JPH05160003A - Projecting and exposing device - Google Patents
Projecting and exposing deviceInfo
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- JPH05160003A JPH05160003A JP3350069A JP35006991A JPH05160003A JP H05160003 A JPH05160003 A JP H05160003A JP 3350069 A JP3350069 A JP 3350069A JP 35006991 A JP35006991 A JP 35006991A JP H05160003 A JPH05160003 A JP H05160003A
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、マスクパターンを投影
光学系を介してステージ上の感光基板に転写する投影露
光装置に関し、特に投影光学系に対する感光基板の合焦
を自動的に行う合焦機構、即ちオートフォーカス機構の
改良に関する。この種の投影露光装置は半導体集積回路
又は大型液晶基板その他の製造用に供される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus for transferring a mask pattern onto a photosensitive substrate on a stage via a projection optical system, and more particularly to a focusing apparatus for automatically focusing the photosensitive substrate on the projection optical system. The present invention relates to improvement of a mechanism, that is, an autofocus mechanism. This type of projection exposure apparatus is used for manufacturing semiconductor integrated circuits, large-sized liquid crystal substrates, and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】紫外線等の露光光を用いてマスクパター
ンを投影光学系を介してステージ上の感光基板に転写す
る投影露光装置は、半導体集積回路の製造を始めとする
種々の精密加工の分野で実用化されている。これらの投
影露光装置では、投影光学系の結像面の焦点深度の幅内
に感光基板の現在の露光ショット領域を設定する機構で
ある合焦機構、即ちオートフォーカス機構が必要であ
る。2. Description of the Related Art A projection exposure apparatus for transferring a mask pattern onto a photosensitive substrate on a stage through an exposure optical system using exposure light such as ultraviolet rays is used in various precision processing fields such as manufacturing semiconductor integrated circuits. Has been put into practical use in. These projection exposure apparatuses require a focusing mechanism that is a mechanism for setting the current exposure shot area of the photosensitive substrate within the width of the focal depth of the image plane of the projection optical system, that is, an autofocus mechanism.
【０００３】そのような合焦機構は一般的には、直接
方式と間接方式とに分類される。の直接方式では、
ステージ上に設けた基準面におけるマスクパターンの像
の合焦点が露光光を用いて直接に検出される。具体的に
は、例えば特開平１−２８６４１８号公報に開示されて
いるように、マスクパターン面に形成された特殊なマー
クの像がその基準面上に投影される。そして、その基準
面に形成されたマークの投影像を投影光学系及びマーク
を介して観察し、マークにより絞られた投影像の光量の
ピークを検出することにより合焦点が判別される。Such focusing mechanisms are generally classified into direct type and indirect type. In the direct method of
The focus of the image of the mask pattern on the reference plane provided on the stage is directly detected using the exposure light. Specifically, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-286418, an image of a special mark formed on the mask pattern surface is projected on the reference surface. Then, the projected image of the mark formed on the reference plane is observed through the projection optical system and the mark, and the peak of the light amount of the projected image narrowed by the mark is detected to determine the in-focus point.
【０００４】一方、の間接方式においては、投影光学
系に対するステージの高さを計測する計測手段を別途設
け、上述の直接方式を用いて予め求めた合焦点にその計
測手段の原点を合わせ、その計測手段を用いて感光基板
の露光面の高さを検出して、間接的にその露光面を合焦
点まで誘導するようにしている。例えば特開平１−４１
９６２号公報または特開昭６０−１６８１１２号公報に
は、そのステージの高さの計測手段の例として、投影光
学系の外側に固定された斜入射光方式の光学系を用いて
その投影光学系の直下の露光面の高さを計測する機構が
開示されている。On the other hand, in the indirect method, a measuring means for measuring the height of the stage with respect to the projection optical system is separately provided, and the origin of the measuring means is adjusted to the focal point previously obtained by using the direct method. The measuring means is used to detect the height of the exposed surface of the photosensitive substrate and indirectly guide the exposed surface to the in-focus point. For example, JP-A-1-41
In Japanese Patent Laid-Open No. 962 or JP-A-60-168112, as an example of a means for measuring the height of the stage, an optical system of a grazing incidence type fixed to the outside of the projection optical system is used and the projection optical system is used. A mechanism for measuring the height of the exposed surface immediately below is disclosed.
【０００５】また、合焦機構の特別な例としては、例え
ば特開昭５７−２１２４０６号公報において、マスクパ
ターン面に形成した特殊なマークを直接感光基板の露光
面に投影し、この投影像を投影光学系及びマークを介し
て検出することにより直接的に合焦点を判別する方式が
開示されている。このような背景の元で近時は、加工精
度が特に高い半導体メモリデバイスの場合、波長３６５
ｎｍのｉ線を用いて焦点深度１μｍ以下の投影光学系が
用いられている。この場合には、合焦点の位置決め精度
として通常でも０．１μｍ以下の精度が要求され、例え
ば特公昭６２−５０８１１号公報に開示されている露光
光の干渉現象を利用した特殊な投影露光方式では０．０
５μｍ以下の極めて高い精度が求められている。As a special example of the focusing mechanism, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-212406, a special mark formed on the mask pattern surface is directly projected on the exposure surface of the photosensitive substrate, and this projected image is formed. There is disclosed a method of directly determining the in-focus point by detecting it through a projection optical system and a mark. Under these circumstances, recently, in the case of a semiconductor memory device whose processing accuracy is particularly high, the wavelength 365
A projection optical system having a focal depth of 1 μm or less using an i-line of nm is used. In this case, an accuracy of 0.1 .mu.m or less is usually required as the positioning accuracy of the in-focus point. For example, in the special projection exposure method utilizing the interference phenomenon of exposure light disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-50811. 0.0
Extremely high accuracy of 5 μm or less is required.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
間接方式を用いて合焦点を検出する場合には、環境の変
化、使用するマスク（レチクル）の種類又は経時変化等
に起因する投影光学系の結像特性の変化により計測手段
側の原点とその投影光学系側の実際の合焦点とがずれ
て、そのような高い合焦精度が得られなくなる虞があ
る。即ち、例えば露光工程の最初の段階で、直接方式で
求めた合焦点の焦点深度の範囲内にステージの高さを測
定するための測定手段の擬似的な合焦点としての原点を
合わせ込んだとしても、投影露光装置を連続して使用す
る内に投影光学系の周囲の大気圧又は温度の変動等に起
因して投影光学系の結像特性が変化すると、次第にその
測定手段の原点が投影光学系の結像面の焦点深度の範囲
内から外れてしまう虞がある。However, in the case of detecting the in-focus point by using the above-mentioned indirect method, the projection optical system of the projection optical system caused by the change of environment, the type of mask (reticle) to be used, the change over time, or the like. Due to the change in the imaging characteristics, the origin on the measuring means side and the actual focusing point on the projection optical system side may deviate, and such high focusing accuracy may not be obtained. That is, for example, in the first stage of the exposure process, it is assumed that the origin as a pseudo focusing point of the measuring means for measuring the stage height is set within the range of the focal depth of the focusing point obtained by the direct method. Also, when the imaging characteristics of the projection optical system change due to fluctuations in atmospheric pressure or temperature around the projection optical system during continuous use of the projection exposure apparatus, the origin of the measuring means gradually becomes the projection optical system. There is a risk that the image plane of the system may be out of the range of the depth of focus.
【０００７】この場合、例えば感光基板を交換する度に
直接方式でその計測手段の原点のキャリブレーションを
行うのでは、原点の補正に時間がかかりスループットが
低下してしまう。これに関して、露光光の吸収に起因し
た温度上昇等による投影光学系の結像特性の変動を予め
予測し、その結果に基づいて測定手段の原点を補正する
予測制御的な補正も考えられる。しかしながら、このよ
うな予測制御による補正でも、例えば次世代の６４Ｍビ
ットＤＲＡＭ等のように要求される線幅が０．１μｍに
近づいて来ると、充分な合焦精度が期待できない。In this case, for example, if the origin of the measuring means is calibrated by the direct method every time the photosensitive substrate is replaced, it takes time to correct the origin, and the throughput is lowered. In this regard, it is also conceivable to make a predictive control correction in which a change in the imaging characteristic of the projection optical system due to a temperature rise or the like caused by absorption of exposure light is predicted in advance and the origin of the measuring means is corrected based on the result. However, even with correction by such predictive control, sufficient focusing accuracy cannot be expected when the required line width approaches 0.1 μm as in the next-generation 64 Mbit DRAM.
【０００８】本発明は斯かる点に鑑み、間接方式で合焦
を行う場合に計測手段の原点のキャリブレーションを容
易且つ迅速に実行できる投影露光装置を提供することを
目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus which can easily and quickly calibrate the origin of measuring means when focusing is performed by an indirect method.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、例えば図１に示す如く、所定の露光光を用いてマ
スクパターン（マスクＭ上のパターン）を投影光学系
（６）を介してステージ（７）上の感光基板（９）に転
写する露光装置において、その感光基板（９）の感光面
とほぼ同一の面内に設置された基準パターン（８）と、
この基準パターン（９）の下面よりその露光光の波長と
同一又は近傍の波長の照明光でこの基準パターン（９）
を照明する照明手段（１０〜１３）と、その基準パター
ン（８）を透過してその投影光学系（６）を介してその
マスクのパターン面に照射され、このパターン面から反
射されてその投影光学系（６）及びその基準パターン
（８）を介して戻された光束を受光して、その基準パタ
ーン（８）の合焦状態を示す第１の検出信号Ｓ１を出力
する合焦状態検出手段（１０〜１４）と、その投影光学
系（６）に対して固定された光束を用いてその感光基板
（９）のその投影光学系（６）の光軸方向の位置に応じ
て変化する第２の検出信号Ｓ２を得る位置検出手段（１
７，１８）と、この第２の検出信号Ｓ２が所定の擬似合
焦レベルになるようにそのステージ（７）のその投影光
学系（６）の光軸方向の位置決めを行う合焦手段（１
６，２０，２１）と、そのステージ（７）をその投影光
学系（６）の光軸方向に移動させたときに得られるその
第１の検出信号Ｓ１に基づいて、その第２の検出信号Ｓ
２又は擬似合焦レベルのオフセットを調整する校正手段
（１６）とを具備するものである。In a projection exposure apparatus according to the present invention, a mask pattern (pattern on the mask M) is projected through a projection optical system (6) using a predetermined exposure light as shown in FIG. In an exposure device that transfers to a photosensitive substrate (9) on a stage (7), a reference pattern (8) installed in a surface substantially the same as the photosensitive surface of the photosensitive substrate (9),
From the lower surface of the reference pattern (9), the reference pattern (9) is illuminated with illumination light having a wavelength that is the same as or near the wavelength of the exposure light.
Is transmitted through the illuminating means (10 to 13) and the reference pattern (8) to illuminate the pattern surface of the mask through the projection optical system (6), and is reflected from the pattern surface to project the projection. Focusing state detecting means for receiving the light flux returned through the optical system (6) and its reference pattern (8) and outputting a first detection signal S1 indicating the focusing state of the reference pattern (8). (10 to 14) and a light flux fixed to the projection optical system (6) are used to change the position of the photosensitive substrate (9) in the optical axis direction of the projection optical system (6). Position detection means (1
7, 18) and focusing means (1) for positioning the stage (7) in the optical axis direction of the projection optical system (6) so that the second detection signal S2 becomes a predetermined pseudo focusing level.
6, 20, 21) and the second detection signal based on the first detection signal S1 obtained when the stage (7) is moved in the optical axis direction of the projection optical system (6). S
2 or calibration means (16) for adjusting the offset of the pseudo focusing level.
【００１０】この場合、その校正手段（１６）は、その
ステージ（７）がその投影光学系（６）の光軸方向に移
動しているときに、一定の時間間隔で生成されるサンプ
リングパルスに同期してそれら第１の検出信号Ｓ１及び
第２の検出信号Ｓ２を記憶手段に書き込むようにしても
よい。それとは異なり、その校正手段（１６）は、その
ステージ（７）がその投影光学系（６）の光軸方向に移
動しているときに、そのステージ（７）の移動量が一定
間隔に達する毎に生成されるサンプリングパルスに同期
してそれら第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２
を記憶手段に書き込むようにしてもよい。In this case, the calibration means (16) uses sampling pulses generated at a constant time interval when the stage (7) is moving in the optical axis direction of the projection optical system (6). The first detection signal S1 and the second detection signal S2 may be written in the storage means in synchronization. Unlike that, the calibration means (16) moves the stage (7) at a constant interval when the stage (7) moves in the optical axis direction of the projection optical system (6). The first detection signal S1 and the second detection signal S2 are synchronized with the sampling pulse generated every time.
May be written in the storage means.
【００１１】また、その校正手段（１６）は、そのステ
ージ（７）をその投影光学系（６）の光軸に垂直な面内
で微小量変位させてそのステージ（７）をその投影光学
系（６）の光軸方向に移動させてその第１の検出信号Ｓ
１を複数回取り込み、これら複数回取り込まれたその第
１の検出信号Ｓ１を平均化して得られた信号に基づい
て、その第２の検出信号Ｓ２のオフセットを調整するよ
うにしてもよい。Further, the calibrating means (16) displaces the stage (7) by a small amount in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system (6) to move the stage (7) into the projection optical system. (6) is moved in the direction of the optical axis to move the first detection signal S
Alternatively, the offset of the second detection signal S2 may be adjusted based on the signal obtained by averaging 1 of the plurality of times and averaging the first detection signals S1 of the plurality of times.
【００１２】更に、上述の投影露光装置において、その
投影光学系（６）の周囲の大気圧、温度又は湿度等の環
境状態を計測する環境状態計測手段（１６）と、この計
測された環境状態に所定の変化が生じたときに、その校
正手段（１６）を動作させてその第２の検出信号Ｓ２又
は擬似合焦レベルのオフセットを再調整する制御手段
（２７）とを設けてもよい。Further, in the above-mentioned projection exposure apparatus, environmental condition measuring means (16) for measuring environmental conditions such as atmospheric pressure, temperature or humidity around the projection optical system (6), and the measured environmental condition. A control means (27) for activating the calibration means (16) to readjust the second detection signal S2 or the offset of the pseudo focusing level when a predetermined change occurs in the.
【００１３】また、上述の投影露光装置において、例え
ば図９に示すように、その校正手段（１６）は、その第
１の検出信号Ｓ１の最大値又は最小値が得られる位置Ｚ
0 を合焦点とする第１の校正方法と、その第１の検出信
号Ｓ１を所定のレベルでスライスし、このスライスによ
り得られたその第１の検出信号Ｓ１の２つのレベルが得
られる位置の中央の位置Ｚ1 を合焦点とする第２の校正
方法とを有し、その感光基板（９）の露光条件に応じて
それら第１の校正方法と第２の校正方法とを使い分ける
ようにしてもよい。Further, in the above-mentioned projection exposure apparatus, as shown in FIG. 9, for example, the calibration means (16) has a position Z where the maximum value or the minimum value of the first detection signal S1 is obtained.
The first calibration method in which 0 is the in-focus point, and the first detection signal S1 is sliced at a predetermined level, and the position at which two levels of the first detection signal S1 obtained by this slice are obtained And a second calibration method in which the central position Z 1 is the focal point, and the first calibration method and the second calibration method are selectively used according to the exposure conditions of the photosensitive substrate (9). Good.
【００１４】[0014]
【作用】斯かる本発明によれば、基準パターン（８）が
投影光学系（６）に対して合焦しているときには、その
基準パターン（８）を透過して投影光学系（６）を介し
てマスクパターンに照射され、このマスクパターンの裏
面から反射されて投影光学系（６）及び基準パターン
（８）を介して戻された光束の強度は最大又は最小にな
る。従って、この光束の光電変換信号である第１の検出
信号Ｓ１は、その基準パターン（８）が投影光学系
（６）に対して実際に合焦状態にあるか否かを示す信号
である。一方、焦点位置検出手段（１７，１８）により
得られる第２の検出信号Ｓ２は、間接方式でその基準パ
ターン（８）又は感光基板（９）の投影光学系（６）に
対する合焦状態を示す信号である。そして、マスクパタ
ーンを投影光学系（６）を介して感光基板（９）に転写
する場合には、後者の第２の検出信号Ｓ２が原点として
の擬似合焦レベルになるようにステージ（７）を制御す
ることにより、オートフォーカス動作が行われる。According to the present invention, when the reference pattern (8) is focused on the projection optical system (6), the projection optical system (6) is transmitted through the reference pattern (8). The intensity of the light flux that is emitted through the mask pattern through the projection optical system (6) and the reference pattern (8) and is reflected from the back surface of the mask pattern is maximized or minimized. Therefore, the first detection signal S1 which is a photoelectric conversion signal of this light beam is a signal indicating whether or not the reference pattern (8) is actually in focus with respect to the projection optical system (6). On the other hand, the second detection signal S2 obtained by the focus position detecting means (17, 18) indicates the in-focus state of the reference pattern (8) or the photosensitive substrate (9) with respect to the projection optical system (6). It is a signal. Then, when the mask pattern is transferred to the photosensitive substrate (9) via the projection optical system (6), the stage (7) is set so that the latter second detection signal S2 becomes a pseudo focus level as the origin. The autofocus operation is performed by controlling the.
【００１５】そして、ステージ（７）を投影光学系
（６）の光軸方向に移動させて第１の検出信号Ｓ１及び
第２の検出信号Ｓ２を取り込み、例えばその第１の検出
信号Ｓ１が最大又は最小になるときの位置を新たな合焦
点とするようにその第２の検出信号Ｓ２のオフセットを
調整することにより、間接方式による合焦信号である第
２の検出信号Ｓ２のキャリブレーションが行われる。こ
のキャリブレーションは、ステージ（７）を移動して投
影光学系（６）の下に基準パターン（８）を配置するだ
けで容易且つ迅速に行われる。Then, the stage (7) is moved in the optical axis direction of the projection optical system (6) to take in the first detection signal S1 and the second detection signal S2, for example, the first detection signal S1 is maximum. Alternatively, the offset of the second detection signal S2 is adjusted so that the position when it becomes the minimum becomes a new focus point, so that the calibration of the second detection signal S2 which is the focus signal by the indirect method is performed. Be seen. This calibration is easily and quickly performed only by moving the stage (7) and disposing the reference pattern (8) under the projection optical system (6).
【００１６】また、校正手段（１６）が一定の時間間隔
で生成されるサンプリングパルスに同期してそれら第１
の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２を取り込む場合
には、時間軸基準で検出信号Ｓ１及びＳ２が取り込まれ
る。一般に、ステージ（７）の投影光学系（６）の光軸
に垂直な面内での動きはレーザ干渉測長器により高い分
解能で測定されている。これに対して、投影光学系
（６）の光軸に沿った方向の動きはレーザ干渉測長器で
はなく、駆動軸等に取り付けたロータリーエンコーダ等
により間接的に比較的粗い分解能で測定されていること
が多い。このように投影光学系（６）の光軸方向の変位
が間接的に測定されているような場合には、時間軸基準
にすると、サンプリング数を容易に比較的等間隔で増加
させることができる。従って、例えば検出信号Ｓ１に不
規則なノイズ等が混入している場合でも、サンプリング
数を増加して平均化することによりノイズ等の影響を排
除してより正確なキャリブレーションを行うことができ
る。Further, the calibration means (16) synchronizes the first pulse with the sampling pulse generated at constant time intervals.
When the detection signal S1 and the second detection signal S2 are captured, the detection signals S1 and S2 are captured on the time axis basis. In general, the movement of the stage (7) in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system (6) is measured with high resolution by a laser interferometer. On the other hand, the movement of the projection optical system (6) in the direction along the optical axis is indirectly measured with a relatively coarse resolution by a rotary encoder or the like attached to the drive shaft or the like, not by the laser interferometer. Often In such a case where the displacement of the projection optical system (6) in the optical axis direction is indirectly measured, the number of samplings can be easily increased at relatively equal intervals by using the time axis as a reference. .. Therefore, for example, even when irregular noise or the like is mixed in the detection signal S1, the influence of noise or the like can be eliminated and more accurate calibration can be performed by increasing the sampling number and averaging.
【００１７】また、校正手段（１６）が、ステージ
（７）の投影光学系（６）の光軸方向の移動量が一定間
隔に達する毎に生成サンプリングパルスに同期してそれ
ら第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２を取り込
む場合には、位置基準で検出信号Ｓ１及びＳ２が取り込
まれる。そのステージ（７）の光軸方向の変位もレーザ
干渉測長器等で直接且つ高い分解能で測定されている場
合には、位置基準で検出信号Ｓ１及びＳ２を取り込んで
も、必要に応じて容易にサンプリング数を増加すること
ができる。Further, the calibration means (16) synchronizes with the generated sampling pulse every time the amount of movement of the projection optical system (6) of the stage (7) in the optical axis direction reaches a constant interval, and then the first detection signals thereof are synchronized. When capturing S1 and the second detection signal S2, the detection signals S1 and S2 are captured based on the position. If the displacement of the stage (7) in the optical axis direction is also measured directly and with high resolution by a laser interferometer or the like, even if the detection signals S1 and S2 are captured based on the position reference, it can be easily performed as necessary. The number of samplings can be increased.
【００１８】また、本発明では基準パターン（８）の像
を投影光学系（６）を介してマスクパターンの裏面（パ
ターン面）に一旦結像させている。従って、マスクパタ
ーンの状態によっては、その結像した像がそのマスクパ
ターンの裏面から反射されるときに位相ずれ等を起こ
し、第１の検出信号Ｓ１の特性が不安定になる虞があ
る。このような場合には、ステージ（７）を投影光学系
（６）の光軸に垂直な面内で微小量変位させて複数回そ
の第１の検出信号Ｓ１を取り込み、この第１の検出信号
Ｓ１の平均化を行うことによりそのマスクパターンの影
響を取り除くことができる。In the present invention, the image of the reference pattern (8) is once formed on the back surface (pattern surface) of the mask pattern via the projection optical system (6). Therefore, depending on the state of the mask pattern, a phase shift or the like may occur when the formed image is reflected from the back surface of the mask pattern, and the characteristics of the first detection signal S1 may become unstable. In such a case, the stage (7) is displaced by a small amount in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system (6) to capture the first detection signal S1 a plurality of times, and the first detection signal S1 is acquired. By averaging S1, the influence of the mask pattern can be removed.
【００１９】また、投影光学系（６）の周囲の大気圧、
温度、湿度又は露光光の照射量等の環境状態を計測する
環境状態計測手段を設けた場合には、環境状態の変化か
ら投影光学系（６）の結像面の位置の変化量を或る程度
推測することができる。従って、その結像面の位置の変
化量が所定の閾値を超えたときに、校正手段（１６）を
動作させて第１の検出信号Ｓ１に基づいて第２の検出信
号Ｓ２のオフセットを再調整することにより、的確なタ
イミングでキャリブレーションを行うことができる。Further, the atmospheric pressure around the projection optical system (6),
When the environmental condition measuring means for measuring the environmental condition such as the temperature, the humidity or the irradiation amount of the exposure light is provided, the change amount of the position of the image plane of the projection optical system (6) can be determined from the change of the environmental condition. You can guess the degree. Therefore, when the amount of change in the position of the image plane exceeds a predetermined threshold value, the calibration means (16) is operated to readjust the offset of the second detection signal S2 based on the first detection signal S1. By doing so, the calibration can be performed at an appropriate timing.
【００２０】また、例えば図９に示すように、第１の検
出信号Ｓ１の最大値又は最小値が得られる位置を合焦位
置とする第１の校正方法は、第１の検出信号Ｓ１がピー
クとなる位置Ｚ0 、即ち最も解像度の良い位置を合焦の
目標点とすることを意味する。一方、第１の検出信号Ｓ
１をスライスして得られた２つのレベルが得られる位置
の中央の位置を合焦点とする第２の校正方法は、所定の
合焦範囲の中央位置Ｚ1 を合焦の目標点とすることを意
味する。一般に第１の校正信号Ｓ１はピーク位置を中心
として非対称であるため、ピーク位置Ｚ0 と中央位置Ｚ
1 とは異なる。従って、第１の校正方法はマスクパター
ンのパターンが微細で投影光学系（６）を解像限界付近
で使用するような場合に好適であり、第２の校正方法は
マスクパターンが比較的粗く投影光学系（６）の結像面
に対して許容される位置ずれの幅をできるだけ広くした
いような場合に好適である。Further, as shown in FIG. 9, for example, in the first calibration method in which the position where the maximum value or the minimum value of the first detection signal S1 is obtained is the in-focus position, the first detection signal S1 peaks. It means that the position Z 0 that is, that is, the position with the highest resolution is used as the focus target point. On the other hand, the first detection signal S
A second calibration method in which the center position of the positions where the two levels obtained by slicing 1 are obtained is the focus point is that the center position Z 1 of the predetermined focus range is the focus target point. Means Generally, the first calibration signal S1 is asymmetrical with respect to the peak position, so that the peak position Z 0 and the central position Z
Different from 1 . Therefore, the first calibration method is suitable for a case where the pattern of the mask pattern is fine and the projection optical system (6) is used in the vicinity of the resolution limit, and the second calibration method projects the mask pattern relatively coarsely. This is suitable when it is desired to widen the width of the positional deviation allowed with respect to the image plane of the optical system (6).
【００２１】[0021]
【実施例】以下、本発明による投影露光装置の一実施例
につき図面を参照して説明する。本例は半導体集積回路
製造用の投影露光装置に本発明を適用したものである。
図１は本例の全体の構成を示し、この図１において、１
は照明光学系である。照明光学系１は、ｇ線、ｉ線、ｊ
線又は紫外線パルス光（例えばＫｒＦエキシマレーザ光
等）などのレジストに対する感光性のある波長帯の照明
光を発生する光源及びこの光源からの照明光を一様化す
るオプチカルインテグレータその他より構成され、その
照明光学系１から射出される照明光ＩＬの大部分は半透
過鏡２を透過してミラー３に至り、このミラー３で垂直
に下方に反射されてメインコンデンサレンズ４に導かれ
る。このコンデンサレンズ４で略々平行光束に変換され
た照明光ＩＬが、ステージ５上に支持されたマスク
（「レチクル」と同義である）Ｍのパターン領域ＰＡを
均一な照度で照明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the projection exposure apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In this example, the present invention is applied to a projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit.
FIG. 1 shows the overall configuration of this example. In FIG.
Is an illumination optical system. The illumination optical system 1 includes g-line, i-line, and j-line.
Line or ultraviolet pulsed light (for example, KrF excimer laser light, etc.), a light source for generating illumination light in a wavelength band having sensitivity to a resist, an optical integrator for uniformizing the illumination light from this light source, and the like. Most of the illumination light IL emitted from the illumination optical system 1 passes through the semi-transmissive mirror 2 to reach the mirror 3, and is reflected vertically downward by this mirror 3 and guided to the main condenser lens 4. The illumination light IL converted into a substantially parallel light flux by the condenser lens 4 illuminates the pattern area PA of the mask (synonymous with “reticle”) M supported on the stage 5 with uniform illuminance.
【００２２】なお、例えば半透過鏡２とミラー３との間
にリレーレンズ及び可変ブラインドが配置され、可変ブ
ラインドの開口形状を変えることによって、マスクＭの
照明視野を任意に選択することができる。また、ステー
ジ５は水平面内で移動可能であり、ステージ５上のマス
クＭのパターン領域ＰＡの中心が後述の投影光学系６の
光軸と一致するようにそのステージ５の位置決めが行わ
れる。マスクＭは図示省略したマスク交換器により適宜
交換されて使用される。特に、多品種小量生産を行う場
合、交換は頻繁に行われる。Note that, for example, a relay lens and a variable blind are arranged between the semi-transmissive mirror 2 and the mirror 3, and the illumination field of the mask M can be arbitrarily selected by changing the aperture shape of the variable blind. The stage 5 is movable in a horizontal plane, and the stage 5 is positioned so that the center of the pattern area PA of the mask M on the stage 5 coincides with the optical axis of the projection optical system 6 described later. The mask M is used after being appropriately replaced by a mask exchanger (not shown). In particular, when performing high-mix low-volume production, replacement is frequently performed.
【００２３】６は両側テレセントリックな投影光学系、
７はウェハステージを示し、このウェハステージ７の上
面に基準パターン板８とウェハ９とを並列に配置する。
基準パターン板８の上面には、図２に示すように、一定
ピッチのライン／スペースよりなる振幅型の回折格子２
８Ａ並びにこの回折格子２８Ａを反時計方向にそれぞれ
４５°、９０°及び１３５°回転させて得られる格子よ
りなる回折格子２８Ｂ、２８Ｃ及び２８Ｄを形成する。
これら４種類の回折格子２８Ａ〜２８Ｄにより本例の基
準パターンが構成される。このように種々の方向の回折
格子を形成するのは、マスクＭ上のパターンの影響を除
くため、及び投影光学系６のイメージフィールド内の任
意の点におけるサジタル（Ｓ）方向及びメリディオナル
（Ｍ）方向の焦点位置（非点収差）を計測可能とするた
めである。基準パターン板８の回折格子形成面とウェハ
９の露光面とは投影光学系６の光軸方向に同じ高さにな
るようにしておく。なお、基準パターン板８上に形成す
るパターンは、位相型の回折格子であってもよい。Reference numeral 6 is a projection optical system which is telecentric on both sides,
Reference numeral 7 denotes a wafer stage, and a reference pattern plate 8 and a wafer 9 are arranged in parallel on the upper surface of the wafer stage 7.
On the upper surface of the reference pattern plate 8, as shown in FIG. 2, an amplitude type diffraction grating 2 composed of lines / spaces with a constant pitch is formed.
8A and the diffraction gratings 28B, 28C and 28D are formed by rotating the diffraction grating 28A counterclockwise by 45 °, 90 ° and 135 °, respectively.
The four types of diffraction gratings 28A to 28D form the reference pattern of this example. Forming the diffraction gratings in various directions in this manner is to remove the influence of the pattern on the mask M, and to sagittal (S) direction and meridional (M) direction at any point in the image field of the projection optical system 6. This is because the focal position (astigmatism) in the direction can be measured. The diffraction grating formation surface of the reference pattern plate 8 and the exposure surface of the wafer 9 have the same height in the optical axis direction of the projection optical system 6. The pattern formed on the reference pattern plate 8 may be a phase type diffraction grating.
【００２４】図１では簡略に表示しているが、ウェハス
テージ７はＸＹθステージ、Ｚステージ及びレベリング
ステージより構成する。ＸＹθステージは投影光学系６
の光軸に垂直な２次元平面内で並進移動及び微小回転を
行い、Ｚステージは投影光学系６の光軸方向（Ｚ軸方
向）に基準パターン８及びウェハ９を移動させ、レベリ
ングステージはウェハ９等の露光面の傾きを調整する。
この場合、ＸＹθステージの２次元平面内での移動量
は、Ｘ軸用のレーザ干渉測長器及びＹ軸用のレーザ干渉
測長器により例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検
出されている。一方、基準パターン板８及びウェハ９の
投影光学系６の光軸に沿ったＺ軸方向の動きは、例えば
Ｚ軸駆動用のボールねじに取り付けられたロータリエン
コーダにより測定される。即ち、ボールねじのピッチは
正確に分かっているので、所定の機械原点でリセットさ
れた計数回路でロータリエンコーダから出力されるアッ
プダウンパルスを積算的に計数して、計数値に所定の演
算を施すことにより、Ｚ軸方向の位置を求めることがで
きる。なお、Ｚ軸方向の移動量をもレーザ干渉測長器な
どで測定することも可能である。Although simply shown in FIG. 1, the wafer stage 7 is composed of an XYθ stage, a Z stage and a leveling stage. The XYθ stage is a projection optical system 6
Translational movement and minute rotation within a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis of the Z stage, the Z stage moves the reference pattern 8 and the wafer 9 in the optical axis direction (Z axis direction) of the projection optical system 6, and the leveling stage uses the wafer. Adjust the tilt of the exposed surface such as 9.
In this case, the amount of movement of the XYθ stage in the two-dimensional plane is constantly detected by a laser interferometer for X axis and a laser interferometer for Y axis with a resolution of, for example, about 0.01 μm. On the other hand, the movement of the reference pattern plate 8 and the wafer 9 in the Z-axis direction along the optical axis of the projection optical system 6 is measured by, for example, a rotary encoder attached to a ball screw for driving the Z-axis. That is, since the pitch of the ball screw is accurately known, the counting circuit reset at a predetermined machine origin cumulatively counts the up / down pulses output from the rotary encoder and performs a predetermined calculation on the count value. Thus, the position in the Z-axis direction can be obtained. The amount of movement in the Z-axis direction can also be measured with a laser interferometer.
【００２５】１０は基準パターン用の照明光源を示し、
この照明光源１０は、マスクＭ用の照明光学系１中の光
源から射出されている照明光の一部を図示省略した光学
系を介して導いたものである。この照明光源１０の照明
光をライトガイド１１、ウェハステージ７の内部の集光
レンズ系１２及びミラー１３を介して基準パターン板８
の裏面に導く。基準パターン板８の裏面側からの照明光
の一部は基準パターンにより回折されて上面側に透過す
る。基準パターン板８が投影光学系６のイメージサーク
ルの内部に存在する場合には、基準パターン板８を上面
側に透過した回折光を含む照明光は投影光学系６により
マスクＭの裏面のパターン領域ＰＡに集束され、このパ
ターン領域ＰＡにより反射されて再び投影光学系６を介
して基準パターン板８の上面に戻る。Reference numeral 10 denotes an illumination light source for the reference pattern,
The illumination light source 10 guides a part of the illumination light emitted from the light source in the illumination optical system 1 for the mask M through an optical system (not shown). The illumination light from the illumination light source 10 is passed through the light guide 11, the condenser lens system 12 inside the wafer stage 7 and the mirror 13 to form the reference pattern plate 8
Lead to the back side of. A part of the illumination light from the back surface side of the reference pattern plate 8 is diffracted by the reference pattern and is transmitted to the upper surface side. When the reference pattern plate 8 exists inside the image circle of the projection optical system 6, the illumination light including the diffracted light transmitted through the reference pattern plate 8 to the upper surface side is projected by the projection optical system 6 to the pattern area on the back surface of the mask M. The light is focused on the PA, reflected by the pattern area PA, and returned to the upper surface of the reference pattern plate 8 via the projection optical system 6.
【００２６】この戻って来た光束の内で基準パターン板
８の基準パターンを通り抜けた光束が、ミラー１３、集
光レンズ系１２及びライトガイド１１を経て光電センサ
１４に入射する。光電センサ１４より出力される信号を
増幅器１５で最適レベルまで増幅して得られた検出信号
（以下、「キャリブレーション信号」という。）Ｓ１
は、基準パターン板８の基準パターンを通り抜けた光束
の強度を示す信号であり、このキャリブレーション信号
Ｓ１を信号処理ユニット１６に供給する。このキャリブ
レーション信号Ｓ１は、基準パターン板８の回折格子形
成面が投影光学系６に対して合焦しているときに最大に
なる信号であるため、投影光学系６の結像特性が露光光
吸収等によって変化しても、随時（例えば１枚のウェハ
に対する露光動作中であっても）そのキャリブレーショ
ン信号Ｓ１を得ることにより投影光学系６のイメージフ
イールド内の任意の点における真の合焦点（ベストフォ
ーカス位置）を検出することができる。ただし、基準パ
ターン板８に形成されている格子が位相格子であるとき
には、合焦点ではキャリブレーション信号Ｓ１は最小に
なる。Of the returning light flux, the light flux passing through the reference pattern of the reference pattern plate 8 enters the photoelectric sensor 14 via the mirror 13, the condenser lens system 12 and the light guide 11. A detection signal (hereinafter, referred to as "calibration signal") S1 obtained by amplifying a signal output from the photoelectric sensor 14 to an optimum level with an amplifier 15
Is a signal indicating the intensity of the light flux that has passed through the reference pattern of the reference pattern plate 8, and supplies this calibration signal S1 to the signal processing unit 16. This calibration signal S1 is a signal that becomes maximum when the diffraction grating formation surface of the reference pattern plate 8 is in focus with respect to the projection optical system 6, so that the imaging characteristic of the projection optical system 6 is the exposure light. Even if it changes due to absorption or the like, the true focusing point at an arbitrary point in the image field of the projection optical system 6 is obtained by obtaining the calibration signal S1 at any time (for example, even during the exposure operation for one wafer). (Best focus position) can be detected. However, when the grating formed on the reference pattern plate 8 is a phase grating, the calibration signal S1 becomes minimum at the in-focus point.
【００２７】この場合、照明光源１０の光源は照明光源
１の光源から導いたものであるため、基準パターン板８
を下方から照明する光の波長とマスクＭを上方から照明
する光の波長とは本来は同一である。しかしながら、両
者の光学系の構成が異なっているため、最終的に照明さ
れる段階では両者の波長帯に若干のずれが生じている場
合もある。尚、照明光源１０は光源１と別に設けても良
い。また、ライトガイド１１の射出面は投影光学系の瞳
面とほぼ共役となっており、さらにその照明条件（コヒ
ーレンスファクターσ値等）は照明光学系１によるマス
クＭの照明条件と同一にしておくことが望ましい。In this case, since the light source of the illumination light source 10 is led from the light source of the illumination light source 1, the reference pattern plate 8
The wavelength of light for illuminating the mask M from below and the wavelength of light for illuminating the mask M from above are essentially the same. However, since the configurations of both optical systems are different, there is a case where a slight shift occurs in both wavelength bands at the stage of final illumination. The illumination light source 10 may be provided separately from the light source 1. The exit surface of the light guide 11 is substantially conjugate with the pupil plane of the projection optical system, and its illumination condition (coherence factor σ value, etc.) is the same as the illumination condition of the mask M by the illumination optical system 1. Is desirable.
【００２８】１７は投影光学系６の光軸に対して斜めに
検出光を射出する光源を示し、この光源１７からの検出
光を図示省略した斜入射光学系を介して投影光学系６の
イメージサークルの中央部に集束する。図１の状態では
そのイメージサークルには基準パターン板８が配置され
ているので、その検出光は基準パターン板８の基準パタ
ーン形成面に集束される。この基準パターン形成面から
の反射光を図示省略した斜射出光学系を介して例えば位
置検出型受光素子（ＰＳＤ）等よりなる光電センサ１８
の受光面に照射する。その基準パターン板８が投影光学
系６の光軸方向に移動すると、その光電センサ１８の受
光面での光束の重心位置が変化するので、その重心位置
より基準パターン板８の光軸方向の位置を検出すること
ができる。上記構成の斜入射光方式の焦点位置検出光学
系の詳細な構成等については、例えば特開昭６０−１６
８１１２号公報に開示されている。なお、光源１７及び
光電センサ１８を含む焦点位置検出光学系の外に、図示
省略するも、例えば特開昭５８−１１３７０６号公報に
開示されているように基準パターン板８又はウェハ９の
投影光学系６の結像面に対する傾きを計測するためのコ
リメータ型のレベリング用光学系も配置されている。Reference numeral 17 denotes a light source that emits detection light obliquely with respect to the optical axis of the projection optical system 6, and the detection light from this light source 17 is imaged through the oblique incidence optical system (not shown). Focus on the center of the circle. In the state of FIG. 1, since the reference pattern plate 8 is arranged in the image circle, the detection light is focused on the reference pattern forming surface of the reference pattern plate 8. The reflected light from the reference pattern forming surface is passed through an oblique emission optical system (not shown), and a photoelectric sensor 18 including, for example, a position detection type light receiving element (PSD) is provided.
Irradiate the light receiving surface of. When the reference pattern plate 8 moves in the optical axis direction of the projection optical system 6, the barycentric position of the light beam on the light receiving surface of the photoelectric sensor 18 changes, so that the position of the reference pattern plate 8 in the optical axis direction from the barycentric position. Can be detected. The detailed structure of the oblique incident light type focus position detection optical system having the above structure is described in, for example, JP-A-60-16.
It is disclosed in Japanese Patent No. 8112. In addition to the focus position detection optical system including the light source 17 and the photoelectric sensor 18, although not shown, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-113706, the reference pattern plate 8 or the projection optical of the wafer 9 is projected. A collimator type leveling optical system for measuring the inclination of the system 6 with respect to the image plane is also arranged.
【００２９】光電センサ１８から出力される信号をアナ
ログ信号処理回路１９に供給する。アナログ信号処理回
路１９は、光電センサ１８の受光面の光束の重心位置の
内で投影光学系の光軸方向の位置を示す信号（以下、
「焦点位置検出信号」という。）Ｓ２を生成し、この焦
点位置検出信号Ｓ２を信号処理ユニット１６及びステー
ジコントローラ２０に供給する。正確には、この焦点位
置検出信号Ｓ２は基準パターン板８又はウェハ９の投影
光学系６の光軸方向の位置を示す信号であり、間接方式
で焦点位置を示す信号である。従って、その焦点位置検
出信号Ｓ２を使用して合焦点を検出するには、予め直接
方式で基準パターン板８又はウェハ９の投影光学系６に
対する合焦状態を調べておき、真の合焦点又は後述のよ
うにその近傍の位置での焦点位置検出信号Ｓ２のレベル
が予め定められたレベル（これを「擬似的な合焦レベ
ル」という）になるようにオフセットの調整（焦点位置
検出光学系１７，１８のキャリブレーション）を行い、
以後は信号Ｓ２がその擬似的な合焦レベルになるように
ＺステージのＺ軸方向の動きを制御すればよい。その擬
似的な合焦レベルとしては、例えば０が使用される。ま
た、基準パターン板８等が投影光学系６の合焦点にある
ときに焦点位置検出信号Ｓ２のレベルが０であるとする
と、基準パターン板８が上方（又は下方）に移動する
と、信号Ｓ２のレベルは例えば負（又は正）方向に変化
する。しかしながら、その移動量が大きくなると、光電
センサ１８の受光面での光量が低下して信号Ｓ２のレベ
ルは０に近づくので、信号Ｓ２は基準パターン板８等の
Ｚ軸方向の位置に関してＳカーブ状に変化する。そのＳ
カーブ状の信号の中央部ではＺ軸方向の座標と信号Ｓ２
との関係はほぼ直線的であるとみなすことができる。こ
れに関して、光電センサ１８は振動ミラー、スリット及
びフォトマルチプライア等より光電顕微鏡と同様に構成
することもできるが、そのフォトマルチプライアの光電
変換信号を振動ミラー用の信号によって同期検波するこ
とにより、より明確なＳカーブ状の信号を得ることがで
きる。このような場合、合焦点等でその焦点位置検出信
号Ｓ２のレベルに所定のオフセットを設定して焦点位置
検出光学系１７，１８のキャリブレーションを行うに
は、光学的及び電気的な手法があるが、光学的に設定す
るには、要は基準パターン板８等がＺ軸方向の所定の位
置に在る状態で光電センサ１８の受光面での光量の分布
を、以下に示すような方法で所定の位置に変化させてや
れば良い。The signal output from the photoelectric sensor 18 is supplied to the analog signal processing circuit 19. The analog signal processing circuit 19 outputs a signal indicating the position in the optical axis direction of the projection optical system within the barycentric position of the light flux on the light receiving surface of the photoelectric sensor 18 (hereinafter,
It is called a "focus position detection signal". ) S2 is generated, and this focus position detection signal S2 is supplied to the signal processing unit 16 and the stage controller 20. To be precise, the focus position detection signal S2 is a signal indicating the position of the reference pattern plate 8 or the wafer 9 in the optical axis direction of the projection optical system 6, and is a signal indicating the focus position by the indirect method. Therefore, in order to detect the in-focus point using the focus position detection signal S2, the in-focus state of the reference pattern plate 8 or the wafer 9 with respect to the projection optical system 6 is checked in advance by the direct method, and the true in-focus point or As will be described later, the offset is adjusted so that the level of the focus position detection signal S2 at a position in the vicinity thereof is a predetermined level (this is referred to as "pseudo focus level") (the focus position detection optical system 17). , 18, calibration),
After that, the movement of the Z stage in the Z-axis direction may be controlled so that the signal S2 becomes the pseudo focusing level. For example, 0 is used as the pseudo focusing level. Further, if the level of the focus position detection signal S2 is 0 when the reference pattern plate 8 and the like are in the focal point of the projection optical system 6, when the reference pattern plate 8 moves upward (or downward), the signal S2 The level changes in the negative (or positive) direction, for example. However, when the amount of movement increases, the amount of light on the light receiving surface of the photoelectric sensor 18 decreases, and the level of the signal S2 approaches 0. Therefore, the signal S2 has an S curve shape with respect to the position of the reference pattern plate 8 or the like in the Z axis direction. Changes to. That S
At the center of the curved signal, the coordinate in the Z-axis direction and the signal S2
The relationship with and can be considered to be almost linear. In this regard, the photoelectric sensor 18 can be configured in the same manner as a photoelectric microscope including a vibrating mirror, a slit, a photomultiplier, and the like, but by synchronously detecting the photoelectric conversion signal of the photomultiplier with the signal for the vibrating mirror, A clearer S-curve signal can be obtained. In such a case, there are optical and electrical methods for calibrating the focus position detection optical systems 17 and 18 by setting a predetermined offset to the level of the focus position detection signal S2 at the in-focus point or the like. However, in order to optically set, the point is that the distribution of the amount of light on the light receiving surface of the photoelectric sensor 18 in the state where the reference pattern plate 8 or the like is at a predetermined position in the Z-axis direction is set by the following method. It may be changed to a predetermined position.
【００３０】焦点位置検出光学系１７，１８のキャリブ
レーション方法としては、例えば光源１７の位置を微調
整する方法、又は斜入射光学系の調整により光源１７か
ら射出される照明光の入射角を微調整する方法がある。
更に、光電センサ１８の前面に平行平板ガラス（プレー
ンパラレル）を配置してこの平行平板ガラスの角度を変
えると、光電センサ１８の受光面での光量の分布が変化
するので、これによってもキャリブレーションを行うこ
とができる。更に、信号Ｓ２の値がその合焦レベルにな
るように電気的にオフセットを加えるようにしてもよ
い。また、オフセットを調整する方法の他の例として、
真の合焦点又はその近傍の所定の位置での焦点位置検出
信号Ｓ２の値を擬似的な合焦レベルとして記憶し、以後
はその信号Ｓ２がその擬似的な合焦レベルになるように
する方法もある。この方法でも実質的にオフセット調整
ができる。As a calibration method of the focus position detection optical systems 17 and 18, for example, a method of finely adjusting the position of the light source 17 or a fine adjustment of the incident angle of the illumination light emitted from the light source 17 by adjusting the oblique incidence optical system. There is a way to adjust.
Further, if parallel flat glass (plane parallel) is arranged in front of the photoelectric sensor 18 and the angle of the parallel flat glass is changed, the distribution of the light quantity on the light receiving surface of the photoelectric sensor 18 changes, and this also causes the calibration. It can be performed. Further, an offset may be electrically added so that the value of the signal S2 becomes the focusing level. Also, as another example of the method of adjusting the offset,
A method of storing the value of the focus position detection signal S2 at a predetermined position near or at the true focusing point as a pseudo focusing level, and thereafter, setting the signal S2 to the pseudo focusing level. There is also. Even with this method, the offset can be adjusted substantially.
【００３１】このように、焦点位置検出信号Ｓ２は間接
方式で合焦点を示す信号であるため、露光光吸収等で投
影光学系６の結像面（焦点）の位置が変化したような場
合には、信号Ｓ２が擬似的な合焦レベルになる合焦点と
実際の合焦点との間にずれが生じている虞がある。そこ
で、本例ではキャリブレーション信号Ｓ１を用いて随時
その焦点位置検出信号Ｓ２のオフセット設定（焦点位置
検出光学系１７，１８のキャリブレーション）を行う。As described above, since the focus position detection signal S2 is a signal indicating the in-focus point by the indirect method, when the position of the image forming surface (focus) of the projection optical system 6 is changed due to absorption of exposure light or the like. There is a possibility that there is a deviation between the in-focus point where the signal S2 becomes a pseudo in-focus level and the actual in-focus point. Therefore, in this example, the offset setting of the focus position detection signal S2 (calibration of the focus position detection optical systems 17 and 18) is performed using the calibration signal S1 as needed.
【００３２】図１において、信号処理ユニット１６は、
キャリブレーション信号Ｓ１と焦点位置検出信号Ｓ２と
をメモリに取り込み、後述のように真の合焦点又はその
近傍の所定の位置のＺ軸の座標を求め、このＺ軸の座標
情報をステージコントローラ２０に供給する。２１はウ
ェハステージ７中のＺステージの動作を制御するＺ軸駆
動系、２２はウェハステージ７中のＸＹθステージの動
作を制御するＸＹθ駆動系を示す。焦点位置検出信号Ｓ
２のキャリブレーションを行うときにはステージコント
ローラ２０は、Ｚ軸駆動系２１を介して基準パターン板
８のＺ軸の座標を信号処理ユニット１６から指示された
座標に設定した後、例えば光源１７の位置を調整するこ
とにより焦点位置検出信号Ｓ２のオフセット調整を行
う。同様にステージコントローラ２０は、ＸＹθ駆動系
２２を介してウェハステージ７上の基準パターン板８及
びウェハ９の投影光学系６の光軸方向の位置調整を行
う。In FIG. 1, the signal processing unit 16 is
The calibration signal S1 and the focus position detection signal S2 are stored in a memory, the Z-axis coordinates of a predetermined position at or near the true focusing point are obtained as described later, and the Z-axis coordinate information is sent to the stage controller 20. Supply. Reference numeral 21 denotes a Z-axis drive system that controls the operation of the Z stage in the wafer stage 7, and 22 denotes an XYθ drive system that controls the operation of the XYθ stage in the wafer stage 7. Focus position detection signal S
When performing the second calibration, the stage controller 20 sets the coordinates of the Z axis of the reference pattern plate 8 to the coordinates instructed by the signal processing unit 16 via the Z axis drive system 21, and then, for example, sets the position of the light source 17. By performing the adjustment, the offset adjustment of the focus position detection signal S2 is performed. Similarly, the stage controller 20 adjusts the positions of the reference pattern plate 8 and the wafer 9 on the wafer stage 7 in the optical axis direction of the projection optical system 6 via the XYθ drive system 22.
【００３３】２３は集光光学系、２４は受光素子よりな
る照射量センサを示し、照明光ＩＬの一部を半透過鏡２
で取り出し、この取り出した光を集光光学系２３を介し
て照射量センサ２４の受光面に集束し、照射量センサ２
４から出力される光電変換信号をセンサコントロールユ
ニット２５に供給する。２６は投影光学系６の近傍に配
置された環境センサを示し、この環境センサ２６は投影
光学系６の周囲の大気圧、温度、湿度等を計測し、この
計測結果をセンサコントロールユニット２５に供給す
る。２７は装置全体の動作を制御するメインコンピュー
タを示し、センサコントロールユニット２５は、照射量
センサ２４から出力される信号を積分して得た投影光学
系６に対する照射量の情報及び投影光学系６の周囲の大
気圧、温度、湿度等の情報をメインコンピュータ２７に
供給する。また、メインコンピュータ２７から信号処理
ユニット１６及びステージコントローラ２０には所定の
動作を指示するためのコマンドが供給され、信号処理ユ
ニット１６及びステージコントローラ２０からメインコ
ンピュータ２７には信号Ｓ１及びＳ２のデータ等が供給
される。Reference numeral 23 denotes a condensing optical system, and 24 denotes an irradiation amount sensor composed of a light receiving element.
The collected light is focused on the light receiving surface of the dose sensor 24 via the condensing optical system 23, and the dose sensor 2
The photoelectric conversion signal output from 4 is supplied to the sensor control unit 25. Reference numeral 26 denotes an environment sensor arranged in the vicinity of the projection optical system 6. The environment sensor 26 measures atmospheric pressure, temperature, humidity, etc. around the projection optical system 6, and supplies the measurement result to the sensor control unit 25. To do. Reference numeral 27 denotes a main computer that controls the operation of the entire apparatus, and the sensor control unit 25 integrates the signal output from the irradiation amount sensor 24 to obtain information on the irradiation amount for the projection optical system 6 and the projection optical system 6. Information such as ambient atmospheric pressure, temperature, and humidity is supplied to the main computer 27. Further, a command for instructing a predetermined operation is supplied from the main computer 27 to the signal processing unit 16 and the stage controller 20, and data of signals S1 and S2, etc. from the signal processing unit 16 and the stage controller 20 to the main computer 27. Is supplied.
【００３４】次に図３を参照して、図１の露光装置で焦
点位置検出信号Ｓ２のキャリブレーションを行う場合の
全体の動作の一例を説明する。この場合、前回のキャリ
ブレーション等により、ウェハステージ７のＺステージ
のＺ軸座標がＺB の位置が合焦点として設定されている
ものとする。先ず図３のステップ１０１において、メイ
ンコンピュータ２７はステージコントローラ２０を介し
てウェハステージ７中のＸＹθステージを動作させるこ
とにより、基準パターン板８を投影光学系６のイメージ
サークル内の所望の計測点に移動させる。次にステップ
１０２において、ウェハステージ７中のＺステージのＺ
軸座標を現在の合焦点であるＺB からΔＺだけ下方に移
動させる。間隔ΔＺは、投影光学系６の結像面のＺ軸方
向の変動の予想される最大の絶対値をＺMAX とすると、
ΔＺ＞ＺMAX となるように選ばれている。Next, with reference to FIG. 3, an example of the overall operation when the exposure apparatus of FIG. 1 calibrates the focus position detection signal S2 will be described. In this case, it is assumed that the position where the Z axis coordinate of the Z stage of the wafer stage 7 is Z B is set as the focal point by the previous calibration or the like. First, in step 101 of FIG. 3, the main computer 27 operates the XYθ stage in the wafer stage 7 via the stage controller 20 to set the reference pattern plate 8 to a desired measurement point in the image circle of the projection optical system 6. To move. Next, in step 102, the Z of the Z stage in the wafer stage 7
The axis coordinates are moved downward by Z from the current focus point Z B. If the maximum expected absolute value of the variation in the Z-axis direction of the image plane of the projection optical system 6 is Z MAX , the interval ΔZ is
Selected so that ΔZ> Z MAX .
【００３５】そして、メインコンピュータ２７はステッ
プ１０３において、ステージコントローラ２０及びＺ軸
駆動系２１を介してＺステージのＺ軸座標を（ＺB −Δ
Ｚ）から上方に略々一定速度で走査させる。この走査が
開始されるとステップ１０４では、信号処理ユニット１
６が所定のサンプリングパルスに同期して、キャリブレ
ーション信号Ｓ１及び焦点位置検出信号Ｓ２を並行して
取り込んでそれぞれメモリに書き込む。そして、ステッ
プ１０５において、ステージコントローラ２０はＺステ
ージのＺ軸座標が（ＺB ＋ΔＺ）に達したか否かを調
べ、Ｚ軸座標が（ＺB ＋ΔＺ）に達していない場合に
は、ステップ１０３に移行してＺ軸方向への走査を続け
る。また、ステップ１０５でＺ軸座標が（ＺB ＋ΔＺ）
に達した場合には、動作はステップ１０６に移行する。Then, in step 103, the main computer 27 sets the Z axis coordinate of the Z stage via the stage controller 20 and the Z axis drive system 21 to (Z B -Δ
The scanning is performed from Z) upward at a substantially constant speed. When this scanning is started, in step 104, the signal processing unit 1
6 synchronizes with a predetermined sampling pulse, captures the calibration signal S1 and the focus position detection signal S2 in parallel, and writes them in the memory. Then, in step 105, the stage controller 20 checks whether or not the Z-axis coordinate of the Z stage has reached (Z B + ΔZ). If the Z-axis coordinate has not reached (Z B + ΔZ), step 103 And the scanning in the Z-axis direction is continued. In step 105, the Z-axis coordinate is (Z B + ΔZ)
If so, operation proceeds to step 106.
【００３６】ステップ１０６において、信号処理ユニッ
ト１６は、キャリブレーション信号Ｓ１から求めた真の
合焦点又はこの近傍の位置のＺ軸座標と焦点位置検出信
号Ｓ２から求められる擬似的な合焦点のＺ軸座標との偏
差量δＺを算出する。この場合、ステップ１０７及び１
０８で示すようにステップ１０２〜１０６までの動作を
ｎ回（ｎは２以上の整数）繰り返すことで偏差量の計測
精度を上げることができる。更に、ステップ１０８で示
すように、１個の偏差量を算出する度にＸＹθステージ
を動作させて、基準パターン板８の投影光学系６の光軸
に垂直な面内での位置を微小量だけ変位させる。これに
より基準パターン板８の回折格子の像が投影されるマス
クＭのパターン領域ＰＡでの位置も微小量だけ変位する
ので、そのパターン領域ＰＡのパターンの影響が除去さ
れ、計測精度の低下が防止される。尚、ステップ１０７
で計測がｎ回行われていないと判断されたら、直ちにス
テップ１０２に戻るようなシーケンスとしても良い。In step 106, the signal processing unit 16 causes the Z-axis coordinate of the true focusing point obtained from the calibration signal S1 or the position in the vicinity thereof and the pseudo-focusing Z axis obtained from the focus position detection signal S2. The deviation amount δZ from the coordinates is calculated. In this case, steps 107 and 1
As shown by 08, by repeating the operations of steps 102 to 106 n times (n is an integer of 2 or more), the measurement accuracy of the deviation amount can be improved. Further, as shown in step 108, the XYθ stage is operated each time one deviation amount is calculated, and the position of the reference pattern plate 8 in the plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system 6 is reduced by a very small amount. Displace. As a result, the position in the pattern area PA of the mask M onto which the image of the diffraction grating of the reference pattern plate 8 is projected is also displaced by a minute amount, so that the influence of the pattern in the pattern area PA is removed, and the deterioration of the measurement accuracy is prevented. To be done. Incidentally, step 107
If it is determined that the measurement has not been performed n times, the sequence may return to step 102 immediately.
【００３７】その後、ステップ１０９において信号処理
ユニット１６は、真の合焦点又はこの近傍の位置のＺ軸
座標と焦点位置検出信号Ｓ２から求められる擬似的な合
焦点のＺ軸座標との偏差量δＺを平均化して得られた偏
差量〈δＺ〉をステージコントローラ２０に供給する。
これ以後、ステージコントローラ２０は前回のキャリブ
レーションにより設定されたＺ軸座標の値ＺB に〈δ
Ｚ〉を加算して得た値（ＺB ＋〈δＺ〉）を合焦点とみ
なして、この合焦点での焦点位置検出信号Ｓ２が所定の
擬似的な合焦レベルになるようにオフセットの調整を行
う。Thereafter, at step 109, the signal processing unit 16 causes the deviation amount δZ between the Z-axis coordinate of the true in-focus point or the position in the vicinity thereof and the Z-axis coordinate of the pseudo in-focus point obtained from the focus position detection signal S2. The deviation amount <δZ> obtained by averaging is supplied to the stage controller 20.
After that, the stage controller 20 sets the value Z B of the Z-axis coordinate set by the previous calibration to <δ.
The value (Z B + <δZ>) obtained by adding Z> is regarded as the in-focus point, and the offset is adjusted so that the focus position detection signal S2 at this in-focus point becomes a predetermined pseudo in-focus level. I do.
【００３８】図３のステップ１０４の詳細な動作につい
て説明する前に、信号処理ユニット１６の具体的な回路
の一例を図４を参照して説明する。図４は信号処理ユニ
ット１６の一例を示し、この図４において、２９及び３
０はそれぞれ入力端子であり、これら入力端子２９及び
３０にそれぞれキャリブレーション信号Ｓ１及び焦点位
置検出信号Ｓ２を供給する。３１はマイクロプロセッサ
（以下「ＭＰＵ」と略称する）、３２はタイマー回路、
３３はカウンタ回路を示し、信号Ｓ２のキャリブレーシ
ョンが始まりＺステージの走査が開始されると、ＭＰＵ
３１はカウンタ回路３３の計数値をリセットすると同時
に、タイマー回路３２の出力ゲートを開く。タイマー回
路３２は一定時間間隔毎にハイレベル“１”のパルスと
なるサンプリングパルスＳＰ１を発生し、このサンプリ
ングパルスＳＰ１をカウンタ回路３３の計数パルス入力
端子及びアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３４及び
３６のサンプリングパルス入力端子に供給する。Before describing the detailed operation of step 104 in FIG. 3, an example of a specific circuit of the signal processing unit 16 will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows an example of the signal processing unit 16. In FIG.
Reference numeral 0 is an input terminal, and a calibration signal S1 and a focus position detection signal S2 are supplied to these input terminals 29 and 30, respectively. 31 is a microprocessor (hereinafter abbreviated as “MPU”), 32 is a timer circuit,
Reference numeral 33 denotes a counter circuit, and when the calibration of the signal S2 starts and the scanning of the Z stage starts, the MPU
Reference numeral 31 resets the count value of the counter circuit 33 and simultaneously opens the output gate of the timer circuit 32. The timer circuit 32 generates a sampling pulse SP1 which becomes a high level “1” pulse at regular time intervals, and outputs the sampling pulse SP1 to the counting pulse input terminal of the counter circuit 33 and the analog / digital (A / D) converter 34. And 36 sampling pulse input terminals.
【００３９】３５及び３７はそれぞれＲＡＭよりなるメ
モリを示し、これらメモリ３５及び３７のアドレス入力
部にそれぞれカウンタ回路３３の計数値を供給する。そ
して、カウンタ回路３３の計数値が増加するのに応じ
て、キャリブレーション信号Ｓ１をＡ／Ｄ変換器３４を
介してその計数値で定まるメモリ３５のアドレス領域に
順次書き込み、焦点位置検出信号Ｓ２をＡ／Ｄ変換器３
６を介してその計数値で定まるメモリ３７のアドレス領
域に順次書き込む。Ｚステージの走査が完了した時点で
ＭＰＵ３１はタイマー回路３２の出力ゲートを閉じると
共に、メモリ３５及び３７へのデータの書き込みを禁止
する。Reference numerals 35 and 37 respectively denote memories composed of RAMs, and supply the count values of the counter circuit 33 to the address input portions of these memories 35 and 37, respectively. Then, as the count value of the counter circuit 33 increases, the calibration signal S1 is sequentially written to the address area of the memory 35 determined by the count value via the A / D converter 34, and the focus position detection signal S2 is obtained. A / D converter 3
The data is sequentially written via 6 into the address area of the memory 37 determined by the count value. When the scanning of the Z stage is completed, the MPU 31 closes the output gate of the timer circuit 32 and prohibits the writing of data to the memories 35 and 37.
【００４０】その結果、メモリ３５の一連のアドレス領
域には図５（ａ）の実線の曲線３８で示すキャリブレー
ション信号Ｓ１が記憶され、メモリ３７の一連のアドレ
ス領域には図５（ｂ）で示すように０を中心としてＳ字
状に変化する焦点位置検出信号Ｓ２が記憶される。図５
（ａ）及び（ｂ）の横軸はアドレスであるが、本例のサ
ンプリングパルスＳＰ１は一定時間間隔毎にハイレベル
“１”となるパルス列であるため、そのアドレスは時間
ｔとみなすことができる。更に、Ｚステージは略々等速
度で上昇しているため、時間ｔ（又はアドレスの値）に
１次変換を施すことによりＺステージのＺ軸座標の近似
値を求めることができる。As a result, the calibration signal S1 indicated by the solid curve 38 of FIG. 5A is stored in the series of address areas of the memory 35, and the series of address areas of the memory 37 is shown in FIG. As shown, a focus position detection signal S2 that changes in an S shape around 0 is stored. Figure 5
The horizontal axes of (a) and (b) are addresses, but since the sampling pulse SP1 in this example is a pulse train that becomes a high level "1" at constant time intervals, the address can be regarded as time t. .. Further, since the Z stage is moving up at a substantially constant speed, it is possible to obtain an approximate value of the Z axis coordinate of the Z stage by performing a primary conversion on the time t (or the address value).
【００４１】図５の例では、キャリブレーション信号Ｓ
１が最大になるときのアドレスが真の合焦点ＺC に対応
するアドレスであり、焦点位置検出信号Ｓ２がＳカーブ
特性の中で０になるときのアドレスが前回のキャリブレ
ーションで設定した合焦点ＺB に対応するアドレスであ
る。なお、基準パターン板８に形成されている格子が位
相格子であるときには、信号Ｓ１は図５（ａ）に一点鎖
線の曲線３９で示すように真の合焦点ＺC で値が最小に
なる。従って、何れの場合でもその信号Ｓ１の凸又は凹
のピークのアドレスから信号Ｓ２のゼロクロス点のアド
レスを差し引いて得られる偏差アドレス量に所定の１次
演算を施すことによりＺ軸座標上の偏差量δＺが求めら
れ、この偏差量δＺが今回のキャリブレーション量とし
て図１のステージコントローラ２０に供給される。ステ
ージコントローラ２０は、Ｚ軸座標が（ＺB ＋δＺ）の
位置での焦点位置検出信号Ｓ２の値が０になるようにオ
フセットの調整を行う。In the example of FIG. 5, the calibration signal S
The address when 1 becomes the maximum is the address corresponding to the true focus point Z C, and the address when the focus position detection signal S2 becomes 0 in the S curve characteristic is the focus point set in the previous calibration. This is the address corresponding to Z B. When the grating formed on the reference pattern plate 8 is a phase grating, the signal S1 has a minimum value at the true focal point Z C , as shown by the dashed-dotted curve 39 in FIG. Therefore, in any case, the deviation address amount obtained by subtracting the address of the zero-cross point of the signal S2 from the address of the convex or concave peak of the signal S1 is subjected to a predetermined primary calculation to obtain the deviation amount on the Z-axis coordinate. δZ is obtained, and this deviation amount δZ is supplied to the stage controller 20 of FIG. 1 as the current calibration amount. The stage controller 20 adjusts the offset so that the value of the focus position detection signal S2 becomes 0 at the position where the Z-axis coordinate is (Z B + δZ).
【００４２】以上はＺステージを略々等速で走査した場
合の例であるが、等速走査でない場合には、図５（ａ）
の信号Ｓ１のピーク位置に対応する焦点位置検出信号Ｓ
２の信号強度Ｓを求める。そして、予め前回の合焦点Ｚ
B の近傍でのＺ軸座標と焦点位置検出信号Ｓ２の信号強
度との関係を求めておけば、信号Ｓ２の信号強度Ｓより
逆に対応するＺステージのＺ座標を算出することがで
き、前回の合焦点ＺB に対する偏差量δＺを算出するこ
とができる。The above is an example of the case where the Z stage is scanned at a substantially constant speed. However, when the Z stage is not a constant speed scanning, FIG.
Position detection signal S corresponding to the peak position of the signal S1 of
The signal strength S of 2 is obtained. And the previous focal point Z
If the relationship between the Z-axis coordinate in the vicinity of B and the signal intensity of the focus position detection signal S2 is obtained, the Z coordinate of the corresponding Z stage can be calculated in reverse from the signal intensity S of the signal S2. The deviation amount δZ from the in-focus point Z B of can be calculated.
【００４３】図５はＺステージを略々等速で走査して時
間軸基準で信号Ｓ１及びＳ２を図４のメモリ３５及び３
７に取り込んだ結果を示しているが、このように時間軸
基準とすると次のような利点がある。即ち、例えばキャ
リブレーション信号Ｓ１を例にとると、図６（ａ）に示
すように、電気的なノイズ又はＺ軸方向の駆動機構の不
安定性等により信号Ｓ１には実際には一種の高周波ノイ
ズが重畳されている。このような高周波ノイズをデジタ
ル的に除去するためには、その信号Ｓ１のサンプリング
パルスＳＰ１（図６（ｂ））の周波数を高くして、得ら
れた信号Ｓ１を例えば所定の間隔ΔＴ毎に平均化するこ
とが考えられる。時間軸基準であれば、図４のタイマー
回路３２の特性を変えるだけで、サンプリングパルスＳ
Ｐ１の周波数はきわめて容易に上げることができ、平均
化により図６（ｃ）に示すような滑らかな信号Ｓ１を得
ることができる。これに対して、Ｚ軸方向の変位を検出
する測長器の測定結果に同期して信号Ｓ１及びＳ２を取
り込む位置基準方式では、サンプリングパルスの周波数
を高めるのは比較的困難であると共に、設定できる周波
数の上限が低い傾向がある。In FIG. 5, the Z stage is scanned at a substantially constant speed and the signals S1 and S2 are read on the basis of the time axis, and the memories 35 and 3 of FIG.
The results taken in are shown in Fig. 7, but there are the following advantages when the time axis is used as a reference. That is, taking the calibration signal S1 as an example, as shown in FIG. 6 (a), the signal S1 is actually a kind of high-frequency noise due to electrical noise or instability of the drive mechanism in the Z-axis direction. Are superimposed. In order to digitally remove such high frequency noise, the frequency of the sampling pulse SP1 (FIG. 6 (b)) of the signal S1 is increased and the obtained signal S1 is averaged, for example, at predetermined intervals ΔT. It is possible that If the time base is used, the sampling pulse S can be changed by simply changing the characteristics of the timer circuit 32 shown in FIG.
The frequency of P1 can be raised very easily, and a smooth signal S1 as shown in FIG. 6C can be obtained by averaging. On the other hand, in the position reference method that captures the signals S1 and S2 in synchronization with the measurement result of the length measuring device that detects the displacement in the Z-axis direction, it is relatively difficult to increase the frequency of the sampling pulse, and the setting The upper limit of the frequency that can be generated tends to be low.
【００４４】ただし、図３のステップ１０４において位
置基準方式で信号Ｓ１及びＳ２を取り込む場合も考えら
れるため、以下ではそのような場合を説明する。このよ
うに位置基準で信号Ｓ１及びＳ２を取り込む場合の信号
処理ユニット１６を信号処理ユニット１６Ａと呼び、こ
の信号処理ユニット１６Ａの構成例を図７に示し、図７
において図１及び図４に対応する部分には同一符号を付
してその詳細説明を省略する。However, since it is possible to take in the signals S1 and S2 by the position reference method in step 104 of FIG. 3, such a case will be described below. The signal processing unit 16 in the case of fetching the signals S1 and S2 on the basis of the position as described above is called a signal processing unit 16A, and a configuration example of the signal processing unit 16A is shown in FIG.
In FIG. 4, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIGS. 1 and 4, and the detailed description thereof will be omitted.
【００４５】図７において、Ｚ軸駆動系２１にはＺステ
ージのＺ軸方向への変位を検出する測長センサが組み込
まれており、この測長センサからはＺステージのＺ軸方
向への変位が所定間隔に達する毎に例えば９０°の位相
差でハイレベル“１”となるアップダウンの２相の位置
パルスが出力され、これら２相の位置パルスはステージ
コントローラ２０に供給される。ステージコントローラ
２０は、２相の位置パルスを積算的に計数してＺステー
ジのＺ軸座標を得ると共に、このＺ軸座標上でのサンプ
リング間隔をｄｚとすると、Ｚ軸座標がｄｚだけ増加す
る毎にハイレベル“１”のパルスとなるサンプリングパ
ルスＳＰ２を生成する。サンプリング間隔ｄｚとして
は、例えばＺ軸座標上の移動の最小単位（例えば０．０
２μｍ）が使用される。In FIG. 7, the Z-axis drive system 21 incorporates a length measuring sensor for detecting the displacement of the Z stage in the Z axis direction. From this length measuring sensor, the displacement of the Z stage in the Z axis direction is performed. Every time a predetermined interval is reached, up-down two-phase position pulses that become high level “1” with a phase difference of 90 ° are output, and these two-phase position pulses are supplied to the stage controller 20. The stage controller 20 cumulatively counts the two-phase position pulses to obtain the Z-axis coordinate of the Z stage, and, assuming that the sampling interval on this Z-axis coordinate is dz, the Z-axis coordinate increases by dz. Then, a sampling pulse SP2 that becomes a high level "1" pulse is generated. The sampling interval dz is, for example, the minimum unit of movement on the Z-axis coordinate (for example, 0.0
2 μm) is used.
【００４６】そのサンプリングパルスＳＰ２を信号処理
ユニット１６Ａ中のカウンタ回路３３の計数パルス入力
端子並びにＡ／Ｄ変換器３４及び３６のサンプリングパ
ルス入力端子に供給する。他の構成は図４と同様であ
り、キャリブレーション信号Ｓ１及び焦点位置検出信号
Ｓ２はサンプリングパルスＳＰ２に同期してそれぞれメ
モリ３５及び３７に書き込まれる。このようにして図７
の回路によれば、ＺステージのＺ軸上での位置を基準と
した信号Ｓ１及びＳ２の取り込みが容易に行われる。Ｚ
軸方向の測長センサとしてもレーザ干渉測長器のような
高分解能且つ高精度の測長センサが使用されているとき
は、このような位置基準のデータの取り込みも有効であ
る。The sampling pulse SP2 is supplied to the counting pulse input terminal of the counter circuit 33 and the sampling pulse input terminals of the A / D converters 34 and 36 in the signal processing unit 16A. Other configurations are the same as those in FIG. 4, and the calibration signal S1 and the focus position detection signal S2 are written in the memories 35 and 37, respectively, in synchronization with the sampling pulse SP2. In this way, FIG.
According to this circuit, the signals S1 and S2 can be easily fetched with reference to the position of the Z stage on the Z axis. Z
When a high-resolution and high-accuracy length measuring sensor such as a laser interferometer is used as the axial length measuring sensor, such position reference data acquisition is also effective.
【００４７】図１に戻り、照射量センサ２４及び環境セ
ンサ２６の使用方法の一例につき説明する。本例では投
影光学系６の結像特性が変化しないとすれば、焦点位置
検出信号Ｓ２のオフセット調整は装置のセットアップ時
等に１度行うのみでよい。しかしながら、実際には照明
光ＩＬの照射量、大気圧、周囲の温度又は湿度等により
投影光学系６によるマスクＭのパターンの結像面の位置
（ベストフォーカス点）は変化する。そこで、本例のメ
イコンピュータ２７はセンサコントロールユニット２５
を介して常時照射量センサ２４及び環境センサ２６の出
力信号をモニターし、投影光学系６の環境状態を検出す
る。この場合、環境状態の変化が所定の閾値以内であれ
ば、予測制御によって焦点位置検出信号Ｓ２のオフセッ
ト値を或る程度変化させることにより、結像面の変動に
追従することも可能である。Returning to FIG. 1, an example of how to use the dose sensor 24 and the environment sensor 26 will be described. In this example, assuming that the imaging characteristics of the projection optical system 6 do not change, the offset adjustment of the focus position detection signal S2 need only be performed once when the apparatus is set up. However, actually, the position (best focus point) of the image plane of the pattern of the mask M by the projection optical system 6 changes depending on the irradiation amount of the illumination light IL, the atmospheric pressure, the ambient temperature or the humidity, and the like. Therefore, the May computer 27 of this example is the sensor control unit 25.
The output signals of the irradiation amount sensor 24 and the environment sensor 26 are constantly monitored via, and the environmental state of the projection optical system 6 is detected. In this case, if the change of the environmental condition is within a predetermined threshold value, it is possible to follow the fluctuation of the image plane by changing the offset value of the focus position detection signal S2 to some extent by the predictive control.
【００４８】しかしながら、大気圧、湿度、温度又は照
射量（露光光吸収によって投影光学系６に蓄積されるエ
ネルギー量）の内の何れか又は複数の量が対応する閾値
を超えたときには、予測制御は不確定になる虞があるの
で、基準パターン板８を投影光学系６のイメージサーク
ル内に移動して信号Ｓ１を用いて信号Ｓ２のオフセット
調整を行う。これにより長期的に安定した合焦ができる
ようになる利点がある。また、オフセット調整によるキ
ャリブレーションを行う時期を的確に指示できるので、
無駄なキャリブレーションを省いてスループットを改善
することができる。さらに１枚のウェハに対する露光動
作中であっても、レチクルを交換することなく焦点位置
検出光学系１７，１８のキャリブレーションを行うこと
ができるので、常に高精度の焦点合わせを行うことがで
きるとともに、キャリブレーションによるスループット
の低下も最小限に抑えることができる。However, when any one or a plurality of the atmospheric pressure, humidity, temperature or irradiation amount (the amount of energy accumulated in the projection optical system 6 due to absorption of exposure light) exceeds a corresponding threshold value, the predictive control is performed. May become uncertain, the reference pattern plate 8 is moved into the image circle of the projection optical system 6 and the offset adjustment of the signal S2 is performed using the signal S1. This has the advantage that stable focusing can be achieved for a long period of time. Also, since you can accurately instruct when to perform calibration by offset adjustment,
Throughput can be improved by eliminating unnecessary calibration. Further, even during the exposure operation for one wafer, the focus position detection optical systems 17 and 18 can be calibrated without exchanging the reticle, so that highly accurate focusing can always be performed. It is also possible to minimize the decrease in throughput due to calibration.
【００４９】次に、図１の信号処理ユニット１６は、マ
スクＭの露光条件に応じて２通りのキャリブレーション
の方法を使い分けているので、その２通りのキャリブレ
ーションの方法について説明する。先ず、図８は図１の
信号処理ユニット１６のキャリブレーション動作を示
し、この図８のステップ１１０において、メインコンピ
ュータ２７はマスクＭに例えばバーコードの形式で付さ
れた情報よりウェハ９上に露光される最小の線幅である
必要線幅を算出する。そして、ステップ１１１において
メインコンピュータは、その必要線幅が投影光学系６の
限界解像力の近傍か否かを判別する。Next, since the signal processing unit 16 of FIG. 1 uses two kinds of calibration methods properly according to the exposure condition of the mask M, the two kinds of calibration methods will be described. First, FIG. 8 shows the calibration operation of the signal processing unit 16 of FIG. 1, and in step 110 of this FIG. 8, the main computer 27 exposes on the wafer 9 from the information attached to the mask M in the form of a bar code, for example. The required line width that is the minimum line width to be calculated is calculated. Then, in step 111, the main computer determines whether or not the required line width is in the vicinity of the limiting resolution of the projection optical system 6.
【００５０】その必要線幅が限界解像力の近傍であると
きには、その必要線幅のパターンを解像することを優先
するため動作はステップ１１２に移行し、メインコンピ
ュータ２７は信号処理ユニット１６にピーク検出法でキ
ャリブレーションを行うように指示する。一方、その必
要線幅が投影光学系６の解像力に比べて太く余裕がある
ときには、動作はステップ１１３に移行する。When the required line width is close to the limit resolution, the operation shifts to step 112 to give priority to the resolution of the pattern of the required line width, and the main computer 27 causes the signal processing unit 16 to detect the peak. Method to calibrate. On the other hand, when the required line width is thicker than the resolution of the projection optical system 6 and has a margin, the operation shifts to step 113.
【００５１】ステップ１１２のピーク検出法につき図９
（ａ）を参照して説明するに、この場合、キャリブレー
ション信号Ｓ１に対応するメモリアドレスはＺ軸座標に
換算されているものとする。そして、ピーク検出法では
キャリブレーション信号Ｓ１が最大値（位相格子の場合
は最小値）になるＺ軸座標ＺC を合焦の目標点（ベスト
フォーカス点）として、このベストフォーカス点と図５
（ｂ）の焦点位置検出信号Ｓ２のゼロクロス点ＺB との
偏差量を求める。従って、投影光学系６は最も解像力の
高い結像面を中心として使用される。FIG. 9 shows the peak detection method in step 112.
As will be described with reference to (a), in this case, it is assumed that the memory address corresponding to the calibration signal S1 is converted into the Z-axis coordinate. Then, in the peak detection method, the Z-axis coordinate Z C at which the calibration signal S1 has the maximum value (the minimum value in the case of a phase grating) is set as the focus target point (best focus point) and the best focus point and FIG.
The deviation amount of the focus position detection signal S2 in (b) from the zero cross point Z B is obtained. Therefore, the projection optical system 6 is used centering on the image plane having the highest resolution.
【００５２】次に、ステップ１１３においては、メイン
コンピュータ２７はその必要線幅に対応する投影光学系
６の焦点深度の幅（フォーカスマージン）ΔＦを求め、
このフォーカスマージンΔＦの情報を信号処理ユニット
１６に供給する。続いてメインコンピュータ２７はステ
ップ１１４で信号処理ユニット１６にスライス中点法で
キャリブレーションを行うように指示する。このスライ
ス中点法につき図９（ｂ）を参照して説明するに、先ず
信号処理ユニット１６は、得られたキャリブレーション
信号Ｓ１をＺ軸座標上にプロットし、所定のスライスレ
ベルの直線とその信号Ｓ１との２個の交点を求め、これ
ら２個の交点のＺ軸上の間隔を求める。そして、その２
個の交点の間隔がフォーカスマージンΔＦに合致すると
きのスライスレベルＳＬを求め、スライスレベルＳＬの
直線と信号Ｓ１との２個の交点の中点のＺ軸座標Ｚ1 を
合焦の目標点（ベストフォーカス点）とする。このベス
トフォーカス点と図５（ｂ）の焦点位置検出信号Ｓ２の
ゼロクロス点ＺB との偏差量が求められる。Next, at step 113, the main computer 27 obtains the width (focus margin) ΔF of the depth of focus of the projection optical system 6 corresponding to the required line width,
Information on the focus margin ΔF is supplied to the signal processing unit 16. Subsequently, the main computer 27 instructs the signal processing unit 16 to perform calibration by the slice midpoint method in step 114. The slice midpoint method will be described with reference to FIG. 9B. First, the signal processing unit 16 plots the obtained calibration signal S1 on the Z-axis coordinate, and a straight line of a predetermined slice level and its Two intersections with the signal S1 are obtained, and the distance between these two intersections on the Z axis is obtained. And that 2
The slice level SL when the distance between the intersections matches the focus margin ΔF is determined, and the Z-axis coordinate Z 1 of the midpoint of the two intersections of the straight line of the slice level SL and the signal S1 is set as the focus target point ( Best focus point). The amount of deviation between this best focus point and the zero cross point Z B of the focus position detection signal S2 in FIG. 5B is obtained.
【００５３】そのキャリブレーション信号Ｓ１がピーク
点を中心としてＺ軸上で線対称であるとすると、ピーク
検出法で求めたベストフォーカス点ＺC とスライス中点
法で求めたベストフォーカス点Ｚ1 とは一致する。しか
しながら、キャリブレーション信号Ｓ１はピーク点を中
心として非対称であるため、ベストフォーカス点ＺCと
ベストフォーカス点Ｚ1 との間には偏差ΔＺC が存在す
る。従って、ピーク検出法とはフォーカスマージンを多
少犠牲にしても投影光学系６の解像力を最大限に活かす
キャリブレーション法であり、スライス検出法とは投影
光学系６の解像力を多少犠牲にしてもフォーカスマージ
ンをできるだけ広くするキャリブレーション法であると
いうことができる。本例ではこれら２通りのキャリブレ
ーションを使い分けているので、種々の露光条件のマス
クＭに対応することができる。Assuming that the calibration signal S1 is line-symmetric on the Z-axis with the peak point as the center, the best focus point Z C obtained by the peak detection method and the best focus point Z 1 obtained by the slice midpoint method are obtained. Match. However, since the calibration signal S1 is asymmetrical about the peak point, there is a deviation ΔZ C between the best focus point Z C and the best focus point Z 1 . Therefore, the peak detection method is a calibration method that maximizes the resolving power of the projection optical system 6 even if the focus margin is sacrificed to some extent. It can be said that this is a calibration method that makes the margin as wide as possible. In the present example, these two types of calibration are used properly, so that it is possible to deal with the mask M under various exposure conditions.
【００５４】なお、上述実施例の基準パターン板８上に
形成されている回折格子は、図２に示すように種々の方
向の格子が混在しているので、マスクＭ上のマスクパタ
ーンに方向性があるような場合でも良好なキャリブレー
ション信号Ｓ１を得ることができると共に、非点収差も
検出することができる。また、その基準パターン８上に
位相型の回折格子を形成する場合には、例えば隣合うラ
インの位相差がそれぞれ１／４波長になるようにする。
このようにして基準パターン８を下方から照明すると、
発生する±１次の回折光は０次光に比べて位相が１／４
波長だけずれている。これらの光線がマスクＭのパター
ン領域ＰＡで反射されて再び基準パターン板８に戻って
来ると、±１次光の更なる±１次光が０次光と同じ光路
を通って戻る。その更なる±１次光は位相が更に１／４
波長だけずれるので、全体として０次光に対して位相が
１／２波長ずれている。従って、その基準パターン板８
の回折格子形成面が投影光学系６に合焦しているときに
は、０次光と±１次光とが打ち消し合って受光強度は最
小になる。また、その基準パターン板８の回折格子形成
面が投影光学系６の焦点面から外れているときには、０
次光と±１次光との位相差が１／２波長にならないため
受光強度は大きくなる。Since the diffraction grating formed on the reference pattern plate 8 of the above-described embodiment has a mixture of gratings of various directions as shown in FIG. 2, the mask pattern on the mask M has directivity. Even in such a case, a good calibration signal S1 can be obtained, and astigmatism can be detected. When a phase type diffraction grating is formed on the reference pattern 8, for example, the phase difference between adjacent lines is set to 1/4 wavelength.
When the reference pattern 8 is illuminated from below in this way,
The ± 1st-order diffracted light that is generated has a phase 1/4 that of the 0th-order light.
It is shifted by the wavelength. When these light rays are reflected by the pattern area PA of the mask M and returned to the reference pattern plate 8 again, further ± first-order light of the ± first-order light returns through the same optical path as the zero-order light. The phase of the further ± 1st order light is further 1/4.
Since the wavelengths are shifted, the phase is shifted by 1/2 wavelength with respect to the 0th-order light as a whole. Therefore, the reference pattern plate 8
When the surface on which the diffraction grating is formed is focused on the projection optical system 6, the 0th-order light and the ± 1st-order lights cancel each other, and the received light intensity becomes minimum. When the diffraction grating formation surface of the reference pattern plate 8 is out of the focal plane of the projection optical system 6, 0
Since the phase difference between the secondary light and the ± first-order light does not become 1/2 wavelength, the received light intensity increases.
【００５５】また、図２の基準パターン板８の振幅型の
回折格子２８Ａ〜２８Ｄを、例えばマトリックス状に配
置されたＥＣＤ（エレクトロクロミックデバイス）、液
晶素子等により構成してもよい。そのマトリックスを構
成する各微小素子の印加電圧を制御することにより、種
々の格子パターンを形成することができる。例えばウェ
ハに転写されるパターンの微細度（ピッチ、周期性）や
形状と同一条件となるようにＥＣＤ等によって格子パタ
ーンを形成してもよい。The amplitude type diffraction gratings 28A to 28D of the reference pattern plate 8 shown in FIG. 2 may be composed of ECDs (electrochromic devices) arranged in a matrix, liquid crystal elements, or the like. Various lattice patterns can be formed by controlling the voltage applied to each of the minute elements forming the matrix. For example, the grid pattern may be formed by ECD or the like so that the fineness (pitch, periodicity) and shape of the pattern transferred to the wafer are the same.
【００５６】以上の実施例では焦点位置検出光学系１
７、１８のキャリブレーションについて説明したが、基
準パターン８及び合焦状態検出手段（１０〜１５）を用
いて、投影光学系６のイメージフィールド内の複数点の
各々での合焦点（ベストフォーカス位置）を求め、これ
らの計測値から投影光学系６の最良結像面を算出する。
しかる後、ウェハ表面の傾きを検出するためのレベリン
グ用光学系において上記算出された最良結像面が零点基
準となるように、当該光学系からの検出信号に対して光
学的または電気的にオフセットを与えることによってキ
ャリブレーションを行うようにしても良い。これによっ
て、常に投影光学系６の最良結像面とウェハ（ショット
領域）表面とを正確に一致させることが可能となる。
尚、キャリブレーション方法としては、光電センサとし
て用いられる４分割受光素子の中心にウェハからの反射
光束が集光するように上記光学系の光路中に設けられた
プレーンパラレルを傾ける光学的な方式等がある。ま
た、ウェハ表面でのレベリング用光学系による傾き検出
領域は、当該光学系中に配置された可変視野絞り等によ
って、ウェハ上の１つのショット領域の大きさ、形状と
等しくなるように定められている。In the above embodiment, the focus position detecting optical system 1
The calibration of Nos. 7 and 18 has been described, but by using the reference pattern 8 and the focus state detection means (10 to 15), the focus points (best focus position) at each of a plurality of points in the image field of the projection optical system 6 are described. ) Is calculated, and the best imaging plane of the projection optical system 6 is calculated from these measured values.
After that, in the leveling optical system for detecting the inclination of the wafer surface, an optical or electrical offset is applied to the detection signal from the optical system so that the calculated best image plane becomes the zero point reference. The calibration may be performed by giving. As a result, the best image plane of the projection optical system 6 and the wafer (shot area) surface can always be accurately matched.
As a calibration method, an optical method in which a plane parallel provided in the optical path of the above optical system is tilted so that the reflected light beam from the wafer is condensed at the center of the four-division light receiving element used as a photoelectric sensor, etc. There is. Further, the tilt detection area on the wafer surface by the leveling optical system is set to be equal to the size and shape of one shot area on the wafer by a variable field stop or the like arranged in the optical system. There is.
【００５７】また、レベリング用光学系としてはコリメ
ータ型に限定されるものではなく、例えば投影光学系６
のイメージフィールド内の予め定められた複数点の各々
において、ウェハ９の投影光学系６の光軸方向（Ｚ軸方
向）の位置を検出可能な光学系（以下、表面位置検出光
学系と呼ぶ）を用いても良く、当該光学系を採用する場
合には上記実施例における焦点位置検出光学系とレベリ
ング用光学系の両方の機能を持たせることができるとい
った利点がある。表面位置検出光学系としては、焦点位
置検出光学系１７、１８を複数個配置する方法、あるい
はウェハ表面（投影光学系６のイメージフィールドの範
囲内）に長大スリットを１本ないし複数本形成し、１次
元または２次元のラインセンサ等によってこのスリット
像を複数に分割して受光する方式（検出原理は焦点位置
検出光学系１７、１８と同じ）等がある。表面位置検出
光学系を採用する場合は、投影光学系６のイメージフィ
ールド内における当該光学系の複数の測定点と合焦状態
検出手段（１０〜１５）による合焦点の複数の検出点と
を一致させておくことが望ましい。尚、投影光学系６の
イメージフィールド相当領域内に、例えば表面位置検出
手段における複数の検出点に対応して複数の基準パター
ン８を形成しておけば、複数点での合焦点（ベストフォ
ーカス位置）を検出するにあたってＸＹθステージを移
動させる必要がなく計測時間が短縮できる。このとき、
複数の基準パターン８の各々に対応して、合焦状態検出
手段（１０〜１５）のうち少なくとも光電センサ１４を
複数個設けておく必要がある。なお、本発明は上述実施
例に限定されず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
構成を取り得ることは勿論である。The leveling optical system is not limited to the collimator type, and for example, the projection optical system 6
An optical system capable of detecting the position of the wafer 9 in the optical axis direction (Z-axis direction) at each of a plurality of predetermined points in the image field (hereinafter referred to as a surface position detection optical system). May be used, and when the optical system is adopted, there is an advantage that both functions of the focus position detection optical system and the leveling optical system in the above-described embodiment can be provided. As the surface position detection optical system, a method of arranging a plurality of focus position detection optical systems 17 and 18 or one or a plurality of long slits is formed on the wafer surface (within the image field range of the projection optical system 6). There is a method of dividing the slit image into a plurality of light beams by a one-dimensional or two-dimensional line sensor or the like (the principle of detection is the same as that of the focus position detection optical systems 17 and 18). When the surface position detection optical system is adopted, a plurality of measurement points of the optical system in the image field of the projection optical system 6 and a plurality of focus points of the focus state detection means (10 to 15) coincide with each other. It is desirable to leave it. If a plurality of reference patterns 8 are formed in the area corresponding to the image field of the projection optical system 6 corresponding to a plurality of detection points in the surface position detecting means, the focus points at the plurality of points (best focus position) ), It is not necessary to move the XYθ stage, and the measurement time can be shortened. At this time,
It is necessary to provide at least a plurality of photoelectric sensors 14 among the focus state detecting means (10 to 15) corresponding to each of the plurality of reference patterns 8. It should be noted that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
【００５８】[0058]
【発明の効果】本発明によれば、随時基準パターン板を
投影光学系のイメージサークル内に移動させて直接方式
で得た第１の検出信号より合焦点を求め、この合焦点に
合わせて間接方式で得た第２の検出信号のオフセットの
調整を行うことができるので、間接方式で合焦を行う場
合に計測手段のキャリブレーションを容易且つ迅速に実
行できる利点がある。According to the present invention, the reference pattern plate is moved within the image circle of the projection optical system at any time to obtain the in-focus point from the first detection signal obtained by the direct method, and the in-focus point is indirectly adjusted in accordance with the in-focus point. Since the offset of the second detection signal obtained by the method can be adjusted, there is an advantage that the measuring means can be easily and quickly calibrated when focusing is performed by the indirect method.
【００５９】また、校正手段が時間基準で第１の検出信
号及び第２の検出信号を取り込むようにした場合には、
サンプリング数を増加させて検出信号を容易に平均化す
ることができるので、より安定なキャリブレーションを
行うことができる。ただし、例えば投影光学系の光軸方
向へのステージの移動量を高分解能且つ高精度で測定で
きる測長センサが組み込まれているような場合には、そ
の校正手段は位置基準で第１の検出信号及び第２の検出
信号を取り込んでもよい。When the calibration means fetches the first detection signal and the second detection signal on the time base,
Since the detection signals can be easily averaged by increasing the number of samplings, more stable calibration can be performed. However, for example, when a length measuring sensor capable of measuring the movement amount of the stage in the optical axis direction of the projection optical system with high resolution and high accuracy is incorporated, the calibration means uses the position detection as the first detection. The signal and the second detection signal may be captured.
【００６０】そして、ステージを投影光学系の光軸に垂
直な面内で微小量変位させてからステージをその投影光
学系の光軸の方向に移動させて第１の検出信号を複数回
取り込むようにした場合には、その第１の検出信号を平
均化することにより、マスクパターンの影響を排除する
ことができる。また、投影光学系の周囲の環境状態に所
定の変化が生じたときに第２の検出信号のキャリブレー
ションを行うようにした場合には、無駄なキャリブレー
ションを省きスループットの低下を防止できる利点があ
る。更に、第１の検出信号のピークを合焦点とする第１
の校正方法と、第１の検出信号の２つのレベルの中点を
合焦点とする第２の校正方法とを使い分けるようにした
場合には、マスクパターンの露光条件に応じて最適なキ
ャリブレーションを行うことができる。Then, the stage is displaced by a small amount in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system, and then the stage is moved in the direction of the optical axis of the projection optical system to capture the first detection signal a plurality of times. In this case, the influence of the mask pattern can be eliminated by averaging the first detection signal. Further, when the second detection signal is calibrated when a predetermined change occurs in the environmental condition around the projection optical system, there is an advantage that unnecessary calibration can be omitted and a decrease in throughput can be prevented. is there. Furthermore, the first detection signal with the peak of the first detection signal as the focal point
When the calibration method of 1) and the second calibration method in which the midpoint between the two levels of the first detection signal is used as the focal point are used properly, the optimum calibration is performed according to the exposure conditions of the mask pattern. It can be carried out.
【図１】本発明による投影露光装置の一実施例の全体の
構成を示す一部断面図を含む構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram including a partial sectional view showing the overall configuration of an embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention.
【図２】実施例の基準パターン板８の回折格子のパター
ンを示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a pattern of a diffraction grating of a reference pattern plate 8 of an example.
【図３】実施例で焦点位置検出信号Ｓ２のキャリブレー
ションを行う場合の全体の動作を示すフローチャートで
ある。FIG. 3 is a flowchart showing an entire operation when a focus position detection signal S2 is calibrated in the embodiment.
【図４】実施例の信号処理ユニット１６の構成例を示す
ブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of a signal processing unit 16 of the embodiment.
【図５】時間基準で取り込まれたキャリブレーション信
号Ｓ１及び焦点位置検出信号Ｓ２を示す波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram showing a calibration signal S1 and a focus position detection signal S2 captured on a time basis.
【図６】時間基準でキャリブレーション信号Ｓ１を取り
込む場合の説明に供する波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram for explaining a case where a calibration signal S1 is taken in on a time basis.
【図７】実施例の信号処理ユニット１６の他の構成例を
示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing another configuration example of the signal processing unit 16 of the embodiment.
【図８】ピーク検出法とスライス中点法とを使い分ける
場合の動作を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing an operation when the peak detection method and the slice midpoint method are selectively used.
【図９】（ａ）は中点法で求めた合焦点の説明に供する
波形図、（ｂ）はスライス中点法で求めた合焦点の説明
に供する波形図である。9A is a waveform diagram for explaining a focus point obtained by the midpoint method, and FIG. 9B is a waveform diagram for explaining a focus point obtained by the slice midpoint method.
Ｓ１ キャリブレーション信号 Ｓ２ 焦点位置検出信号 Ｍ マスク ６ 投影光学系 ７ ウェハステージ ８ 基準パターン板 ９ ウェハ １０ 照明光源 １１ ライトガイド １４ 光電センサ １６ 信号処理ユニット １７ 光源 １８ 光電センサ １９ アナログ信号処理回路 ２０ ステージコントローラ ２１ Ｚ軸駆動系 ２２ ＸＹθ駆動系 ２４ 照射量センサ ２５ センサコントロールユニット ２６ 環境センサ ２８Ａ〜２８Ｄ 回折格子 S1 Calibration signal S2 Focus position detection signal M Mask 6 Projection optical system 7 Wafer stage 8 Reference pattern plate 9 Wafer 10 Illumination light source 11 Light guide 14 Photoelectric sensor 16 Signal processing unit 17 Light source 18 Photoelectric sensor 19 Analog signal processing circuit 20 Stage controller 21 Z-axis drive system 22 XYθ drive system 24 Dose sensor 25 Sensor control unit 26 Environment sensor 28A to 28D Diffraction grating
Claims (6)
投影光学系を介してステージ上の感光基板に転写する露
光装置において、 前記感光基板の感光面とほぼ同一の面内に設置された基
準パターンと、 この基準パターンの下面より前記露光光の波長と同一又
は近傍の波長の照明光でこの基準パターンを照明する照
明手段と、 前記基準パターンを透過して前記投影光学系を介して前
記マスクのパターン面に照射され、該パターン面から反
射されて前記投影光学系及び前記基準パターンを介して
戻された光束を受光して、前記基準パターンの合焦状態
を示す第１の検出信号を出力する合焦状態検出手段と、 前記投影光学系に対して固定された光束を用いて前記感
光基板の前記投影光学系の光軸方向の位置に応じて変化
する第２の検出信号を得る焦点位置検出手段と、 この第２の検出信号が所定の擬似合焦レベルになるよう
に前記ステージの前記投影光学系の光軸方向の位置決め
を行う合焦手段と、 前記ステージを前記投影光学系の光軸方向に移動させた
ときに得られる前記第１の検出信号に基づいて、前記第
２の検出信号または擬似合焦レベルのオフセットを調整
する校正手段とを具備する事を特徴とする投影露光装
置。1. An exposure apparatus for transferring a mask pattern onto a photosensitive substrate on a stage through a projection optical system by using a predetermined exposure light, wherein a reference provided in substantially the same plane as the photosensitive surface of the photosensitive substrate. A pattern, an illuminating unit that illuminates the reference pattern with illumination light having a wavelength that is the same as or near the wavelength of the exposure light from the lower surface of the reference pattern; and the mask that transmits the reference pattern and passes through the projection optical system. Of the light beam that has been irradiated onto the pattern surface, reflected from the pattern surface, and returned through the projection optical system and the reference pattern, and outputs a first detection signal indicating the focused state of the reference pattern. And a second detection signal that changes according to the position of the photosensitive substrate in the optical axis direction of the projection optical system, using the focusing state detection means and the light flux fixed with respect to the projection optical system. Point position detection means, focusing means for positioning the stage in the optical axis direction of the projection optical system so that the second detection signal has a predetermined pseudo focus level, and the stage for the projection optical system. Projection means for adjusting the second detection signal or the offset of the pseudo focusing level based on the first detection signal obtained when the optical axis direction is moved. Exposure equipment.
影光学系の光軸方向に移動しているときに、一定の時間
間隔で生成されるサンプリングパルスに同期して前記第
１の検出信号及び第２の検出信号を記憶手段に書き込む
事を特徴とする請求項１記載の投影露光装置。2. The calibration means synchronizes the first detection signal and the first detection signal in synchronization with a sampling pulse generated at constant time intervals while the stage is moving in the optical axis direction of the projection optical system. 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the second detection signal is written in the storage means.
影光学系の光軸方向に移動しているときに、前記ステー
ジの移動量が一定間隔に達する毎に生成されるサンプリ
ングパルスに同期して前記第１の検出信号及び第２の検
出信号を記憶手段に書き込む事を特徴とする請求項１記
載の投影露光装置。3. The calibration means synchronizes with a sampling pulse generated every time the movement amount of the stage reaches a constant interval while the stage is moving in the optical axis direction of the projection optical system. 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the first detection signal and the second detection signal are written in a storage means.
影光学系の光軸に垂直な面内で微小量変位させて前記ス
テージを前記投影光学系の光軸方向に移動させて前記第
１の検出信号を複数回取り込み、これら複数回取り込ま
れた前記第１の検出信号を平均化して得られた信号に基
づいて、前記第２の検出信号のオフセットを調整する事
を特徴とする請求項１記載の投影露光装置。4. The calibration means displaces the stage by a small amount in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system to move the stage in the optical axis direction of the projection optical system to move the first optical system. The offset of the second detection signal is adjusted based on a signal obtained by capturing a detection signal a plurality of times and averaging the first detection signals captured a plurality of times. The projection exposure apparatus described.
状態を計測する環境状態計測手段と、 この計測された環境状態に所定の変化が生じたときに、
前記校正手段を動作させて前記第２の検出信号または擬
似合焦レベルのオフセットを再調整する制御手段とを設
けた事を特徴とする投影露光装置。5. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein an environmental condition measuring means for measuring an environmental condition such as atmospheric pressure, temperature or humidity around the projection optical system, and a predetermined environmental condition for the measured environmental condition. When a change occurs,
A projection exposure apparatus comprising: a control unit that operates the calibration unit to readjust the second detection signal or the pseudo focus level offset.
において、 前記校正手段は、前記第１の検出信号の最大値又は最小
値が得られる位置を合焦位置とする第１の校正方法と、 前記第１の検出信号を所定のレベルでスライスし、この
スライスにより得られた前記第１の検出信号の２つのレ
ベルが得られる位置の中央の位置を合焦位置とする第２
の校正方法とを有し、 前記感光基板の露光条件に応じて前記第１の校正方法と
第２の校正方法とを使い分ける事を特徴とする投影露光
装置。6. The projection exposure apparatus according to claim 1, 2 or 3, wherein the calibration means sets a position where a maximum value or a minimum value of the first detection signal is obtained as a focus position. A second method in which the first detection signal is sliced at a predetermined level, and the center position of the positions where the two levels of the first detection signal obtained by this slicing are obtained is the in-focus position.
And a calibration method, wherein the first calibration method and the second calibration method are used properly according to the exposure conditions of the photosensitive substrate.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35006991A JP3316830B2 (en) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | Exposure method and apparatus |
| US08/115,517 US5424552A (en) | 1991-07-09 | 1993-09-02 | Projection exposing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35006991A JP3316830B2 (en) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | Exposure method and apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05160003A true JPH05160003A (en) | 1993-06-25 |
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Family
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|---|---|---|---|
| JP35006991A Expired - Fee Related JP3316830B2 (en) | 1991-07-09 | 1991-12-10 | Exposure method and apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3316830B2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6151102A (en) * | 1996-04-09 | 2000-11-21 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus |
| KR20020073093A (en) * | 2001-03-12 | 2002-09-19 | 닛뽕덴끼 가부시끼가이샤 | Shot configuration measuring mark and transfer error detection method using the same |
| WO2005124834A1 (en) * | 2004-06-22 | 2005-12-29 | Nikon Corporation | Best focus detecting method, exposure method and exposure equipment |
| JP2007103882A (en) * | 2005-10-07 | 2007-04-19 | Canon Inc | Exposure device and manufacturing method of device utilizing it |
| JP2008160107A (en) * | 2006-12-20 | 2008-07-10 | Asml Netherlands Bv | Method and equipment for inspection, lithographic apparatus, lithographic processing cell, and device manufacturing method |
| WO2009028157A1 (en) * | 2007-08-24 | 2009-03-05 | Nikon Corporation | Moving body driving method, moving body driving system, pattern forming method, and pattern forming device |
-
1991
- 1991-12-10 JP JP35006991A patent/JP3316830B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6151102A (en) * | 1996-04-09 | 2000-11-21 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus |
| US6654097B1 (en) | 1996-04-09 | 2003-11-25 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus |
| KR20020073093A (en) * | 2001-03-12 | 2002-09-19 | 닛뽕덴끼 가부시끼가이샤 | Shot configuration measuring mark and transfer error detection method using the same |
| WO2005124834A1 (en) * | 2004-06-22 | 2005-12-29 | Nikon Corporation | Best focus detecting method, exposure method and exposure equipment |
| JPWO2005124834A1 (en) * | 2004-06-22 | 2008-04-17 | 株式会社ニコン | Best focus detection method, exposure method, and exposure apparatus |
| US7566893B2 (en) | 2004-06-22 | 2009-07-28 | Nikon Corporation | Best focus detection method, exposure method, and exposure apparatus |
| JP4873242B2 (en) * | 2004-06-22 | 2012-02-08 | 株式会社ニコン | Best focus detection method, exposure method, and exposure apparatus |
| JP2007103882A (en) * | 2005-10-07 | 2007-04-19 | Canon Inc | Exposure device and manufacturing method of device utilizing it |
| JP2008160107A (en) * | 2006-12-20 | 2008-07-10 | Asml Netherlands Bv | Method and equipment for inspection, lithographic apparatus, lithographic processing cell, and device manufacturing method |
| WO2009028157A1 (en) * | 2007-08-24 | 2009-03-05 | Nikon Corporation | Moving body driving method, moving body driving system, pattern forming method, and pattern forming device |
| US8085385B2 (en) | 2007-08-24 | 2011-12-27 | Nikon Corporation | Movable body drive method and movable body drive system, and pattern formation method and pattern formation apparatus |
| US8792086B2 (en) | 2007-08-24 | 2014-07-29 | Nikon Corporation | Movable body drive method and movable body drive system, and pattern formation method and pattern formation apparatus |
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