JPH09283421A - Projection aligner - Google Patents

Projection aligner

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JPH09283421A
JPH09283421A JP8111991A JP11199196A JPH09283421A JP H09283421 A JPH09283421 A JP H09283421A JP 8111991 A JP8111991 A JP 8111991A JP 11199196 A JP11199196 A JP 11199196A JP H09283421 A JPH09283421 A JP H09283421A
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mark
opening
optical system
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projection
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Takechika Nishi
健爾 西
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • G03F9/7026—Focusing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection aligner which enables measurement of a focal position of a mask and a photosensitive substrate with high precision. SOLUTION: This device includes: a focus measurement mark 100 formed on a mask 12; an aperture portion formed on a stage 3 for transmitting an exposure light illuminated via a projection optical system 11; scanning means 2 for relatively scanning the aperture portion and an image of the mark 100 passed through the projection optical system 11; and moving means for moving the stage 3 in the direction of optical axis of the projection optical system 11. On the basis of a change in the quantity of light passed through the aperture portion due to the relative scanning and the movement of the stage 3 in the direction of optical axis, the focal position of the projection optical system 11 is detected by detection means 24, 26.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ、液
晶基板等の製造に使用される投影露光装置に関し、特
に、マスク上のパターンを感光基板上に転写する際のマ
スクと感光基板の合焦位置の計測技術に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus used for manufacturing ICs, LSIs, liquid crystal substrates and the like, and more particularly to a combination of a mask and a photosensitive substrate when transferring a pattern on the mask onto the photosensitive substrate. The present invention relates to a technique for measuring a focal position.

【０００２】[0002]

【背景技術】近年、半導体デバイスの高集積化に伴い、
投影露光装置においてはマスクパターンの更なる微細化
が要求されてきている。マスクパターンの微細化を図る
ためには、投影光学系を介したマスクパターンの像の合
焦精度の更なる向上が必須である。すなわち、感光基板
の露光面を投影光学系の結像面の焦点深度内に正確に位
置決めする必要がある。このような要求に応えるべく、
従来より種々の方法が提案されている。例えば、投影光
学系に対するステージ（感光基板）の高さを計測する計
測手段を設け、この計測手段の原点を基準に感光基板の
露光面の位置合わせを行う。この場合、基板ステージ上
に設けた基準プレート面（基準面）におけるマスクパタ
ーンの像の合焦点を予め計測しておき、この合焦点に計
測手段の原点を合わせておく。BACKGROUND ART With the recent increase in the integration of semiconductor devices,
Further miniaturization of the mask pattern is required in the projection exposure apparatus. In order to miniaturize the mask pattern, it is essential to further improve the focusing accuracy of the image of the mask pattern through the projection optical system. That is, it is necessary to accurately position the exposure surface of the photosensitive substrate within the depth of focus of the image plane of the projection optical system. To meet such demands,
Conventionally, various methods have been proposed. For example, a measuring unit that measures the height of the stage (photosensitive substrate) with respect to the projection optical system is provided, and the exposure surface of the photosensitive substrate is aligned with the origin of the measuring unit as a reference. In this case, the focal point of the image of the mask pattern on the reference plate surface (reference surface) provided on the substrate stage is measured in advance, and the origin of the measuring means is adjusted to this focal point.

【０００３】上記のような方法においては、露光装置の
環境の変化、使用するマスクの種類、又は経時変化に起
因する投影光学系の結像特性の変化等により計測手段の
原点と、投影光学系の実際の合焦点との間にずれが生じ
る。そこで、ある一定のタイミング毎に、計測手段の原
点の再調整、即ちキャリブレーションを行う必要があ
る。このような計測手段の原点のキャリブレーションを
行う方法の１つが、特開平５−１６０００３号公報に開
示されている。この発明においては、基板ステージ上の
基準プレートから発光した光を投影光学系を介してマス
ク面に導き、そこで反射した戻り光を発光部にて受光し
た時の透過光量を検出する。そして、検出された透過光
量に基づいて、基準プレート（基板）の合焦状態を計測
するようになっている。In the above method, the origin of the measuring means and the projection optical system are changed by the change of the environment of the exposure apparatus, the type of mask used, or the change of the image forming characteristic of the projection optical system due to the change over time. There is a deviation from the actual focus point of. Therefore, it is necessary to perform readjustment of the origin of the measuring means, that is, calibration, at every certain timing. One method for calibrating the origin of such measuring means is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-160003. In the present invention, the light emitted from the reference plate on the substrate stage is guided to the mask surface via the projection optical system, and the amount of transmitted light when the return light reflected there is received by the light emitting section is detected. Then, the focus state of the reference plate (substrate) is measured based on the detected amount of transmitted light.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の技
術においては、露光用とアライメント用（焦点位置計測
用）とで照明系が異なり、露光と異なる条件でフォーカ
ス計測をすることとなり、計測誤差が生じてしまう。ま
た、基準プレート上に配置されるマークの幅には製造限
界があり、マスク上での最小線幅を用いた計測は殆ど不
可能であった。このため、例えば、マークとして基準プ
レート状に形成されたＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペー
ス）マークを使用した場合に、マスク上での最小線幅の
マーク（Ｌ／Ｓマーク）と基準板上のＬ／Ｓマークとの
間のＬ／Ｓ線幅差によるフォーカス・オフセットが生じ
てしまう。In the conventional technique as described above, the illumination system is different for exposure and alignment (for focus position measurement), and focus measurement is performed under conditions different from exposure. There will be an error. In addition, there is a manufacturing limit in the width of the mark arranged on the reference plate, and it is almost impossible to perform measurement using the minimum line width on the mask. Therefore, for example, when an L / S (line and space) mark formed in the shape of a reference plate is used as the mark, the mark having the minimum line width (L / S mark) on the mask and the reference plate are used. The focus offset occurs due to the difference in the L / S line width between the L / S mark and the L / S mark.

【０００５】本発明は上記のような状況に鑑みてなされ
たものであり、マスクと感光基板の焦点位置の計測を高
精度で行い得る投影露光装置を提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above situation, and it is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus capable of measuring the focal positions of a mask and a photosensitive substrate with high accuracy.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、露光用の光を所定パターンが形成された
マスクに照明する照明系と、マスク上のパターンの像を
ステージ上に配置された感光基板に投影転写する投影光
学系とを有する投影露光装置において、マスク上に形成
されたフォーカス計測用のマークと；ステージ上に形成
され、投影光学系を介して照明される露光光を透過する
開口部と；開口部とマークの投影光学系を介した像とを
相対走査する走査手段と；ステージを投影光学系の光軸
方向に移動させる移動手段と；相対走査及びステージの
光軸方向への移動によって生じる、開口部を透過する光
の光量変化に基づいて投影光学系の焦点位置を検出する
検出手段とを備えている。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an illumination system for irradiating a mask on which a predetermined pattern is formed with exposure light, and an image of the pattern on the mask on a stage. In a projection exposure apparatus having a projection optical system for projecting and transferring to a photosensitive substrate arranged, a focus measurement mark formed on a mask; exposure light formed on a stage and illuminated through the projection optical system An opening that transmits the light; scanning means for relatively scanning the opening and the image of the mark through the projection optical system; moving means for moving the stage in the optical axis direction of the projection optical system; relative scanning and stage light And a detection unit that detects the focus position of the projection optical system based on a change in the amount of light that passes through the opening caused by the movement in the axial direction.

【０００７】マスク上に形成されるフォーカス計測用の
マークとしては、格子状の複数のＬ／Ｓ（ライン・アン
ド・スペース）マークを使用することができる。この
時、これらのマークは相対走査の方向と平行に１列に配
置され、各Ｌ／Ｓマークの像の間隔は開口部よりも広く
設定することが望ましい。更に、各Ｌ／Ｓマークは、相
対走査の方向に対して所定角度だけ傾斜して配置し、開
口部は所定角度だけ傾斜したエッジ部分を有するように
構成しても良い。As the focus measurement marks formed on the mask, a plurality of L / S (line and space) marks in a grid pattern can be used. At this time, it is desirable that these marks are arranged in one line in parallel with the relative scanning direction, and the image interval of each L / S mark is set wider than that of the opening. Further, each L / S mark may be arranged so as to be inclined by a predetermined angle with respect to the direction of relative scanning, and the opening may have an edge portion inclined by a predetermined angle.

【０００８】検出手段としては、マークの像と開口部と
を１方向に相対走査することによって、当該走査の方向
及びこれと直交する方向の焦点位置をそれぞれ求め、こ
れら直交する両方向の焦点位置から適正焦点位置を求め
るような構成とすることができる。As the detecting means, the image of the mark and the opening are relatively scanned in one direction to obtain the focal positions in the scanning direction and the direction orthogonal thereto, and from the focal positions in both orthogonal directions. The configuration may be such that the proper focus position is obtained.

【０００９】[0009]

【作用及び効果】上述したように、本発明においては、
フォーカス計測用のマークをマスク上に形成すると共
に、ステージ上に形成された開口部の投影光学系の光軸
方向の位置を変化させながら、当該開口部とマークの投
影光学系を介した像とを相対走査させる構成であるた
め、実際の露光と同じ照明系でフォーカス計測を行うこ
とができ、照明系の違いによる計測誤差が生じることが
ない。また、基準となるマークをマスク上にパターンと
して形成するため、露光用の回路パターンと同程度の線
幅でマークを形成できる。すなわち、マスク上の最小線
幅で設計されたＬ／Ｓマーク（基板上でＡｒＦエキシマ
レーザ使用時に約０．１５μm 、ＫｒＦエキシマレーザ
使用時に約０．２μm ）に対するフォーカス条件を設定
できるので、マスク上のＬ／Ｓマークと基準プレート上
のＬ／Ｓマークとの間のＬ／Ｓ線幅差によるフォーカス
・オフセットが生じることがない。As described above, in the present invention,
While forming a mark for focus measurement on the mask and changing the position of the opening formed on the stage in the optical axis direction of the projection optical system, an image of the opening and the mark through the projection optical system is formed. Since it is configured to perform relative scanning, the focus measurement can be performed with the same illumination system as the actual exposure, and a measurement error due to a difference in illumination system does not occur. Further, since the reference mark is formed as a pattern on the mask, the mark can be formed with a line width that is approximately the same as the circuit pattern for exposure. In other words, the focus condition for the L / S mark (about 0.15 μm when using ArF excimer laser on the substrate and about 0.2 μm when using KrF excimer laser on the substrate) designed with the minimum line width on the mask can be set. There is no focus offset caused by the difference in L / S line width between the L / S mark on the reference plate and the L / S mark on the reference plate.

【００１０】また、Ｌ／Ｓマークを相対走査の方向（例
えば、Ｘ方向）に対して所定角度だけ傾斜させ、開口部
は所定角度だけ傾斜したエッジ部分を有するように構成
した場合には、Ｘ又はＹ何れかの方向に１回走査する事
で計測を行うことができ、ＸＹの非点収差の影響でＸＹ
別々にフォーカス計測を行う場合に比べて、処理時間の
短縮化を図ることができる。更に、複数のＬ／Ｓマーク
をマスク上に配置し、それぞれの任意のＬ／Ｓマーク投
影像を開口部が通過するまで、ほかのＬ／Ｓマーク投影
像と干渉しないように配置することにより、開口部と各
Ｌ／Ｓマークとの相対走査を行うと同時に、フォーカス
手段の調整を行うことができ、スループットが向上する
ことになる。Further, when the L / S mark is tilted by a predetermined angle with respect to the relative scanning direction (for example, the X direction), and the opening has an edge portion tilted by a predetermined angle, X Measurement can be performed by scanning once in either the Y or Y direction, and the XY astigmatism influences the measurement.
The processing time can be shortened as compared with the case where focus measurement is performed separately. Furthermore, by arranging a plurality of L / S marks on the mask and arranging them so that they do not interfere with other L / S mark projected images until the aperture passes through each arbitrary L / S mark projected image. The focusing means can be adjusted at the same time when the relative scanning between the opening and each L / S mark is performed, and the throughput is improved.

【００１１】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に従って説明する。なお、本実施例は、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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to examples. The present embodiment applies the present invention to a projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit.

【００１２】[0012]

【実施例】図１は、本実施例にかかる投影露光装置の全
体的な構成を示す。図１において、ＫｒＦエキシマレー
ザ、またはＡｒＦエキシマレーザ等のようなレーザ光源
３５より射出した光は、ビームエキスパンダー系（３
４，３３）によって一定の径に形成された後、ミラー３
２により偏向されてシャッタ２９に達する。光源として
は、レーザ光源の他に、水銀ランプ等の照明光源を使用
することも可能である。シャッタ２９を透過した光は、
レンズ２８の作用により、第１フライアイレンズ２７の
入射面とほぼ同じ大きさに成形される。レンズ２８を透
過した光は、第１フライアイレンズ２７、スペックル除
去用の振動ミラー２６、レンズ２５、第２フライアイレ
ンズ２２によって、照明フィールドとほぼ同じ形状であ
る均一な照明光に形成される。第２フライアイレンズ２
２を透過した光は、投影光学系１１の瞳面と共役な位置
に設けられた瞳照明アパーチャ（ターレット板）１９、
ハーフミラー１８を透過し、リレーレンズ、結像ブライ
ンド、コンデンサーレンズ等の光学素子を有する照明光
学系４９によってレチクル１２に照射される。瞳照明ア
パーチャ１９には、開口径の互いに異なる複数の開口絞
り、輪帯状の開口を有する輪帯絞り、照明光学系の光軸
から偏心した位置に開口部を有する傾斜照明用の開口絞
り（特開平４−２２５３５７参照）が設けられている。
照明条件切換部２１の制御によりモータ２０によって瞳
照明アパーチャ１９を回転し、所望の開口絞りを照明光
の光路中に配置することができる。照明条件切換部２１
は、制御装置１１０により制御される。FIG. 1 shows the overall construction of a projection exposure apparatus according to this embodiment. In FIG. 1, light emitted from a laser light source 35 such as a KrF excimer laser or an ArF excimer laser is emitted by a beam expander system (3
4, 33) and then the mirror 3
It is deflected by 2 and reaches the shutter 29. As the light source, an illumination light source such as a mercury lamp may be used instead of the laser light source. The light transmitted through the shutter 29 is
Due to the action of the lens 28, it is shaped to have substantially the same size as the incident surface of the first fly-eye lens 27. The light transmitted through the lens 28 is formed by the first fly-eye lens 27, the speckle removing vibrating mirror 26, the lens 25, and the second fly-eye lens 22 into uniform illumination light having substantially the same shape as the illumination field. It Second fly-eye lens 2
The light that has passed through 2 has a pupil illumination aperture (turret plate) 19 provided at a position conjugate with the pupil plane of the projection optical system 11,
After passing through the half mirror 18, the reticle 12 is illuminated by an illumination optical system 49 having optical elements such as a relay lens, an imaging blind, and a condenser lens. The pupil illumination aperture 19 includes a plurality of aperture stops having different aperture diameters, a ring stop having a ring-shaped aperture, and an aperture stop for tilted illumination (special feature having an aperture at a position decentered from the optical axis of the illumination optical system). Kaihei 4-225357) is provided.
The pupil illumination aperture 19 can be rotated by the motor 20 under the control of the illumination condition switching unit 21, and a desired aperture stop can be arranged in the optical path of the illumination light. Lighting condition switching unit 21
Are controlled by the controller 110.

【００１３】２次元移動可能なレチクルステージ５０上
に載置されたレチクル１２上には、露光用の回路パター
ンＰＡ（図２（Ｄ）参照）の他にレチクルアライメント
用のアライメントマーク４３と、フォーカス計測用のパ
ターンマーク１００が形成されている。パターンマーク
１００は複数のＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）マ
ークで構成され、回路パターンとともに、投影レンズ１
１を介してウェハ７上に転写されるように構成されてい
る。ウエハ７は、投影レンズ１１の光軸方向（Ｚ方向）
への移動及びチルト駆動が可能なＺチルトステージ３上
に配置されたウエハホルダ６に保持されている。Ｚチル
トステージ３は、エアガイド及びリニアモータによって
定盤１上をＸＹ２次元方向に自由に移動可能なＸＹステ
ージ２上に配置されている。Ｚチルトステージ３上に
は、干渉計用の移動鏡４が配置されており、ウエハ干渉
計５によってウエハ７のＸＹ平面内の位置（ＸＹステー
ジ２の位置）をモニターするようになっている。すなわ
ち、制御装置１１０の制御により、ＸＹステージ２が２
次元方向に移動することによってウエハ７は任意の座標
に移動でき、レチクル１２上のパターンをステップ・ア
ンド・リピート方式またはステップ・アンド・スキャン
方式のいずれかの方法で繰返し露光を行うようになって
いる。On the reticle 12 placed on the reticle stage 50 which is two-dimensionally movable, in addition to the exposure circuit pattern PA (see FIG. 2D), an alignment mark 43 for reticle alignment and a focus. A pattern mark 100 for measurement is formed. The pattern mark 100 is composed of a plurality of L / S (line and space) marks, and together with the circuit pattern, the projection lens 1
It is configured to be transferred onto the wafer 7 via 1. The wafer 7 is in the optical axis direction (Z direction) of the projection lens 11.
It is held by a wafer holder 6 arranged on a Z tilt stage 3 which can be moved to and tilted. The Z tilt stage 3 is arranged on the XY stage 2 which can freely move in the XY two-dimensional directions on the surface plate 1 by an air guide and a linear motor. A movable mirror 4 for an interferometer is arranged on the Z tilt stage 3, and the position of the wafer 7 in the XY plane (position of the XY stage 2) is monitored by the wafer interferometer 5. That is, under the control of the control device 110, the XY stage 2 moves to
The wafer 7 can be moved to arbitrary coordinates by moving in the dimensional direction, and the pattern on the reticle 12 can be repeatedly exposed by either the step-and-repeat method or the step-and-scan method. There is.

【００１４】ここで、レチクル１２のアライメント機構
について説明する。上述したシャッタ２９は、露光とア
ライメントの照明切り換え手段であり、シャッタ制御装
置３１及びシャッタ駆動装置３０の制御により、レーザ
光源３５から出力された照明光を偏向し、レンズ３６を
介して光ファイバ１０に導く。光ファイバ１０に入射し
た光は、ミラー４０、レンズ３９、拡散板４２を介して
基準プレート８をステージ側（下方）から上方に向かっ
て照明することで基準プレート８の開口部３８（図２参
照）を発光させる。開口部３８を下方から上方に向かっ
て透過した光は、投影レンズ１１を介してレチクル１２
上のアライメントマーク４３を照明する。アライメント
マーク４３を照明した光は、レチクル１２を透過し、ミ
ラー１３，アライメント受光系１４を経てＣＣＤアレイ
センサ１５上に、開口部３８の像と共にアライメントマ
ーク４３の像を再結像する。ＣＣＤアレイセンサ１５に
よって得られた情報は、アライメント制御装置１６に転
送され、Ａ／Ｄ変換の後に画像処理されて、その結果に
より基準プレート８の開口部３８とレチクルアライメン
トマーク４３の位置を算出する。これによって、レチク
ル１２の座標とウェハステージ座標の相対位置が計測さ
れる。Now, the alignment mechanism of the reticle 12 will be described. The above-mentioned shutter 29 is an illumination switching means for exposure and alignment, and under the control of the shutter control device 31 and the shutter drive device 30, the illumination light output from the laser light source 35 is deflected, and the optical fiber 10 is passed through the lens 36. Lead to. The light incident on the optical fiber 10 illuminates the reference plate 8 from the stage side (downward) to the upper side through the mirror 40, the lens 39, and the diffusion plate 42, so that the opening 38 of the reference plate 8 (see FIG. 2). ) Is emitted. The light that has passed through the opening 38 from the bottom to the top passes through the projection lens 11 and the reticle 12.
The upper alignment mark 43 is illuminated. The light that illuminates the alignment mark 43 passes through the reticle 12, passes through the mirror 13 and the alignment light receiving system 14, and re-images the image of the alignment mark 43 on the CCD array sensor 15 together with the image of the opening 38. The information obtained by the CCD array sensor 15 is transferred to the alignment control device 16, subjected to image processing after A / D conversion, and the positions of the opening 38 of the reference plate 8 and the reticle alignment mark 43 are calculated based on the result. . As a result, the relative position between the coordinates of the reticle 12 and the wafer stage coordinates is measured.

【００１５】レチクル１２上のパターンをウェハ７の被
露光面上に露光する際には、レチクル１２上のパターン
の投影レンズ１１を介した像がウェハ７の被露光面と一
致するように制御する必要がある。以下、本実施例のフ
ォーカス計測手段について説明する。本実施例のフォー
カス計測手段においては、露光時と同じ照明系を用いて
投影光学系１１の合焦位置を計測する。すなわち、照明
光学系４９から射出された光によってレチクル１２上の
パターンマーク１００を照明し、投影レンズ１１を介し
てウェハステージ３上の基準プレート８にレチクル上の
パターンマーク１００を投影し、その投影像を基準プレ
ート８上の開口部３８で相対走査するようになってい
る。When the pattern on the reticle 12 is exposed on the exposed surface of the wafer 7, the image of the pattern on the reticle 12 through the projection lens 11 is controlled so as to match the exposed surface of the wafer 7. There is a need. The focus measuring means of this embodiment will be described below. In the focus measuring means of the present embodiment, the focus position of the projection optical system 11 is measured using the same illumination system as during exposure. That is, the pattern mark 100 on the reticle 12 is illuminated by the light emitted from the illumination optical system 49, the pattern mark 100 on the reticle is projected onto the reference plate 8 on the wafer stage 3 via the projection lens 11, and the projection is performed. The image is relatively scanned at the opening 38 on the reference plate 8.

【００１６】開口部３８を透過した光は、受光系９、光
ファイバ１０，１０Ａを介してセンサ１７に受光され
る。そして、センサ１７に達する光の光量変化を、開口
部３８による走査に同期してサンプリングする（走査型
計測法）。このようなレチクル１２のパターンマーク１
００と開口部３８との相対的な走査を行うには、ウェハ
ステージ３とレチクルステージ５０の何れを駆動しても
良い。The light transmitted through the opening 38 is received by the sensor 17 through the light receiving system 9 and the optical fibers 10 and 10A. Then, the change in the amount of light reaching the sensor 17 is sampled in synchronization with the scanning by the opening 38 (scanning measurement method). Such a reticle 12 pattern mark 1
To perform relative scanning between 00 and the opening 38, either the wafer stage 3 or the reticle stage 50 may be driven.

【００１７】なお、光源３５としてＫｒＦエキシマレー
ザやＡｒＦエキシマレーザのパルス発光の光源を利用し
た場合には、センサ１７における光量変化のサンプリン
グ時にパルス発光のタイミングを合わせる必要がある。
また、パルス毎のバラツキを補正するために、照明光学
系４９の手前のハーフミラー１８で偏向された１％以下
の光をレンズ２３で集光後、インテグレータセンサ２４
で受光し、この受光された光の光量でセンサ１７で受光
した光量を逐次割算する。本実施例においては、センサ
１７によって得られた波形信号のコントラストがフォー
カス位置でどの様に変化するかを調べ、これによって投
影光学系１１の焦点位置の検出を行う。When a KrF excimer laser or ArF excimer laser pulsed light source is used as the light source 35, it is necessary to match the pulsed light emission timing at the time of sampling the light amount change in the sensor 17.
Further, in order to correct the variation for each pulse, 1% or less of the light deflected by the half mirror 18 in front of the illumination optical system 49 is condensed by the lens 23, and then the integrator sensor 24 is used.
The light amount received by the sensor 17 is sequentially divided by the light amount of the received light. In the present embodiment, it is examined how the contrast of the waveform signal obtained by the sensor 17 changes at the focus position, and the focus position of the projection optical system 11 is detected by this.

【００１８】図１において、符号１１７は投影光学系１
１の光軸に対して斜めに検出光を射出する光源（投光
系）を示し、この光源１１７からの検出光を図示しない
斜入射光学系を介して投影光学系１１のイメージフィー
ルドの中央部に集束する。図１の状態では、イメージフ
ィールドには基準プレート８が配置されているので、検
出光は基準プレート８の表面に集束される。基準プレー
ト８からの反射光を図示しない受光光学系を介して、例
えば位置検出型受光素子（ＰＳＤ）等よりなる光電セン
サ１１８の受光面に入射する。基準プレート８が投影光
学系１１の光軸方向に移動すると、光電センサ１１８の
受光面での光束の重心位置が変化する。そして、この重
心位置より基準プレート８の光軸方向の位置を検出する
ことができる。例えば、光電センサ１１８の出力が常に
ゼロになるときに、基準プレート８が投影レンズ１１の
ベストフォーカス位置となるように、平行平板５１の傾
きを調整する。そして、露光時は、光電センサ１１８の
出力が常にゼロとなるようにウエハ７の高さ位置を調整
する。なお、以上説明した斜入射光方式の焦点位置検出
光学系の詳細については、例えば、特開昭６０−１６８
１１２号公報に開示されている。In FIG. 1, reference numeral 117 is a projection optical system 1.
1 shows a light source (projection system) that emits detection light obliquely with respect to the optical axis of 1, and the detection light from this light source 117 is transmitted through an oblique incidence optical system (not shown) to the central portion of the image field of the projection optical system 11. Focus on. In the state of FIG. 1, since the reference plate 8 is arranged in the image field, the detection light is focused on the surface of the reference plate 8. The reflected light from the reference plate 8 is incident on the light receiving surface of the photoelectric sensor 118 including, for example, a position detection type light receiving element (PSD) via a light receiving optical system (not shown). When the reference plate 8 moves in the optical axis direction of the projection optical system 11, the barycentric position of the light beam on the light receiving surface of the photoelectric sensor 118 changes. Then, the position of the reference plate 8 in the optical axis direction can be detected from the position of the center of gravity. For example, when the output of the photoelectric sensor 118 is always zero, the inclination of the parallel plate 51 is adjusted so that the reference plate 8 is at the best focus position of the projection lens 11. Then, at the time of exposure, the height position of the wafer 7 is adjusted so that the output of the photoelectric sensor 118 is always zero. The details of the oblique incident light type focus position detection optical system described above are described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-168.
No. 112 publication.

【００１９】次に、基準プレート８に形成された開口部
３８について詳細に説明する。図２は、基準プレート８
の拡大した側面を示しており、Ｚチルトステージ３上の
基準プレート８の表面が低反射クロム部３７と開口部
（透過部）３８の２か所に分かれている。そして、照明
光学系４９から射出される光のうち、開口部３８を透過
する光のみを拡散板４２，レンズ３９，ミラー４０を有
する受光系９に導くようになっている。受光系９のミラ
ー４０で反射した光は、支持部４１でＺチルトステージ
３上に固定された光ファイバー１０に導かれるようにな
っている。Ｚチルトステージ３の上面に拡散板４２を配
置している理由は、ウェハ７を露光する際の照明系ＮＡ
（開口数）が０．６程度と大きいため、レンズ３９から
外れる光が多くなってしまうことを防ぐためであり、ま
た、開口部３８で散乱した光をすべての方向に対して均
等に受光するためである。仮に、開口部３８下のレンズ
３９が前記散乱光をすべて受光できるような球率（大き
さ）を持ち、光ファイバの径を十分に大きくできる場合
には、拡散板４２を用いる必要はないが、装置の小型化
等を考えると拡散板４２を用いた方が有利である。ま
た、光ファイバ１０の代わりに、光学レンズをリレーす
ることによって、開口部３８を透過した光をステージ３
の外部に導き出すようにしても良い。以上のような構成
により、開口部３８を透過した光は、光ファイバ１０を
通って略全てセンサー１７で受光されることになる。Next, the opening 38 formed in the reference plate 8 will be described in detail. FIG. 2 shows the reference plate 8
The enlarged side surface of the reference plate 8 on the Z tilt stage 3 is divided into two parts, a low reflection chromium part 37 and an opening part (transmission part) 38. Then, of the light emitted from the illumination optical system 49, only the light that passes through the opening 38 is guided to the light receiving system 9 having the diffusion plate 42, the lens 39, and the mirror 40. The light reflected by the mirror 40 of the light receiving system 9 is guided to the optical fiber 10 fixed on the Z tilt stage 3 by the support portion 41. The reason why the diffusion plate 42 is arranged on the upper surface of the Z tilt stage 3 is that the illumination system NA when exposing the wafer 7 is used.
Since the (numerical aperture) is as large as about 0.6, this is to prevent an increase in the amount of light that escapes from the lens 39, and the light scattered by the aperture 38 is received uniformly in all directions. This is because. If the lens 39 below the opening 38 has a sphere ratio (size) capable of receiving all of the scattered light and the diameter of the optical fiber can be made sufficiently large, it is not necessary to use the diffusion plate 42. In consideration of downsizing of the device, it is more advantageous to use the diffusion plate 42. Further, instead of the optical fiber 10, by relaying an optical lens, the light transmitted through the opening 38 is transmitted to the stage 3
It may be led out of the. With the above configuration, almost all the light transmitted through the opening 38 passes through the optical fiber 10 and is received by the sensor 17.

【００２０】次に、図３、図４、図５及び図６を参照し
て本実施例の焦点位置計測のための基本原理について説
明する。図３は、レチクル１２上のパターンマーク１０
０を構成する複数のＬ／Ｓマーク（１００ａ１，１００
ｂ１，１００ｃ１）の内の１つの像１００ａと開口部３
８との関係を示す。照明光学系４９より照明されたＬ／
Ｓマーク（図３（Ｄ））は、投影レンズ１１を介して基
準プレート８上に投影像１００ａとして再結像する。こ
の投影像１００ａは、本露光装置の最小パターンである
０．１５〜０．２５μm のＬ／Ｓ（ライン・アンド・ス
ペース）マークであり、開口部３８は走査方向（図３の
Ｘ方向）に対して投影像１００ａよりも大きく設計され
ている。但し、非走査方向（図３のＹ方向）に対して
は、必ずしも開口部３８は投影像１００ａよりも大きく
設計する必要はない。Next, the basic principle for measuring the focus position of this embodiment will be described with reference to FIGS. 3, 4, 5, and 6. FIG. 3 shows the pattern mark 10 on the reticle 12.
A plurality of L / S marks (100a1,100
b1 and 100c1) one of the image 100a and the opening 3
The relationship with 8 is shown. L / illuminated by the illumination optical system 49
The S mark (FIG. 3D) is re-imaged as a projection image 100a on the reference plate 8 via the projection lens 11. This projected image 100a is an L / S (line and space) mark of 0.15 to 0.25 μm, which is the minimum pattern of the present exposure apparatus, and the opening 38 is in the scanning direction (X direction in FIG. 3). On the other hand, it is designed to be larger than the projected image 100a. However, in the non-scanning direction (Y direction in FIG. 3), the opening 38 does not necessarily have to be designed larger than the projected image 100a.

【００２１】本実施例においては、Ｌ／Ｓパターン像１
００ａに対し、開口部３８を図３の（Ａ）→（Ｂ）→
（Ｃ）のようにＸ方向に沿って相対走査する。このよう
な走査により、センサ１７に受光される光量は徐々に増
加し、図３（Ｂ）の状態（開口部３８とパターン像１０
０ａが一致した状態）で最大となり、その後徐々に減少
することになる。この時にセンサ１７から得られる出力
値を、インテグレータセンサ２４の出力値で割算した後
に、Ａ／Ｄ変換すると、図４（Ａ）に示すような段階的
に変化し、且つ、所定の傾きの立ち上がり部と立ち下が
り部とを有する波形信号Ｓ１００が得られる。更に、図
４（Ａ）の波形信号を微分信号に変換すると、図４
（Ｂ）のような微分信号が得られる。そして、Ｚチルト
ステージ３の高さ位置を変えて、同様にして、図４
（Ｂ）のような微分信号を得ることを複数回繰り返す。
例えば、投影光学系１１のベストフォーカス位置と思わ
れる高さ位置に対してマイナス方向からプラス方向に高
さ位置を変える。そして、最も微分値の大きくなるＺチ
ルトステージ３の位置が投影光学系１１の焦点位置（ベ
ストフォーカス位置）として求まる。In this embodiment, the L / S pattern image 1
00a, the opening 38 is formed in (A) → (B) →
As in (C), relative scanning is performed along the X direction. Due to such scanning, the amount of light received by the sensor 17 gradually increases, and the state of FIG.
It becomes maximum in the state where 0a matches, and then gradually decreases. At this time, if the output value obtained from the sensor 17 is divided by the output value of the integrator sensor 24 and then A / D converted, the output value changes stepwise as shown in FIG. A waveform signal S100 having a rising portion and a falling portion is obtained. Furthermore, when the waveform signal of FIG. 4A is converted into a differential signal,
A differential signal as shown in (B) is obtained. Then, the height position of the Z tilt stage 3 is changed, and similarly, as shown in FIG.
Obtaining the differential signal as shown in (B) is repeated a plurality of times.
For example, the height position is changed from the minus direction to the plus direction with respect to the height position considered to be the best focus position of the projection optical system 11. Then, the position of the Z tilt stage 3 having the largest differential value is obtained as the focus position (best focus position) of the projection optical system 11.

【００２２】また、図４（Ａ）に示すように、一般に、
開口部３８の両側エッヂ部に対してダウンスロープとア
ップスロープが得られる。しかし、それぞれの結像収差
が異なる場合があるため、両方のデータよりマーク位置
計測（アップスロープにおける微分信号を示す＋マーク
と、ダウンスロープにおける微分信号を示す−マークの
それぞれの位置の平均値）を求めたり、Ｌ／Ｓ幅（＋マ
ークと−マークの幅の平均）を求めることで精度向上を
図ることができる。但し、この＋マークと−マークの差
異を調べることで収差特性を求める時は、別々に取扱い
データ処理する。Further, as shown in FIG.
A down slope and an up slope are obtained for the edge portions on both sides of the opening 38. However, since the respective imaging aberrations may differ, the mark position is measured from both data (the + mark indicating the differential signal in the up slope and the average value of the − mark indicating the differential signal in the down slope). It is possible to improve the accuracy by calculating the L / S width (the average of the widths of the + mark and the − mark). However, when the aberration characteristic is obtained by checking the difference between the + mark and the − mark, the data is handled separately and processed.

【００２３】図５は、本実施例のパターンマーク１００
を構成する複数のＬ／Ｓマーク（１００ａ１，１００ｂ
１，１００ｃ１）の複数の像１００ａ，１００ｂ，１０
０ｃと開口部３８との関係を示す。本実施例において
は、像１００ａ，１００ｂ，１００ｃに対応する複数の
Ｌ／Ｓマークをレチクル１２上に一列に配置し、各Ｌ／
Ｓマーク像１００ａ，１００ｂ，１００ｃをＺチルトス
テージ３上の基準プレート８に形成された開口部３８で
相対走査し、図６（Ａ）に示すような所定の傾斜を有す
る立ち上がり部と立ち下がり部とを有する波形信号（Ｓ
１００ａ，Ｓ１００ｂ，Ｓ１００ｃ）を得る。図５にお
いて、Ｌ／Ｓマーク像１００ａ，１００ｂ，１００ｃの
少なくとも走査方向の各間隔は、開口部３８よりも大き
く形成されている（同図（Ｃ）参照）。FIG. 5 shows the pattern mark 100 of this embodiment.
Of a plurality of L / S marks (100a1, 100b
1, 100c1) of the plurality of images 100a, 100b, 10
The relationship between 0c and the opening 38 is shown. In this embodiment, a plurality of L / S marks corresponding to the images 100a, 100b, 100c are arranged in a line on the reticle 12, and each L / S mark is arranged.
The S mark images 100a, 100b, 100c are relatively scanned with the opening 38 formed in the reference plate 8 on the Z tilt stage 3, and a rising portion and a falling portion having a predetermined inclination as shown in FIG. A waveform signal (S
100a, S100b, S100c) are obtained. In FIG. 5, at least respective intervals in the scanning direction of the L / S mark images 100a, 100b, 100c are formed larger than the opening 38 (see FIG. 5C).

【００２４】図６（Ａ）には、Ｌ／Ｓマーク像１００
ａ，１００ｂ，１００ｃを図５の（Ａ）→（Ｂ）→
（Ｃ）…→（Ｄ）のように、開口部３８に対して相対走
査した時の各Ｌ／Ｓマーク像１００ａ，１００ｂ，１０
０ｃに対する波形信号（順にＳ１００ａ，Ｓ１００ｂ，
ｓ１００ｃ）が示されている。また、図６（Ｂ）は、同
図（Ａ）の波形を微分したものである。なお、基本的な
原理は図３及び図４に示したものと同一であるため、重
複する説明は省略する。FIG. 6A shows an L / S mark image 100.
a, 100b, 100c are shown in FIG. 5 as (A) → (B) →
(C) ... → (D), the L / S mark images 100a, 100b, 10 when the relative scanning is performed with respect to the opening 38.
0c waveform signal (S100a, S100b,
s100c) is shown. Further, FIG. 6B is a differentiation of the waveform of FIG. Note that the basic principle is the same as that shown in FIGS. 3 and 4, and thus a duplicate description will be omitted.

【００２５】上記のように、本実施例においては、Ｌ／
Ｓマーク像１００ａ，１００ｂ，１００ｃの走査方向の
各間隔を開口部３８よりも大きくしているため、Ｌ／Ｓ
マーク像１００ａ，１００ｂ，１００ｃが（Ａ）→
（Ｂ）→（Ｃ）…→（Ｄ）のように、開口部３８に対し
て相対走査した時に、波形信号がそれぞれ独立に求めら
れることになる（図６参照）。また、一般に、センサー
１７として光量の非常に小さなホトマル（フォトマルチ
プライヤ）を使用した場合には、ダイナミックレンジが
とれず、長いＬ／Ｓマークを長い開口部で走査すると、
Ｓ／Ｎ比が悪くなるが、本実施例のように、複数のＬ／
Ｓマークを用いると、このような問題が生じない。ま
た、１つのＬ／Ｓマークをフォーカス位置を変えて繰り
返し計測する方法に比べてスループットが向上し、時間
差による影響も解消される。以上のような計測法方を用
いて、更に、複数Ｌ／Ｓマークの間隔と開口部３８の大
きさを最適に設計し、それぞれを同一ラインに配置し、
Ｌ／Ｓマーク像１００ａ，１００ｂ，１００ｃと開口部
３８とを一度に走査しながら同時に、Ｚチルトステージ
３（開口部３８）をＺ方向に移動すること（フォーカス
を同時に調整すること）により、高速度の焦点位置計測
が行えることになる。As described above, in this embodiment, L /
Since the intervals in the scanning direction of the S mark images 100a, 100b, 100c are made larger than the opening 38, the L / S
The mark images 100a, 100b, 100c are (A) →
As shown in (B) → (C) ... → (D), when the relative scanning is performed with respect to the opening 38, the waveform signals are independently obtained (see FIG. 6). Further, in general, when a photomultiplier (photomultiplier) having a very small light quantity is used as the sensor 17, a dynamic range cannot be obtained, and when a long L / S mark is scanned with a long opening,
Although the S / N ratio deteriorates, as in the present embodiment, a plurality of L /
When the S mark is used, such a problem does not occur. Further, the throughput is improved as compared with the method of repeatedly measuring one L / S mark by changing the focus position, and the influence of the time difference is also eliminated. Using the above measuring method, the intervals between the plurality of L / S marks and the size of the opening 38 are optimally designed, and the L / S marks are arranged on the same line.
By scanning the L / S mark images 100a, 100b, 100c and the opening 38 at the same time and simultaneously moving the Z tilt stage 3 (opening 38) in the Z direction (adjusting the focus at the same time), It is possible to measure the focus position of the velocity.

【００２６】次に、本実施例のフォーカス計測の動作
（シーケンス）について説明する。図７は、５つのＬ／
Ｓマーク１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１
００ｅでパターンマーク１００を構成した場合の例を示
す。図において、開口部３８がＬ／Ｓマークの像１００
ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅの順で走
査するのと同時に、パターンマーク１００の投影レンズ
１１による合焦状態を一定速度で変化させていく。この
時に、センサ１７で検出される波形データを同図（Ｂ）
に示す。パターンマーク１００の合焦状態の変化は、Ｚ
チルトステージ３を所定の位置から徐々に上昇させ、又
は降下させることによって行う。なお、パターンマーク
１００の合焦状態を変化させるためのＺチルトステージ
３の駆動は、必ずしもリニアな変化率で行う必要はな
く、段階的に行っても良く、また、フォーカス状態を固
定して、基準プレート８を所定の角度チルトさせて行っ
ても良い。Next, the focus measurement operation (sequence) of this embodiment will be described. FIG. 7 shows five L /
S marks 100a, 100b, 100c, 100d, 1
An example in which the pattern mark 100 is configured by 00e will be shown. In the figure, an opening 38 shows an image 100 of an L / S mark.
While scanning is performed in the order of a, 100b, 100c, 100d, and 100e, the focus state of the pattern mark 100 by the projection lens 11 is changed at a constant speed. At this time, the waveform data detected by the sensor 17 is shown in FIG.
Shown in The change of the focus state of the pattern mark 100 is Z
This is performed by gradually raising or lowering the tilt stage 3 from a predetermined position. The drive of the Z tilt stage 3 for changing the focus state of the pattern mark 100 does not necessarily need to be performed at a linear change rate, and may be performed stepwise, or the focus state may be fixed. The reference plate 8 may be tilted at a predetermined angle.

【００２７】図７（Ｃ）は、同図（Ｂ）の波形を微分し
た値を示す。図７（Ｃ）の微分値から、各Ｌ／Ｓマーク
像１００ａ〜１００ｅのスロープ信号Ｓ１〜Ｓ５の微分
信号のコントラストＷ1〜Ｗ5（１００ａ：Ｗ1 +とＷ1 -，
１００ｂ：Ｗ2 +とＷ2 -，１００ｃ：Ｗ3 +とＷ3 -，１００
ｄ：Ｗ4 +とＷ4 -，１００ｅ：Ｗ5 +とＷ5 -）を算出し、Ｗ
ｎ＝（Ｗn +＋Ｗn -）／２（ｎ＝１〜５）として各位置に
おける各マークのコントラストＷ1〜Ｗ5を算出する。こ
の様に求めたコントラスト値Ｗを図８のようにプロット
し、２次曲線でフィッティングした後、その頂点の位置
ΔＦを求める。今、斜入射フォーカス系１１７、１１８
のゼロ点が擬似的に投影レンズ１１のベストフォーカス
位置（焦点位置）を示しているものとすると、斜入射フ
ォーカス系１１７，１１８のゼロ点がΔＦだけ、実際の
レチクル投影面に対してずれていることが分る。そし
て、このΔＦをフォーカスオフセットとして斜入射フォ
ーカス系１１７，１１８を校正することでフォーカスキ
ャリブレーションが完了する。この動作をレチクル１２
上全面に対して実行することにより、特開平６−２８３
４０３に示されているような、斜入射フォーカス及びレ
ベリング機構の双方についてのキャリブレーションを行
うことが可能となる。フォーカス系１１７，１１８のキ
ャリブレーションの方法としては、例えば、光源１１７
の位置を微調整する方法、或いは、基準プレート１８の
クロム部３７をフォーカス系１１７、１１８の出力が△
Ｆとなるような位置に持ってきた状態で、平行平板ガラ
ス５１の傾きを変えることによって、検出光と光電セン
サ１１８との相対位置をずらすことにより、信号をゼロ
としたり、電気的に△Ｆのオフセットを加える方法があ
る。FIG. 7C shows a value obtained by differentiating the waveform shown in FIG. From the differential values of FIG. 7C, the contrasts W 1 to W 5 (100a: W 1 + and W 1 − , of the differential signals of the slope signals S1 to S5 of the L / S mark images 100a to 100e are shown.
100b: W 2 + and W 2 -, 100c: W 3 + and W 3 -, 100
d: W 4 + and W 4 -, 100e: W 5 + and W 5 -) was calculated, W
The contrast W 1 to W 5 of each mark at each position is calculated with n = (W n + + W n − ) / 2 (n = 1 to 5). The contrast value W thus obtained is plotted as shown in FIG. 8 and fitted with a quadratic curve, and then the position ΔF of the apex is obtained. Now, the oblique incidence focus systems 117 and 118
Is assumed to indicate the best focus position (focus position) of the projection lens 11 in a pseudo manner, the zero point of the oblique incidence focus systems 117 and 118 is deviated by ΔF from the actual reticle projection plane. I know that Then, the focus calibration is completed by calibrating the oblique incidence focus systems 117 and 118 using this ΔF as a focus offset. This operation is the reticle 12
By executing the process on the entire upper surface, the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-283
It becomes possible to calibrate both the oblique incidence focus and the leveling mechanism as shown by 403. As a method of calibrating the focus systems 117 and 118, for example, the light source 117
Method for finely adjusting the position, or the chrome portion 37 of the reference plate 18 causes the outputs of the focus systems 117 and 118 to be Δ.
By changing the tilt of the parallel plate glass 51 in a state where it is brought to a position such as F, the relative position of the detection light and the photoelectric sensor 118 is shifted to make the signal zero or to electrically change ΔF. There is a method to add the offset of.

【００２８】図９は本発明の他の実施例を示し、基準プ
レート８上の開口部（１３８，２３８）とレチクル１２
上のＬ／Ｓマーク（２００ａ，３００ａ）との位置関係
を示す。本実施例における開口部（１３８，２３８）と
しては、図３等に示した開口部３８をＸＹ水平面内で４
５°傾斜させたものを使用する。これに対応して、レチ
クル１２上のＬ／Ｓマーク（２００ａ，３００ａ）もＸ
Ｙ水平面内で４５°傾斜させる。なお、開口部及びＬ／
Ｓマークの傾斜角度は±４５°に限定されるものではな
く、±３０°や±６０°に設定しても良い。図９におい
て、（Ａ）はＸ方向走査型開口部１３８であり、Ｌ／Ｓ
マーク２００ａに対してＸ方向（紙面の左右方向）に走
査し、（Ｂ）はＹ方向走査型開口部２３８であり、Ｌ／
Ｓマーク３００ａに対してＹ方向（紙面の上下方向）に
走査するようになっている。FIG. 9 shows another embodiment of the present invention. The openings (138, 238) on the reference plate 8 and the reticle 12 are shown.
The positional relationship with the upper L / S mark (200a, 300a) is shown. As the openings (138, 238) in this embodiment, the openings 38 shown in FIG.
Use the one tilted at 5 °. Corresponding to this, the L / S mark (200a, 300a) on the reticle 12 is also X-shaped.
Tilt 45 ° in the Y horizontal plane. The opening and L /
The inclination angle of the S mark is not limited to ± 45 ° and may be set to ± 30 ° or ± 60 °. In FIG. 9, (A) is an X-direction scanning type opening 138, and L / S
The mark 200a is scanned in the X direction (the left-right direction on the paper surface), and (B) is the Y-direction scanning opening 238, and L /
The S mark 300a is scanned in the Y direction (vertical direction on the paper surface).

【００２９】本実施例によれば、一度のスキャンでＸ方
向のエッジに関する像情報とＹ方向のエッジに関する像
情報との平均的な像を計測できることになる。すなわ
ち、図９（Ａ），（Ｂ）共に、Ｘ，Ｙ何れか一方向の走
査により、それぞれＸ，Ｙ方向のフォーカス情報を別々
に計測し、後で平均化することによりＬ／Ｓマーク（２
００ａ，３００ａ）の像を計測する。なお、Ｌ／Ｓマー
ク２００ａ（同図（Ａ）参照）は、開口部１３８に対し
て傾斜方向に短く、また、Ｌ／Ｓマーク３００ａ（同図
（Ｂ）参照）は、開口部２３８に対して傾斜方向に長く
設定されている。また、デバイス工程の中には±２０°
や±３０°のＬ／Ｓマークに対て微細パターンが必要な
場合もあるため、基準プレート８上には０°，±４５
°，９０°以外の開口部（パターン）を形成しておいて
もよい。According to this embodiment, it is possible to measure an average image of the image information about the edge in the X direction and the image information about the edge in the Y direction by one scan. That is, in both FIGS. 9A and 9B, the focus information in the X and Y directions is separately measured by scanning in one of the X and Y directions, and the L / S mark ( Two
00a, 300a) is measured. The L / S mark 200a (see FIG. 7A) is shorter in the direction of inclination with respect to the opening 138, and the L / S mark 300a (see FIG. 6B) is shorter than the opening 238. Is set longer in the tilt direction. Also, within the device process ± 20 °
Since a fine pattern may be required for the L / S mark of ± 30 ° or ± 30 °, 0 °, ± 45 on the reference plate 8.
Openings (patterns) other than 90 ° and 90 ° may be formed.

【００３０】以上説明したように、本発明によれば、特
開平５−１６０００３号のような高再現性、高速処理の
機能を保持したまま、変形照明や線幅の差異によるオフ
セットを補正した高精度・高速フォーカスキャリブレー
ションが行える。また、開口部の形状やレチクルマーク
との配置を最適化した結果、特開平６−２８３４０３に
示すようなレベリングキャリブレーションも高速、高精
度で行うことが可能となる。更に、図８のコントラスト
形状を調べることで、投影レンズの結像特性（特に焦点
深度や非点収差）を計測することもできる。例えば、像
面湾曲、像面傾斜を計測し、この結果に基づいて焦点深
度や非点収差を計測できる。As described above, according to the present invention, while maintaining the function of high reproducibility and high-speed processing as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-160003, the height of the high-light source corrected by the offset due to the modified illumination and the difference in line width is improved. Precision and high-speed focus calibration can be performed. Further, as a result of optimizing the shape of the opening and the arrangement with the reticle mark, leveling calibration as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 6-283403 can be performed at high speed and with high accuracy. Further, by examining the contrast shape in FIG. 8, it is possible to measure the image forming characteristics of the projection lens (in particular, depth of focus and astigmatism). For example, the curvature of field and the inclination of the image surface can be measured, and the depth of focus and astigmatism can be measured based on the results.

【００３１】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特
許請求の範囲に記載された技術的思想としての要旨を逸
脱しない範囲で改良、変更可能である。例えば、図１に
示したセンサ１７をステージ３内に収納し、その分の光
ファイバーを省略しても良い。また、上記実施例におい
ては、１つの開口３８に対して複数のＬ／Ｓマークを対
応させているが、逆に１つのＬ／Ｓマーク（１００ａ）
に対して複数の開口３８ａ〜３８ｄを基準プレート８上
に形成しても良い（図１０）。Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and is improved without departing from the scope of the technical idea described in the claims. It can be changed. For example, the sensor 17 shown in FIG. 1 may be housed in the stage 3 and the corresponding optical fiber may be omitted. Further, in the above embodiment, a plurality of L / S marks are associated with one opening 38, but conversely, one L / S mark (100a) is used.
On the other hand, a plurality of openings 38a to 38d may be formed on the reference plate 8 (FIG. 10).

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

【図１】図１は、本発明の実施例にかかる投影露光装置
を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図２】図２は、実施例の要部の構成を示す説明図（一
部断面）である。FIG. 2 is an explanatory diagram (partial cross section) showing a configuration of a main part of the embodiment.

【図３】図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、それぞれ本発
明の基本的な動作を示す説明図である。3 (A), (B), and (C) are explanatory views showing the basic operation of the present invention.

【図４】図４（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ本発明の基本
的な作用を示すグラフである。FIGS. 4A and 4B are graphs showing the basic operation of the present invention.

【図５】図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、それ
ぞれ本実施例の動作を示す説明図である。5 (A), (B), (C), and (D) are explanatory views showing the operation of this embodiment, respectively.

【図６】図６（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ本実施例の作
用を示すグラフである。6 (A) and 6 (B) are graphs showing the operation of the present embodiment.

【図７】図７（Ａ）は、本発明の他の実施例の動作を示
す説明図であり、同図（Ｂ），（Ｃ）は、それぞれ本実
施例の作用を示すグラフである。FIG. 7 (A) is an explanatory diagram showing the operation of another embodiment of the present invention, and FIGS. 7 (B) and (C) are graphs showing the operation of the present embodiment.

【図８】図８は、上記他の実施例の作用を示すグラフで
ある。FIG. 8 is a graph showing the operation of the other embodiment.

【図９】図９（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ本発明の更に
他の実施例の動作を示す説明図である。9 (A) and 9 (B) are explanatory views showing the operation of still another embodiment of the present invention.

【図１０】図１０は、本発明の他の実施例の配置を示す
図である。FIG. 10 is a diagram showing an arrangement of another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

３・・・Ｚチルトステージ ７・・・ウエハ ８・・・基準プレート １１・・・投影レンズ １２・・・レチクル １６・・・アライメント制御装置 ３５・・・レーザ光源 ３８・・・開口部 ４９・・・照明系 １００・・・パターンマーク １００ａ〜１００ｅ，２００ａ，３００ａ・・・Ｌ／Ｓ
マーク像 １１０・・・制御装置 １１７，１１８・・・オートフォーカス系3 ... Z tilt stage 7 ... Wafer 8 ... Reference plate 11 ... Projection lens 12 ... Reticle 16 ... Alignment control device 35 ... Laser light source 38 ... Opening 49. ..Illumination system 100 ... Pattern marks 100a to 100e, 200a, 300a ... L / S
Mark image 110 ... Control device 117, 118 ... Autofocus system

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】露光用の光を所定パターンが形成されたマ
スクに照明する照明系と、前記マスク上のパターンの像
をステージ上に配置された感光基板に投影転写する投影
光学系とを有する投影露光装置において、 前記マスク上に形成されたフォーカス計測用のマーク
と；前記ステージ上に形成され、前記投影光学系を介し
て照明される前記露光光を透過する開口部と；前記開口
部と前記マークの前記投影光学系を介した像とを相対走
査する走査手段と；前記ステージを前記投影光学系の光
軸方向に移動させる移動手段と；前記相対走査及び前記
ステージの前記光軸方向への移動によって生じる、前記
開口部を透過する光の光量変化に基づいて前記投影光学
系の焦点位置を検出する検出手段とを備えることを特徴
とする投影露光装置。1. An illumination system for illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed with exposure light, and a projection optical system for projecting and transferring an image of the pattern on the mask onto a photosensitive substrate arranged on a stage. In the projection exposure apparatus, a focus measurement mark formed on the mask; an opening formed on the stage for transmitting the exposure light illuminated via the projection optical system; and an opening. Scanning means for relatively scanning the image of the mark through the projection optical system; moving means for moving the stage in the optical axis direction of the projection optical system; and relative scanning and the optical axis direction of the stage. And a detection unit that detects the focus position of the projection optical system based on a change in the amount of light that passes through the opening caused by the movement of the projection exposure apparatus. 【請求項２】前記投影露光装置は、前記感光基板の前記
光軸方向の位置に応じて変化する信号を出力する焦点位
置検出手段を更に有し、 前記検出手段により検出された焦点位置と前記焦点位置
検出手段の出力信号との対応付を行う校正手段とを有す
ることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。2. The projection exposure apparatus further comprises a focus position detection unit that outputs a signal that changes according to the position of the photosensitive substrate in the optical axis direction, and the focus position detected by the detection unit and the focus position detected by the detection unit. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising a calibrating unit that associates with an output signal of the focus position detecting unit. 【請求項３】前記マークは、格子状のＬ／Ｓ（ライン・
アンド・スペース）マークを複数含み、前記相対走査の
方向と平行に配置され、各Ｌ／Ｓマークの像の間隔は前
記開口部よりも広く設定されていることを特徴とする請
求項１又は２に記載の投影露光装置。3. The mark is a grid-like L / S (line
A plurality of (and space) marks are arranged in parallel with the direction of the relative scanning, and an image interval of each L / S mark is set to be wider than that of the opening. The projection exposure apparatus according to. 【請求項４】前記検出手段は、前記マークと前記開口部
との相対走査と前記ステージの前記光軸方向の移動を行
っている間に、前記各Ｌ／Ｓマークに対する焦点位置を
それぞれ検出し、 前記各Ｌ／Ｓマークに対する実際の焦点位置に基づい
て、前記対応付を行うことを特徴とする請求項３に記載
の投影露光装置。4. The detecting means detects a focal position for each of the L / S marks while performing relative scanning between the mark and the opening and moving the stage in the optical axis direction. The projection exposure apparatus according to claim 3, wherein the associating is performed based on an actual focus position for each of the L / S marks. 【請求項５】前記Ｌ／Ｓマークは、それぞれ前記相対走
査の方向に対して所定角度だけ傾斜して配置され、 前記開口部は前記所定角度だけ傾斜したエッジ部分を有
することを特徴とする請求項３又は４に記載の投影露光
装置。5. The L / S mark is arranged so as to be inclined by a predetermined angle with respect to the relative scanning direction, and the opening has an edge portion inclined by the predetermined angle. Item 3. The projection exposure apparatus according to item 3 or 4. 【請求項６】前記検出手段は、前記マークの像と前記開
口部とを１方向に相対走査することによって、当該走査
の方向及びこれと直交する方向のマーク像に関する焦点
位置をそれぞれ求めることを特徴とする請求項５に記載
の投影露光装置。6. The detecting means obtains the focal positions of the mark image in the scanning direction and the direction orthogonal to the scanning direction by relatively scanning the image of the mark and the opening in one direction. The projection exposure apparatus according to claim 5, which is characterized in that.
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