and obtaining an average approximate plane, or measuring any one of the five measurement points At the time of pinpoint AF in which the wafer surface is focused on the basis of the detection signal at the point, the offset amount is corrected by adding or subtracting each level of the detection signal FS from the best focus plane. It is treated as a true displacement. For example, in FIG. 16, the detection signal FS
The point at which c is positively offset by ΔFSc is the true best focus position.

【００６９】また、すべての測定点ＭＰａ〜ＭＰｅにお
いて許容偏差範囲Δαは一定に揃うように較正されてい
るので、図１６の破線で示したオフセット傾向の曲線を
中心として一定幅の許容偏差範囲が存在することにな
る。すなわち、測定点Ｃｃについてみれば、許容偏差範
囲を±Δα／２としたとき、検波信号ＦＳｃのレベル値
がΔＦＳｃ＋Δα／２からΔＦＳｃ−Δα／２の間にな
ったときが、ベストフォーカス位置として認識されるこ
とになる。Further, since the allowable deviation range Δα is calibrated to be constant at all the measurement points MPa to MPe, the allowable deviation range having a constant width centered on the offset tendency curve shown by the broken line in FIG. Will exist. That is, regarding the measurement point Cc, when the allowable deviation range is ± Δα / 2, when the level value of the detection signal FSc falls between ΔFSc + Δα / 2 and ΔFSc−Δα / 2, it is recognized as the best focus position. Will be done.

【００７０】このように、真のベストフォーカス面に対
する系統誤差としてのオフセット量を求めてから実際の
フォーカス合わせを行なう場合、各検波信号ＦＳａ〜Ｆ
Ｓｅの夫々に対する許容偏差範囲Δαを一定に揃えるよ
うにしておくと、近似面を特定した平均化ＡＦやピンポ
イントＡＦのいずれのフォーカス合わせでも極めて精度
の高いものになる。As described above, when the actual focusing is performed after obtaining the offset amount as the systematic error with respect to the true best focus plane, each of the detection signals FSa to FSa
If the permissible deviation ranges Δα for each of Se are set to be constant, the accuracy of focusing can be extremely high in any of the averaging AF and pinpoint AF in which the approximate surface is specified.

【００７１】尚、図１６のように投影像面自体が湾曲、
傾斜している場合、その像面の近似平面を最小２乗法や
スプライン関数等を用いて予め決定しておき、以後はそ
の近似平面に対してウェハ表面を合致させるフォーカス
合わせの方法も実施可能である。ところで先の図３に示
したスリット像ＳＴの投光方式では、Ｘ−Ｙ座標軸に対
して４５°だけ傾いたものであったので、多点ＡＦ系と
しては面を特定する能力に欠ける。そこでもう１組の多
点ＡＦ系をＸ、Ｙ軸方向に対して１３５°方向に配置
し、図１７のようなスリット像ＳＴ’を同時に投射する
とよい。このようにするとパターン領域ＰＡ（ウェハ上
のショット領域）内の４隅付近、中心等を含め、９点の
測定点（図１７中の丸印）が設定可能となる。そのため
には２組のアレイセンサー上の夫々で５点を選択し、計
１０個（又は９個）の同期検波回路が必要となる。The projected image plane itself is curved as shown in FIG.
If the image plane is inclined, an approximate plane of the image plane is determined in advance using a least squares method, a spline function, or the like, and thereafter, a focusing method for matching the wafer surface to the approximate plane can be performed. is there. By the way, in the projection method of the slit image ST shown in FIG. 3 described above, the slit image ST is tilted by 45 ° with respect to the XY coordinate axis, and thus the multipoint AF system lacks the ability to specify the surface. Therefore, another set of multipoint AF systems may be arranged in the 135 ° direction with respect to the X and Y axis directions, and the slit image ST ′ as shown in FIG. 17 may be projected simultaneously. In this way, nine measurement points (circles in FIG. 17) including the four corners, the center, and the like in the pattern area PA (shot area on the wafer) can be set. For that purpose, five points are selected on each of two sets of array sensors, and a total of ten (or nine) synchronous detection circuits are required.

【００７２】また多点ＡＦ系は、投影視野Ｉｆ内の予め
定められた複数の測定点に個別に微小スリット像、又は
スポット像を斜めに投光し、各測定点からの反射スリッ
ト（スポット）像を２次元の撮像素子、例えばＣＣＤで
一括に受光し、受光した複数個の像の夫々のＣＣＤ上で
の基準画素位置からのずれ量に対応して偏差信号を出力
する方式でも本発明と同様の効果が得られる。さらに本
発明は、投影レンズのみを介してウェハ上の４点にスポ
ット光を投射する方式の多点ＡＦ系でも同様に適用でき
る。The multipoint AF system individually projects a small slit image or a spot image obliquely to a plurality of predetermined measurement points in the projection visual field If, and reflects reflection slits (spots) from each measurement point. The present invention is also applicable to a method in which images are collectively received by a two-dimensional image pickup device, for example, a CCD, and a deviation signal is output in accordance with a shift amount of a plurality of received images from a reference pixel position on each CCD. Similar effects can be obtained. Further, the present invention can be similarly applied to a multi-point AF system in which spot light is projected onto four points on a wafer only through a projection lens.

【００７３】[0073]

【発明の効果】以上本発明によれば、定点ＡＦ系、又は
多点ＡＦ系の各測定点に対応した斜入射光式のＡＦ系の
検出感度（傾き）のばらつきに応じて生ずる許容偏差範
囲を常に一定に設定することができるので、異なる装置
間でも同じ精度のもとでフォーカス合わせ等の面位置設
定が可能となる。また経時的なドリフト等による系統誤
差に対しても常に許容偏差範囲を一定のものに維持する
ことができるので、長期間露光動作を行なう装置では、
オペレータが意図したフォーカス設定条件を再現性よく
運用させることができる。As described above, according to the present invention, the allowable deviation range generated according to the variation in the detection sensitivity (slope) of the oblique incident light type AF system corresponding to each measurement point of the fixed point AF system or the multipoint AF system. Can always be set to be constant, so that it is possible to set the surface position such as focus adjustment with the same accuracy between different apparatuses. In addition, since a permissible deviation range can always be maintained at a constant level with respect to systematic errors due to drift over time, in an apparatus that performs an exposure operation for a long time,
The focus setting condition intended by the operator can be operated with good reproducibility.

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

【図１】従来の面位置設定装置（斜入射光式ＡＦ系）の
構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional surface position setting device (oblique incident light AF system).

【図２】本発明の実施例による斜入射光式ＡＦ系の全体
的な構成を示す図FIG. 2 is a diagram showing an overall configuration of an oblique incident light AF system according to an embodiment of the present invention.

【図３】斜入射光式ＡＦ系によるスリット像の投光の状
態を示す平面図FIG. 3 is a plan view showing a state of projecting a slit image by an oblique incident light type AF system.

【図４】斜入射光式ＡＦ系の光電検出器としてのアレイ
センサーの構造を示す斜視図FIG. 4 is a perspective view showing a structure of an array sensor as a photoelectric detector of an oblique incident light type AF system.

【図５】本発明の実施例による斜入射光式ＡＦ系の信号
処理系を示すブロック図FIG. 5 is a block diagram showing a signal processing system of an oblique incident light AF system according to an embodiment of the present invention.

【図６】検波信号（偏差信号）の一例を示す波形図FIG. 6 is a waveform chart showing an example of a detection signal (deviation signal).

【図７】検波信号の傾き（感度）のちがいを説明する波
形図FIG. 7 is a waveform chart for explaining a difference in a slope (sensitivity) of a detection signal.

【図８】多点ＡＦ系に本発明を適用するときに好適な信
号処理系の構成を示すブロック図FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a signal processing system suitable for applying the present invention to a multipoint AF system.

【図９】多点ＡＦ系のために好適な信号処理系、制御系
の構成の変例を示すブロック図FIG. 9 is a block diagram showing a modification of the configuration of a signal processing system and a control system suitable for a multipoint AF system.

【図１０】信号読み込み時の平均化を模式的に示すブロ
ック図FIG. 10 is a block diagram schematically showing averaging when reading a signal;

【図１１】スルーザレンズ方式のフォーカスチェック
（ＴＴＬ−ＦＣ）系の構成を示す図FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a focus check (TTL-FC) system of a through-the-lens method.

【図１２】ＴＴＬ−ＦＣ系の発光マークの形状を示す平
面図FIG. 12 is a plan view showing the shape of a TTL-FC light emitting mark.

【図１３】発光マークと反射像との関係を示す平面図FIG. 13 is a plan view showing a relationship between a light emitting mark and a reflected image.

【図１４】ＴＴＬ−ＦＣ系によって得られる光電信号の
一例を示す波形図FIG. 14 is a waveform chart showing an example of a photoelectric signal obtained by a TTL-FC system.

【図１５】ＴＴＬ−ＦＣ系からの光電信号を使った斜入
射ＡＦ系のオフセット測定の様子を示す波形図FIG. 15 is a waveform chart showing a state of offset measurement in an oblique incidence AF system using a photoelectric signal from a TTL-FC system.

【図１６】投影像に湾曲があるときのオフセット傾向を
模式的に示す図FIG. 16 is a diagram schematically showing an offset tendency when a projection image has a curvature.

【図１７】多点ＡＦ系の測定点の配置の変形例を示す平
面図FIG. 17 is a plan view showing a modification of the arrangement of measurement points in the multipoint AF system.

【主要部分の符号の説明】[Explanation of Signs of Main Parts]

ＰＬ 投影レンズ ＡＸ 光軸 Ｗ ウェハ Ｒ レチクル ５ 投光用対物レンズ ８ 受光用対物レンズ １２ プレーンパラレル １５ アレイセンサー １７ 同期検波回路（ＰＳＤ） １８ Ｚステージ駆動部（Ｚ−ＤＲＶ） ２０ Ｚステージ ２１ ＸＹステージ PL Projection lens AX Optical axis W Wafer R Reticle 5 Projection objective lens 8 Light reception objective lens 12 Plane parallel 15 Array sensor 17 Synchronous detection circuit (PSD) 18 Z stage drive unit (Z-DRV) 20 Z stage 21 XY stage

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 基板表面の所定部分に斜め方向から光束
を投射する投光手段と、該光束の前記基板表面での反射
光光束を受光し、受光位置の変化に応じた光電信号を出
力する受光手段と、該光電信号に基づいて、予め定めら
れた基準面に対する前記基板表面の偏差量に応じた偏差
信号を出力する演算回路と、該偏差信号に基づいて、前
記基板を前記基準面と垂直な方向の所定位置に移動設定
する基板移動手段とを備えた面位置設定装置において、 前記基板表面と前記基準面とを相対的に変位させたとき
に生じる前記偏差信号のレベル変化を、前記偏差量とほ
ぼ線形な関係にある範囲内で検出するレベル変化検出手
段と； 該検出されたレベル変化の特性に基づいて、前記基板表
面と前記基準面とがほぼ一致した点における前記レベル
変化特性上の傾き値を算出する傾き算出手段と； 前記基板移動手段の制御のために前記レベル変化特性上
で設定されている許容範囲を、前記算出された傾き値と
所定の標準傾き値との差に応じて補正する補正手段とを
備えたことを特徴とする面位置設定装置。1. A light projecting means for projecting a light beam on a predetermined portion of a substrate surface from an oblique direction, receiving a light beam reflected by the substrate surface of the light beam, and outputting a photoelectric signal according to a change in a light receiving position. A light receiving unit, based on the photoelectric signal, an arithmetic circuit that outputs a deviation signal corresponding to a deviation amount of the substrate surface with respect to a predetermined reference surface, and, based on the deviation signal, the substrate and the reference surface. In a surface position setting device comprising: a substrate moving unit configured to move and set to a predetermined position in a vertical direction, wherein a level change of the deviation signal caused when the substrate surface and the reference surface are relatively displaced, Level change detecting means for detecting the level change within a range that is substantially linear with the deviation amount; based on the detected level change characteristic, the level change characteristic at a point where the substrate surface substantially matches the reference plane. Up An inclination calculating means for calculating an inclination value; and an allowable range set on the level change characteristic for controlling the substrate moving means, according to a difference between the calculated inclination value and a predetermined standard inclination value. A surface position setting device, comprising: a correction unit configured to correct the position. 【請求項２】 前記補正手段は、前記基板表面が設定さ
れるべき目標面と前記基準表面との偏差に対応したオフ
セットを、前記受光手段、前記演算回路、もしくは前記
基板移動手段のうちの少なくとも１つに与えるオフセッ
ト発生手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の装
置。2. The method according to claim 1, wherein the correcting unit sets an offset corresponding to a deviation between a target surface on which the substrate surface is to be set and the reference surface, at least one of the light receiving unit, the arithmetic circuit, or the substrate moving unit. Apparatus as claimed in claim 1, including offset generating means for providing one. 【請求項３】 基板表面上の複数の所定部分に斜め方向
から光束を投射する投光手段と、前記基板表面上の複数
の所定部分の夫々からの反射光束を個別に受光し、受光
位置の変化に応じた光電信号を出力する複数の光電素子
を含む受光手段と、前記複数の光電信号の夫々に基づい
て、前記基板表面上の複数の所定部分の予め定められた
基準面に対する各偏差量に応じた偏差信号を個別に出力
する演算回路と、該複数の偏差信号のうち少なくとも１
つの偏差信号に基づいて前記基板を基準面と垂直な方
向、または基準面と傾斜した方向に移動させる移動手段
とを備えた面位置設定装置において、 前記基板表面上の複数の所定部分の夫々と前記基準面と
を、該基準面と垂直な方向に相対的に変位させたときに
生じる各偏差信号のレベル変化の特性を、前記偏差量と
ほぼ線形な関係にある範囲内で個別に検出するレベル変
化検出手段と； 前記基板表面上の複数の所定部分の夫々が前記基準面と
ほぼ一致した点における前記複数のレベル変化特性上の
夫々の傾き値を算出する傾き算出手段と； 前記複数の所定部分毎に前記偏差量の許容範囲を揃える
ために、前記複数のレベル変化特性の夫々に対して設定
される許容レベル変化範囲を、前記複数の所定部分毎に
算出された傾き値に応じて個別に補正する補正手段とを
備えたことを特徴とする面位置設定装置。3. A light projecting means for projecting a light beam onto a plurality of predetermined portions on a substrate surface from an oblique direction, and individually receiving reflected light beams from each of the plurality of predetermined portions on the substrate surface, A light receiving unit including a plurality of photoelectric elements that output a photoelectric signal according to a change, and a deviation amount of each of a plurality of predetermined portions on the substrate surface from a predetermined reference plane based on each of the plurality of photoelectric signals. An arithmetic circuit for individually outputting a deviation signal corresponding to the at least one of the plurality of deviation signals;
Moving means for moving the substrate in a direction perpendicular to the reference plane or in a direction inclined with respect to the reference plane based on the two deviation signals, wherein each of the plurality of predetermined portions on the substrate surface The characteristic of the level change of each deviation signal generated when the reference plane is relatively displaced in a direction perpendicular to the reference plane is individually detected within a range that is substantially linear with the deviation amount. Level change detecting means; and slope calculating means for calculating respective slope values on the plurality of level change characteristics at points where each of the plurality of predetermined portions on the substrate surface substantially coincides with the reference plane; In order to make the permissible range of the deviation amount uniform for each predetermined portion, the permissible level change range set for each of the plurality of level change characteristics is determined according to the slope value calculated for each of the plurality of predetermined portions. Individually Surface position setting device being characterized in that a positive correcting means. 【請求項４】 位置設定すべき基板を所定の基準面とほ
ぼ平行に保持して、該基準面と垂直な方向に移動させる
移動手段と、前記基板の表面上に設定される複数の測定
点を有し、前記基準面と垂直な方向に関して前記複数の
測定点の夫々の前記基準面からの位置偏差量を計測し、
該偏差量に応じた偏差信号を各測定点ごとに出力する多
点計測手段と、該各測定点ごとに出力された複数の偏差
信号のうち少なくとも１つの偏差信号に基づいて、前記
移動手段を制御する制御手段とを備えた面位置設定装置
において、 前記複数の測定点の夫々について、前記偏差量の変化に
対する前記偏差信号のレベル変化の割合を検出する変化
率検出手段と； 前記基板を前記移動手段によって位置設定するときに前
記基板上の各測定点の前記基準面からの許容偏差量がほ
ぼ同一になるように、前記検出された各測定点ごとの変
化率に基づいて、 前記偏差信号のレベル変化上での許容範囲を前記複数の
測定点の夫々に対して個別に設定する許容範囲設定手段
とを備えたことを特徴とする面位置設定装置。4. A moving means for holding a substrate to be set at a position substantially parallel to a predetermined reference plane and moving the substrate in a direction perpendicular to the reference plane, and a plurality of measurement points set on the surface of the substrate. Having a position deviation amount from the reference plane of each of the plurality of measurement points with respect to a direction perpendicular to the reference plane,
A multi-point measuring means for outputting a deviation signal corresponding to the deviation amount for each measuring point; and the moving means based on at least one deviation signal among a plurality of deviation signals output for each measuring point. A surface position setting device comprising: control means for controlling; a change rate detecting means for detecting a ratio of a level change of the deviation signal to a change in the deviation amount for each of the plurality of measurement points; The deviation signal is set based on the detected rate of change for each measurement point so that the permissible deviation amount of each measurement point on the substrate from the reference plane is substantially the same when the position is set by the moving means. And an allowable range setting means for individually setting an allowable range on the level change for each of the plurality of measurement points. 【請求項５】 請求項第４項に記載の面位置設定装置
を、投影光学系を介してマスクの基板のパターンの像を
感光基板上に結像投影する投影露光装置に設け、前記投
影光学系の光軸と垂直な面を前記基準面として前記マス
ク基板と感光基板のいずれか一方を前記移動手段によっ
て位置設定することを特徴とする投影露光装置用の面位
置設定装置。5. The projection optical system according to claim 4, wherein the surface position setting device is provided in a projection exposure device for forming and projecting an image of a pattern on a mask substrate onto a photosensitive substrate via a projection optical system. A surface position setting apparatus for a projection exposure apparatus, wherein one of the mask substrate and the photosensitive substrate is set by the moving means with a plane perpendicular to the optical axis of the system as the reference plane. 【請求項６】 請求項第５項に記載の装置において、前
記投影露光装置は、前記感光基板を保持して前記投影光
学系の光軸方向に移動させるＺステージを前記移動手段
として有し、さらに該Ｚステージには前記マスクを装着
した状態で前記投影光学系の投影像面の前記基準面に対
する傾き、もしくは湾曲を計測するための基準マークを
形成した基準板が設けられることを特徴とする面位置設
定装置。6. The apparatus according to claim 5, wherein the projection exposure apparatus has, as the moving unit, a Z stage that holds the photosensitive substrate and moves the photosensitive substrate in an optical axis direction of the projection optical system. Further, the Z stage is provided with a reference plate on which a reference mark for measuring a tilt or a curvature of a projection image plane of the projection optical system with respect to the reference plane with the mask mounted is provided. Surface position setting device. 【請求項７】 投影光学系を介して基板を露光する露光
装置であって、 前記投影光学系の投影視野に対する所定位置に計測点が
予め設定されており、前記計測点における前記基板の前
記投影光学系の光軸方向における位置情報を検出する検
出手段と、 前記位置情報に基づいて前記投影光学系の結像面と前記
基板とが合致するように前記結像面と前記基板との相対
的な位置関係を調整する調整手段と、 前記結像面と前記基板とを合致させる際の前記結像面と
前記基板との相対位置偏差の許容範囲が一定の値となる
ように変更可能な制御手段と、 を有することを特徴とする露光装置。7. An exposure apparatus for exposing a substrate via a projection optical system, wherein a measurement point is preset at a predetermined position with respect to a projection field of view of the projection optical system, and the projection of the substrate at the measurement point is performed. Detecting means for detecting position information in the optical axis direction of the optical system; and relative to the image forming surface and the substrate such that the image forming surface of the projection optical system matches the substrate based on the position information. Adjusting means for adjusting the positional relationship, and an allowable range of a relative positional deviation between the imaging surface and the substrate when the imaging surface and the substrate are matched is a constant value.
An exposure apparatus, comprising: control means that can be changed as described above . 【請求項８】 前記制御手段は、前記検出手段からの検
出信号上の許容範囲を変更することによって前記相対位
置偏差の許容範囲を変更することを特徴とする請求項７
に記載の露光装置。8. The controller according to claim 7, wherein the controller changes an allowable range of the relative position deviation by changing an allowable range on a detection signal from the detector.
3. The exposure apparatus according to claim 1. 【請求項９】 前記制御手段は、前記検出手段の感度情
報を検出し、前記感度情報に基づいて前記許容範囲を変
更することを特徴とする請求項７または８に記載の露光
装置。9. The exposure apparatus according to claim 7, wherein the control unit detects sensitivity information of the detection unit, and changes the allowable range based on the sensitivity information. 【請求項１０】 前記制御手段は、前記検出手段の基準
感度を記憶する記憶手段を有し、前記検出した感度情報
と前記基準感度とを比較することを特徴とする請求項９
に記載の露光装置。10. The apparatus according to claim 9, wherein said control means has storage means for storing a reference sensitivity of said detection means, and compares said detected sensitivity information with said reference sensitivity.
3. The exposure apparatus according to claim 1. 【請求項１１】 前記制御手段は、前記検出した感度情
報と前記基準感度との比較結果に応じて前記許容範囲を
変更することを特徴とする請求項１０に記載の露光装
置。11. The exposure apparatus according to claim 10, wherein the control unit changes the allowable range according to a comparison result between the detected sensitivity information and the reference sensitivity. 【請求項１２】 前記投影視野に対して前記計測点が複
数箇所に設定されていることを特徴とする請求項７〜１
１のいずれか一項に記載の露光装置。12. The apparatus according to claim 7, wherein said measurement points are set at a plurality of positions with respect to said projection field of view.
The exposure apparatus according to claim 1. 【請求項１３】 前記制御手段は、前記複数の計測点に
対してそれぞれ独立に前記許容範囲を変更可能であるこ
とを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。13. The exposure apparatus according to claim 12, wherein the control unit is capable of independently changing the allowable range for each of the plurality of measurement points. 【請求項１４】 前記制御手段は、前記複数の計測点お
ける検出手段の感度情報をそれぞれ独立に検出し、前記
感度情報に基づいて前記許容範囲を変更することを特徴
とする請求項１２または１３に記載の露光装置。14. The control unit according to claim 12, wherein the control unit independently detects sensitivity information of the detection unit at the plurality of measurement points, and changes the allowable range based on the sensitivity information. 3. The exposure apparatus according to claim 1. 【請求項１５】 前記制御手段は、前記複数の計測点に
おける前記許容範囲を、所定の計測点の許容範囲にあわ
せることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項
に記載の露光装置。15. The exposure apparatus according to claim 12, wherein the control unit adjusts the permissible range at the plurality of measurement points to a permissible range at a predetermined measurement point. . 【請求項１６】 投影光学系を介して基板を露光する露
光方法であって、 前記投影光学系の投影視野に対する所定位置に予め設定
された計測点において前記基板の前記投影光学系の光軸
方向における位置情報を検出する検出手段を有し、 前記検出手段の感度情報を検出し、 前記感度情報に基づいて、前記投影光学系の結像面と前
記基板とを合致させる際の前記結像面と前記基板との相
対位置偏差の許容範囲を変更し、 前記変更した許容範囲で前記結像面と前記基板とを合致
させるように、前記検出手段の位置情報に基づいて前記
結像面と前記基板との相対的な位置関係を調整すること
を特徴とする露光方法。16. An exposure method for exposing a substrate via a projection optical system, comprising: an optical axis direction of the projection optical system of the substrate at a measurement point preset at a predetermined position with respect to a projection visual field of the projection optical system. Detecting means for detecting the position information in, detecting sensitivity information of the detecting means, and based on the sensitivity information, the image forming plane when the image forming plane of the projection optical system matches the substrate. And changing the allowable range of the relative position deviation between the substrate and the substrate, so that the image forming surface matches the substrate in the changed allowable range, based on the position information of the detection means, the image forming surface and the An exposure method comprising adjusting a relative positional relationship with a substrate. 【請求項１７】 投影光学系を介して基板を露光する露
光装置であって、 前記投影光学系の投影視野に対する所定位置に予め設定
された複数の計測点において前記基板の前記投影光学系
の光軸方向における位置情報を検出する検出手段と、 前記複数の測定点のそれぞれについて前記検出手段にお
ける前記光軸方向の位置情報の検出感度を検出する感度
検出手段と、 前記感度検出手段で得られた各測定点の検出感度に基づ
いて、前記各測定点毎に前記検出手段をキャリブレーシ
ョンするキャリブレーション手段と、 を有することを特徴とする露光装置。17. An exposure apparatus for exposing a substrate via a projection optical system, wherein light of the projection optical system of the substrate is provided at a plurality of measurement points preset at predetermined positions with respect to a projection visual field of the projection optical system. Detecting means for detecting positional information in the axial direction; and detecting means for each of the plurality of measurement points .
Sensitivity detecting means for detecting the detection sensitivity of the position information in the optical axis direction, and calibrating the detection means for each of the measurement points based on the detection sensitivity of each measurement point obtained by the sensitivity detection means. An exposure apparatus comprising: calibration means. 【請求項１８】 前記キャリブレーション手段は、前記
検出手段で得られた前記各測定点の位置情報を、各測定
点の検出感度に基づいて補正することを特徴とする請求
項１７に記載の露光装置。18. The exposure apparatus according to claim 17, wherein the calibration unit corrects the position information of each of the measurement points obtained by the detection unit based on a detection sensitivity of each of the measurement points. apparatus. 【請求項１９】 投影光学系を介して基板を露光する露
光方法であって、 前記投影光学系の投影視野に対する所定位置に予め設定
された複数の計測点において前記基板の前記投影光学系
の光軸方向における位置情報を検出する検出手段を有
し、 前記複数の測定点のそれぞれについて前記検出手段にお
ける前記光軸方向の位置情報の検出感度を検出し、 前記各測定点の検出感度に基づいて、前記各測定点毎に
前記検出手段をキャリブレーションすることを特徴とす
る露光方法。19. An exposure method for exposing a substrate via a projection optical system, wherein the light of the projection optical system of the substrate is provided at a plurality of measurement points preset at predetermined positions with respect to a projection visual field of the projection optical system. Detecting means for detecting positional information in the axial direction, wherein the detecting means is provided for each of the plurality of measurement points;
An exposure method for detecting the position information in the direction of the optical axis in the optical axis direction, and calibrating the detection means for each of the measurement points based on the detection sensitivity of each of the measurement points. 【請求項２０】 前記キャリブレーションは、前記検出
手段で得られた前記各測定点の位置情報を、各測定点の
検出感度に基づいて補正することを特徴とする請求項１
９に記載の露光方法。20. The calibration according to claim 15, wherein the position information of each of the measurement points obtained by the detection means is obtained by
2. The method according to claim 1, wherein the correction is performed based on the detection sensitivity.
10. The exposure method according to 9.