JP3218478B2 - Projection exposure apparatus and method - Google Patents

Projection exposure apparatus and method

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JP3218478B2
JP3218478B2 JP23716292A JP23716292A JP3218478B2 JP 3218478 B2 JP3218478 B2 JP 3218478B2 JP 23716292 A JP23716292 A JP 23716292A JP 23716292 A JP23716292 A JP 23716292A JP 3218478 B2 JP3218478 B2 JP 3218478B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置に関し、特
に半導体集積回路、液晶基板、薄膜磁気ヘッド等の製造
に用いられる投影露光装置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, and more particularly to a projection exposure apparatus used for manufacturing semiconductor integrated circuits, liquid crystal substrates, thin-film magnetic heads, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体製造関連装置等の投影露光
装置において、極めて高い結像性能が要求されている。
従来のこの種の装置には、高度に各種の収差が補正され
ている投影光学系が搭載されている。通常投影光学系の
収差量のチェックは特別なマスクを用いることにより行
われていた。この特別なマスクには収差チェック用の専
用のパターンが描かれており、この専用のパターンをテ
スト用基板に露光し、現像後、その露光パターンを顕微
鏡等で観察することにより収差量チェックを行う。例え
ば、球面収差のチェックは異なる複数の線幅のパターン
のベストフォーカス位置を求めることにより行われる。
具体的には、ステージを光軸方向に順次位置決めして、
感光剤が塗布されたテスト用基板を光軸方向に順次移動
しつつ複数の線幅のパターンを露光し、現像する。そし
て、この結果、基板上には投影光学系からの光軸方向の
距離に応じた各線幅のパターンが形成される。基板上に
形成された各線幅のパターンの各々について、電子顕微
鏡等で線幅を測定し、測定したパターンの線幅の実寸法
と投影光学系の光軸からの距離をプロットする。所定線
幅が維持されている基板の位置の中点(所定線幅が維持
されている基板位置の最大位置と最小位置との中間点)
をベストフォーカスと決定すれば、そのプロットされた
データのカーブより、各線幅のベストフォーカス位置が
求まる。ここで、球面収差が発生している場合、各線幅
のベストフォーカス位置にずれが生じる。非点収差のチ
ェックは方向の異なるパターンのベストフォーカス位置
の差を求めればよい。次にコマ収差のチェックの例を示
すと、複数の連続した等しい線幅のマークの両端の線幅
の差を見るといった方法がある。
2. Description of the Related Art In recent years, projection exposure apparatuses such as semiconductor manufacturing-related apparatuses have been required to have extremely high imaging performance.
This type of conventional apparatus is equipped with a projection optical system in which various aberrations are highly corrected. Normally, the amount of aberration of the projection optical system is checked by using a special mask. A special pattern for aberration check is drawn on this special mask, and this dedicated pattern is exposed on a test substrate, developed, and the amount of aberration is checked by observing the exposed pattern with a microscope or the like. . For example, the spherical aberration is checked by obtaining the best focus position of a pattern having a plurality of different line widths.
Specifically, the stage is sequentially positioned in the optical axis direction,
While sequentially moving the test substrate coated with the photosensitive agent in the optical axis direction, a pattern having a plurality of line widths is exposed and developed. As a result, a pattern having a line width corresponding to the distance from the projection optical system in the optical axis direction is formed on the substrate. For each line width pattern formed on the substrate, the line width is measured using an electron microscope or the like, and the actual dimension of the measured line width and the distance from the optical axis of the projection optical system are plotted. Midpoint of substrate position where predetermined line width is maintained (intermediate point between maximum position and minimum position of substrate position where predetermined line width is maintained)
Is determined as the best focus, the best focus position of each line width is obtained from the curve of the plotted data. Here, when spherical aberration occurs, a deviation occurs in the best focus position of each line width. The astigmatism can be checked by calculating the difference between the best focus positions of the patterns having different directions. Next, as an example of checking coma aberration, there is a method of observing a difference between line widths at both ends of a plurality of continuous marks having the same line width.

【0003】上記の様な方法により各収差を求め、投影
光学系の結像特性を最適化していく。例えば投影光学系
の内部のレンズエレメントの間隔等を調整して最終的に
各収差を許容値以下とする。ところが、各収差は常に一
定ではなく、温度変化、大気圧変化及び照明光を投影光
学系が吸収することによる投影光学系の温度上昇により
変化し得るものである。特に照明光の吸収による投影光
学系の温度変化は投影光学系内部のレンズエレメントに
温度分布を生じ、無視し得ない収差変化をもたらす場合
がある。この様な場合、露光動作中の収差量を上記の方
法でチェックするのは不可能である。
[0003] Each aberration is obtained by the above-described method, and the imaging characteristics of the projection optical system are optimized. For example, the distance between lens elements inside the projection optical system is adjusted to finally make each aberration equal to or less than an allowable value. However, each aberration is not always constant, and can be changed by a temperature change, an atmospheric pressure change, and a rise in the temperature of the projection optical system due to absorption of the illumination light by the projection optical system. In particular, a change in the temperature of the projection optical system due to absorption of the illumination light causes a temperature distribution in a lens element inside the projection optical system, which may cause a non-negligible change in aberration. In such a case, it is impossible to check the aberration amount during the exposure operation by the above method.

【0004】そこで、従来より露光エネルギーの投影光
学系への蓄積量を計算し、蓄積量が一定基準値を越える
と露光動作を一時停止し、収差が悪化した所では使用し
ないという方法が提案されていた。具体的には、あらか
じめ発生する収差量と投影光学系に蓄積される熱量との
関係や投影光学系の熱吸収特性を求めておく。実露光動
作時には、あらかじめ求めておいた熱吸収特性の数値モ
デルとマスク透過率とシャッター開閉信号とより逐次投
影光学系へ蓄積された熱量の計算を行い、発生する収差
量を求める計算を行う。収差量が許容値をオーバした
時、露光動作を一時中止すれば投影光学系へ蓄積された
熱量は減衰していき収差量も許容値以下となり再び露光
動作を行うことができる。このような露光方法は例えば
特開昭63−291417号公報に開示されている。
Therefore, a method has conventionally been proposed in which the amount of exposure energy accumulated in the projection optical system is calculated, and when the amount of accumulation exceeds a certain reference value, the exposure operation is temporarily stopped, and is not used where the aberration is deteriorated. I was Specifically, the relationship between the amount of aberration generated and the amount of heat accumulated in the projection optical system and the heat absorption characteristics of the projection optical system are determined in advance. At the time of actual exposure operation, the amount of heat accumulated in the projection optical system is sequentially calculated from the numerical model of the heat absorption characteristic obtained in advance, the mask transmittance, and the shutter opening / closing signal to calculate the amount of generated aberration. When the amount of aberration exceeds the allowable value, if the exposure operation is temporarily stopped, the amount of heat accumulated in the projection optical system is attenuated, and the amount of aberration falls below the allowable value, so that the exposure operation can be performed again. Such an exposure method is disclosed in, for example, JP-A-63-291417.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、求められた収差量はあくまでも予測値であ
り、実際の収差発生量がわからない。特に近年において
は解像力を増すための技術として、輪帯状の照明、ある
いは特開平4−180612号公報や特開平4−180
613号公報に開示されているような複数方向からの傾
斜照明等が提案され、さらに特公昭62−50811号
公報に開示されているような位相シフトマスクも提案さ
れている。これらの技術を使用した場合、投影光学系内
部での照明光の強度分布が異なる。このため照明エネル
ギーは同一でも照明条件あるいはレチクルによって発生
する収差量も異なり、収差発生量の予測が困難である。
従って従来の収差量を予想する方法では所望の露光動作
に対応ができないという問題点があった。本発明はこの
様な従来の問題点に鑑みてなされたもので、実際の収差
量の計測を可能とし、結像特性の変動に対応可能な装置
及び方法を提供することを目的とする。
In the prior art as described above, the obtained amount of aberration is a predicted value to the last, and the actual amount of aberration is unknown. In particular, in recent years, techniques for increasing the resolving power include annular illumination, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-180612 and 4-180.
No. 613 discloses an oblique illumination from a plurality of directions, and a phase shift mask disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-50811 has also been proposed. When these techniques are used, the intensity distribution of the illumination light inside the projection optical system differs. For this reason, even if the illumination energy is the same, the amount of aberration generated by the illumination condition or the reticle is different, and it is difficult to predict the amount of aberration generated.
Therefore, there is a problem that the conventional method of estimating the amount of aberration cannot cope with a desired exposure operation. The present invention has been made in view of such conventional problems, and has an apparatus which can measure an actual amount of aberration and can cope with a change in imaging characteristics.
And a method .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記問題点の解決のため
に本発明では、光源(1)からの照明光をマスク(R)
に照射する照明光学系(6、7、10)と、マスクのパ
ターン(PA)を感光基板(W)上に結像する投影光学
系(PL)と、感光基板を保持するとともに投影光学系
の光軸(AX)方向及び光軸と垂直な方向に移動可能な
ステージ(15)とを有する投影露光装置において、ス
テージ上に設けられ、所定の開口パターンを有する基準
部材(19)と;ステージを光軸方向に移動させながら
開口パターンをステージ側より照明し、投影光学系を介
してマスクに到達しマスクで反射された光を、投影光学
系と開口パターンを介して受光する受光手段と;光軸方
向に関するステージの位置を計測するステージ位置計測
手段と;光電検出手段から得られる信号波形より投影光
学系の収差量を求める収差量演算手段とを設けた。
た、本発明はマスクのパターンを投影光学系を介して基
板上に投影することによって基板を露光する投影露光装
置であって、投影光学系は鏡筒(52)に固定された第
1及び第2の固定レンズエレメント(37、50)と、
第1の固定レンズ(37)と第2の固定レンズ(50)
との間に配置され鏡筒に対して移動可能な可動レンズエ
レメント(44)とを有しており、その可動レンズエレ
メントを移動させる駆動手段(48)と、投影光学系の
球面収差を検出する検出手段(20〜26,28)と、
検出手段によって検出された球面収差に基づいて駆動手
段を制御して可動レンズエレメントを移動する制御手段
(29)とを有することを特徴とするものである。 さら
に、本発明はマスクのパターンを投影光学系を介して基
板上に投影することによって基板を露光する投影露光方
法であって、投影光学系の球面収差を検出し、検出され
た球面収差に基づいて、投影光学系の鏡筒に固定された
第1及び第2の固定レンズエレメントの間に配置され鏡
筒に対して移動可能な可動レンズエレメントを移動させ
ることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, illumination light from a light source (1) is masked by a mask (R).
Optical system (6, 7, 10) for irradiating the light, a projection optical system (PL) for forming an image of a mask pattern (PA) on a photosensitive substrate (W), a projection optical system for holding the photosensitive substrate, and In a projection exposure apparatus having a stage (15) movable in an optical axis (AX) direction and a direction perpendicular to the optical axis, a reference member (19) provided on the stage and having a predetermined opening pattern; Light receiving means for illuminating the aperture pattern from the stage side while moving in the direction of the optical axis, and receiving the light reaching the mask via the projection optical system and reflected by the mask via the projection optical system and the aperture pattern; A stage position measuring means for measuring the position of the stage in the axial direction; and an aberration calculating means for calculating an aberration amount of the projection optical system from a signal waveform obtained from the photoelectric detecting means are provided. Ma
Further, the present invention is based on the fact that the pattern of the mask is based on a projection optical system.
A projection exposure apparatus that exposes a substrate by projecting onto a plate
The projection optical system is a second optical system fixed to the lens barrel (52).
First and second fixed lens elements (37, 50);
First fixed lens (37) and second fixed lens (50)
Is movable between the lens barrel and
And a movable lens element (44).
Driving means (48) for moving the projection lens and a projection optical system.
Detecting means (20 to 26, 28) for detecting spherical aberration;
The driving hand is operated based on the spherical aberration detected by the detecting means.
Control means for controlling the step and moving the movable lens element
(29). Further
In the present invention, the mask pattern is based on a projection optical system.
A projection exposure method that exposes a substrate by projecting it on a plate
Method to detect and detect spherical aberration of the projection optical system.
Fixed to the barrel of the projection optical system based on the spherical aberration
A mirror disposed between the first and second fixed lens elements;
Move the movable lens element that is movable with respect to the cylinder
It is characterized by that.

【0007】[0007]

【作用】本発明においては、ステージ上に設けられた所
定の開口パターンをステージ側から露光光とほぼ等しい
波長の光で照明し、この照明光を投影光学系を介してマ
スクに入射させる。そしてマスクで反射された照明光を
投影光学系、開口パターンを介して光電検出器に入射さ
せる。この光電検出器からの光電検出信号の波形を用い
て収差量を求める。たのため、テスト基板への露光、現
像、測定といった手順を省くことができるとともに専用
のパターンをマスク上に設ける必要がないため、実際の
測定時においても逐次、収差量の変化を知ることができ
る。この結果、収差が発生している状態で露光を行い、
不良品を出すという不都合はない。
In the present invention, a predetermined opening pattern provided on the stage is illuminated from the stage side with light having a wavelength substantially equal to the exposure light, and this illumination light is incident on the mask via the projection optical system. Then, the illumination light reflected by the mask is made incident on the photoelectric detector via the projection optical system and the aperture pattern. The amount of aberration is obtained using the waveform of the photoelectric detection signal from the photoelectric detector. Therefore, procedures such as exposure, development, and measurement on the test substrate can be omitted, and there is no need to provide a dedicated pattern on the mask. it can. As a result, exposure is performed while aberration is occurring,
There is no inconvenience of taking out defective products.

【0008】[0008]

【実施例】図1は本発明の一実施例による投影露光装置
の概略的な構成を示す平面図である。図において超高圧
水銀ランプ等の光源1はレジスト層を感光する波長域の
照明光(i線等)ILを発生する。露光用光源として
は、水銀ランプ等の輝線の他、KrF、ArFエキシマ
レーザ等のレーザ光源、あるいは金属蒸気レーザやYA
Gレーザの高調波を用いても構わない。照明光ILは楕
円鏡2で反射してその第2焦点f0 に集光した後、ミラ
ー5及びコリメータレンズ6、フライアイレンズ7に入
射する。フライアイレンズの射出側には可変絞り8が設
けられており、レチクルの種類やパターンの周期性に応
じて照明条件を変更することが可能になっている。この
照明条件の変更はモータ9により可変絞り8を駆動する
ことにより実行される。
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to one embodiment of the present invention. In the figure, a light source 1 such as an ultra-high pressure mercury lamp generates illumination light (i-line or the like) IL in a wavelength range for exposing a resist layer. As a light source for exposure, in addition to an emission line such as a mercury lamp, a laser light source such as a KrF or ArF excimer laser, or a metal vapor laser or YA
A harmonic of the G laser may be used. The illumination light IL is reflected by the elliptical mirror 2 and condensed at its second focal point f 0 , and then enters the mirror 5, the collimator lens 6, and the fly-eye lens 7. A variable stop 8 is provided on the exit side of the fly-eye lens, so that illumination conditions can be changed according to the type of reticle and the periodicity of the pattern. The change of the illumination condition is executed by driving the variable aperture 8 by the motor 9.

【0009】また、第2焦点f0 の近傍にはモータ4に
よって照明光ILの光路の閉鎖、開放を行うシャッター
(例えば4枚羽のロータリーシャッタ)3が配置され
る。可変絞り8を通過した照明光ILはリレーレンズ1
2a、12b及びレチクルR上の照明領域を制限する可
変ブラインド11、コンデンサーレンズ13を含む光学
系10に入射し、ミラー14に到り、ここで、ほぼ垂直
に下方に反射された後、レチクルRのパターン領域PA
をほぼ均一な照度で照明する。レチクルRはレチクルス
テージRS上に載置されており、レチクルステージRS
はレチクルRをXY方向に微動可能となっている。ま
た、レチクルステージRSは駆動部51によりレチクル
RをZ方向(光軸方向)へも微動可能であり、レチクル
Rと投影光学系PLの距離を変えたり、レチクルRを光
軸AXに垂直な平面に対して傾けることができる。パタ
ーン領域PAを通過した照明光ILは両側テレセントリ
ックな投影光学系PLに入射し、投影光学系PLはレチ
クルRの回路パターンの投影像をウェハW上に形成す
る。ウェハWは表面にレジスト層が形成され、その表面
が最良結像面とほぼ一致するようにウェハステージ15
上に保持され、回路パターンはウェハW上の1つのショ
ット領域に重合わせて結像投影される。(図1は説明の
都合上ウェハW上に結像していない。)ウェハWはウェ
ハホルダ16に真空吸着され、このホルダ16を介して
ウェハステージ15上に保持されている。ウェハステー
ジ15は投影光学系PLの最良結像面に対し、任意方向
に傾斜可能でかつ光軸方向(Z方向)に微動可能である
とともに、ステップ・アンド・リピート方式で2次元方
向(X、Y方向)に移動可能に構成されており、ウェハ
W上の1つのショット領域に対するレチクルRの転写露
光が終了すると、次のショット位置までステッピングさ
れる。
A shutter (for example, a rotary shutter with four blades) 3 for closing and opening the optical path of the illumination light IL by a motor 4 is disposed near the second focal point f 0 . The illumination light IL that has passed through the variable aperture 8 is
2a, 12b and a variable blind 11 for limiting an illumination area on the reticle R, and an optical system 10 including a condenser lens 13 and reach a mirror 14, where the reticle R Pattern area PA
Is illuminated with substantially uniform illuminance. Reticle R is mounted on reticle stage RS, and reticle stage RS
Is capable of finely moving the reticle R in the XY directions. The reticle stage RS can finely move the reticle R in the Z direction (optical axis direction) by the drive unit 51, and can change the distance between the reticle R and the projection optical system PL, or move the reticle R in a plane perpendicular to the optical axis AX. Can be tilted against. The illumination light IL that has passed through the pattern area PA enters a projection optical system PL that is telecentric on both sides, and the projection optical system PL forms a projection image of the circuit pattern of the reticle R on the wafer W. A resist layer is formed on the surface of the wafer W, and the wafer stage 15 is moved so that the surface substantially matches the best image forming plane.
The circuit pattern is held on the wafer W and is image-formed and projected on one shot area on the wafer W so as to overlap. (FIG. 1 does not form an image on the wafer W for the sake of explanation.) The wafer W is vacuum-adsorbed on the wafer holder 16 and is held on the wafer stage 15 via the holder 16. The wafer stage 15 can be tilted in any direction with respect to the best image forming plane of the projection optical system PL and can be finely moved in the optical axis direction (Z direction), and can be moved in a two-dimensional direction (X, When the transfer exposure of the reticle R to one shot area on the wafer W is completed, stepping is performed to the next shot position.

【0010】また、図1中には投影光学系PLの最良像
面に向けてピンホール、あるいはスリットの像を形成す
るための結像光束を光軸AXに対して斜め方向より供給
する照射光学系17と、その結像光束のウェハWの表面
での反射光束をスリットを介して受光する受光光学系1
8から成る斜入射方式の合焦系(ウェハ位置検出系)が
設けられている。この合焦系の構成等については、例え
ば特開昭60−168112号公報に開示されており、
ウェハ表面の結像面に対する方向(Z方向)の位置を検
出し、ウェハWと投影光学系PLとの合焦状態を検出す
るものである。尚、本実施例では設計上の最良結像面が
零点基準となるように、予め受光光学系18の内部に設
けられた不図示の平行平板ガラス(プレーンパラレル)
の角度が調整されて、合焦系のキャリブレーションが行
われる。
FIG. 1 shows an irradiation optical system which supplies an image forming light beam for forming an image of a pinhole or a slit obliquely to the optical axis AX toward the best image plane of the projection optical system PL. System 17 and light receiving optical system 1 for receiving, via a slit, a light beam reflected by the surface of wafer W of the image forming light beam
A focusing system (wafer position detection system) of the oblique incidence type comprising 8 is provided. The configuration and the like of this focusing system are disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-168112.
The position of the wafer surface in the direction (Z direction) with respect to the imaging plane is detected, and the focus state of the wafer W and the projection optical system PL is detected. In this embodiment, an unillustrated parallel flat glass (plane parallel) provided in advance in the light receiving optical system 18 so that the best imaging plane in design becomes the zero point reference.
Is adjusted, and the focusing system is calibrated.

【0011】次に収差検出系の説明を行う。ウェハステ
ージ15上にはパターン板19が設けられており、パタ
ーン板19上には図2に示すように収差検出用の所定の
開口パターンが描かれている。ここではパターン板19
の表面はウェハWの表面とほぼ同一平面上となるように
パターン板19が設けられている。ほぼ照明光ILと同
一波長領域の光線IL’は2分岐ファイバー20、可変
絞り21、リレーレンズ23a、23b、ミラー24、
コンデンサーレンズ25を介してウェハステージ15側
(下方)よりパターン板19を照明する。照明光IL’
は光源1からの照明光ILを分岐してもよいし、照明光
ILと同一波長の光を射出する光源を別設してもよい。
パターン板19のパターン開口部より出た光束は投影光
学系PLを介してレチクルRのパターン面PAに結像
し、その反射光が再び投影光学系PLを介してパターン
板19上に結像する。パターン板19に到った光束は再
びパターン19の開口部を通過し、コンデンサーレンズ
25、ミラー24、リレーレンズ23a、23b、可変
絞り21及び2分岐ファイバー20を通り、光電変換素
子26に達する。主制御系29はモータ27を制御して
ウェハステージ15をZ方向に移動し、これと同時に主
制御系29内の収差検出系28は光電変換素子26から
の信号S3を焦点検出系の受光光学系18からの信号と
同期して受取る。これにより収差検出系28はウェハス
テージ15のZ方向の位置に対する光電変換素子26の
出力を得る。主制御系29は可変絞り8を駆動するモー
タ9や可変絞り21を駆動するモータ22の制御も行
う。尚、収差検出系28はTTL(スルーザレンズ)方
式の焦点位置検出(投影光学系PLの結像面検出)に用
いることが可能で焦点位置と収差を同時に検出すること
ができる。主制御系29は駆動部51の制御の他、装置
全体を統括的に制御する。ここで、開口パターンは非点
収差を考慮して、図2の様に多方向のパターンの組み合
わせとなっている。
Next, the aberration detection system will be described. A pattern plate 19 is provided on the wafer stage 15, and a predetermined aperture pattern for detecting aberration is drawn on the pattern plate 19 as shown in FIG. Here, the pattern plate 19
Is provided with a pattern plate 19 so as to be substantially flush with the surface of the wafer W. The light beam IL ′ having substantially the same wavelength range as the illumination light IL is split into a two-branch fiber 20, a variable stop 21, relay lenses 23a and 23b, a mirror 24,
The pattern plate 19 is illuminated from the wafer stage 15 side (below) through the condenser lens 25. Illumination light IL '
May split the illumination light IL from the light source 1 or may separately provide a light source that emits light having the same wavelength as the illumination light IL.
The light beam emitted from the pattern opening of the pattern plate 19 forms an image on the pattern surface PA of the reticle R via the projection optical system PL, and the reflected light forms an image on the pattern plate 19 again via the projection optical system PL. . The light flux reaching the pattern plate 19 passes through the opening of the pattern 19 again, passes through the condenser lens 25, the mirror 24, the relay lenses 23a and 23b, the variable stop 21, and the two-branch fiber 20, and reaches the photoelectric conversion element 26. The main control system 29 controls the motor 27 to move the wafer stage 15 in the Z direction. At the same time, the aberration detection system 28 in the main control system 29 receives the signal S3 from the photoelectric conversion element 26 and receives light from the focus detection system. Received in synchronization with the signal from the system 18. Thereby, the aberration detection system 28 obtains the output of the photoelectric conversion element 26 with respect to the position of the wafer stage 15 in the Z direction. The main control system 29 also controls the motor 9 driving the variable aperture 8 and the motor 22 driving the variable aperture 21. The aberration detection system 28 can be used for TTL (through-the-lens) type focus position detection (detection of the imaging plane of the projection optical system PL), and can simultaneously detect the focus position and the aberration. The main control system 29 controls the entire device in addition to the control of the drive unit 51. Here, the aperture pattern is a combination of multi-directional patterns as shown in FIG. 2 in consideration of astigmatism.

【0012】収差検出系28により焦点位置が求まる原
理を図3を用いて簡単に説明する。図3(a)はレチク
ルRとパターン板19とが共役な位置から若干ずれてい
るときのマスクRで反射され、投影光学系PLを介して
再び結像された開口パターン19の像の光量分布を示す
図であり、図3(b)はマスクRとパターン板19とが
共役な位置にあるとき、マスクRで反射され投影光学系
PLを介して再び結像された開口パターン19の像の光
量分布を示す図であり、図3(c)は基準パターン板1
9の一例を示している。図3(c)において19aはク
ロム蒸着膜等による遮光部である。
The principle by which the focus position is determined by the aberration detection system 28 will be briefly described with reference to FIG. FIG. 3A shows the light amount distribution of the image of the aperture pattern 19 reflected by the mask R when the reticle R and the pattern plate 19 are slightly displaced from the conjugate position, and re-imaged via the projection optical system PL. FIG. 3B shows an image of the aperture pattern 19 reflected by the mask R and re-formed through the projection optical system PL when the mask R and the pattern plate 19 are at conjugate positions. FIG. 3C is a diagram showing a light amount distribution, and FIG.
9 shows an example. In FIG. 3C, reference numeral 19a denotes a light-shielding portion made of a chromium vapor deposition film or the like.

【0013】基準パターン板19とレチクルRのパター
ン面とが共役な位置にあるとき、基準パターン板19の
像の強度分布は、図3(b)の分布Caに示すように、
基準パターン板19自体の明暗の分布とほぼ一致し、基
準パターン板19の透過部を介してほぼ大部分の光がウ
ェハステージ15に戻っていく。一方、基準パターン板
19がレチクルRのパターン面と共役な面から若干ずれ
ている場合、レチクルRからの反射光により再結像され
た基準パターン板19の像は、図3(a)の分布Cbに
示すようにコントラストが低下する。この場合、図3
(a)の分布Cb中の斜線部は、図3(c)の基準パタ
ーン19の遮光部(非透過部)19aに重なり、基準パ
ターン19を通過していくことができず、光電変換素子
26に達する光量は減少する。
When the reference pattern plate 19 and the pattern surface of the reticle R are at conjugate positions, the intensity distribution of the image of the reference pattern plate 19 becomes as shown in a distribution Ca of FIG.
The distribution substantially matches the light and dark distribution of the reference pattern plate 19 itself, and almost all of the light returns to the wafer stage 15 via the transmission part of the reference pattern plate 19. On the other hand, when the reference pattern plate 19 is slightly displaced from the plane conjugate with the pattern surface of the reticle R, the image of the reference pattern plate 19 re-imaged by the reflected light from the reticle R has a distribution shown in FIG. The contrast decreases as indicated by Cb. In this case, FIG.
The hatched portion in the distribution Cb of (a) overlaps the light-shielding portion (non-transmissive portion) 19a of the reference pattern 19 in FIG. 3C, cannot pass through the reference pattern 19, and the photoelectric conversion element 26 Is reduced.

【0014】図4は光電変換素子26からの検出信号S
3の出力値を縦軸とし、パターン板19のZ座標を横軸
とし、開口パターン19をZ方向に移動させた場合の光
電変換素子26からの出力値を示す図である。パターン
板19のZ方向の位置は焦点検出系の受光光学系18か
らの出力から求めることができる。図4中で最も光電変
換素子26の出力値S3が最も大きいとき(ピーク値の
とき)のZ座標ZaはレチクルRとパターン板19とが
ほぼ共役な位置にあるときを示し、図3(b)の場合に
相当する。図4中で光電変換素子26からの出力値がピ
ーク値から下がっている点にあるときのZ座標Zbはレ
チクルRとパターン板19とが共役な位置から若干ずれ
ている時を示し、図3(a)の場合に相当する。
FIG. 4 shows a detection signal S from the photoelectric conversion element 26.
3 is a diagram illustrating the output value from the photoelectric conversion element 26 when the opening pattern 19 is moved in the Z direction, with the output value of No. 3 as the vertical axis and the Z coordinate of the pattern plate 19 as the horizontal axis. The position of the pattern plate 19 in the Z direction can be obtained from the output from the light receiving optical system 18 of the focus detection system. When the output value S3 of the photoelectric conversion element 26 is the largest (peak value) in FIG. 4, the Z coordinate Za indicates the case where the reticle R and the pattern plate 19 are substantially conjugate with each other. ). In FIG. 4, the Z coordinate Zb when the output value from the photoelectric conversion element 26 is at a point lower than the peak value indicates that the reticle R and the pattern plate 19 are slightly displaced from the conjugate position. This corresponds to the case (a).

【0015】以上の様に基準パターン板19が投影光学
系PLの焦点位置に来たとき、光電変換素子26から出
力される検出信号S3は最大となる。検出信号S3の信
号波形は光束の干渉現象により、例えば図4に示すよう
にピークの両側で凹状に落ち込む波形となる。次に、結
像状態を補正するための補正手段の構成について説明す
る。本実施例においては、投影光学系PLのレンズエレ
メントを駆動したり、レンズエレメント間の圧力を変え
ることにより、結像特性(球面収差、コマ収差、非点収
差、像面湾曲等)を補正する構成となっている。このた
め、投影光学系PLの光学要素の一部が移動可能となっ
ている。さらに、投影光学系PLの光学要素間の圧力を
可変とする構成となっている。図5は図1の装置を部分
的に説明する図であり、レチクルRの駆動部と投影光学
系PLの光学要素の駆動部と光学要素間の圧力を可変と
する機構を示す図である。レチクルRに最も近いレンズ
エレメント33は支持部材34により固定され、駆動素
子35を介して支持部材36上に設けられている。支持
部材36は投影光学系PLの鏡筒52に固定されてい
る。駆動素子35はそれぞれ120°ずつ回転した位置
に配置された駆動素子35a、35b、35c(図5で
は35a、35bのみ図示)からなり、各々の駆動素子
は駆動素子制御部38により独立制御可能となってい
る。尚、図5ではレンズエレメント33は1つのレンズ
として示しているが、3群(或いは2群)のレンズ群か
らなるレンズエレメントであるものとし、レンズエレメ
ント33を構成する各々のレンズ群は駆動素子(不図
示)により独立に微動可能となっている。
As described above, when the reference pattern plate 19 comes to the focal position of the projection optical system PL, the detection signal S3 output from the photoelectric conversion element 26 becomes maximum. The signal waveform of the detection signal S3 becomes a waveform that falls in a concave shape on both sides of the peak, for example, as shown in FIG. Next, the configuration of the correction means for correcting the imaging state will be described. In the present embodiment, the imaging characteristics (such as spherical aberration, coma, astigmatism, and field curvature) are corrected by driving the lens elements of the projection optical system PL or changing the pressure between the lens elements. It has a configuration. Therefore, some of the optical elements of the projection optical system PL can be moved. Further, the pressure between the optical elements of the projection optical system PL is variable. FIG. 5 is a diagram partially illustrating the apparatus of FIG. 1, and is a diagram illustrating a mechanism for varying the pressure between the driving unit of the reticle R, the driving unit of the optical element of the projection optical system PL, and the optical element. The lens element 33 closest to the reticle R is fixed by a support member 34 and provided on a support member 36 via a drive element 35. The support member 36 is fixed to the lens barrel 52 of the projection optical system PL. The driving elements 35 are composed of driving elements 35a, 35b, and 35c (only 35a and 35b are shown in FIG. 5) arranged at positions rotated by 120 °, and each driving element can be independently controlled by a driving element control unit 38. Has become. Although the lens element 33 is shown as one lens in FIG. 5, it is assumed that the lens element is a lens element including three (or two) lens groups, and each lens group constituting the lens element 33 is a driving element. (Not shown) enables independent fine movement.

【0016】また、投影光学系PLの瞳面P1近傍に近
いレンズエレメント44は支持部材45により固定さ
れ、駆動素子46を介して支持部材47上に設けられて
いる。支持部材47は投影光学系PLの鏡筒52に固定
されている。駆動素子46はそれぞれ120°ずつ回転
した位置に配置された駆動素子46a、46b、46c
(図5では46a、46bのみ図示)からなり、各々の
駆動素子は駆動素子制御部48により独立制御可能とな
っている。駆動素子35、46としては、例えば電歪素
子,磁歪素子を用い、駆動素子に与える電圧または磁界
に応じた駆動素子の変位量は予め求めておくものとす
る。ここでは図示していないが、駆動素子のヒステリシ
ス性を考慮し、位置検出装置として容量型変位センサ,
差動トランス等を駆動素子の近傍に設けることとする。
これにより、駆動素子に与える電圧または磁界に対応し
た駆動素子の位置をモニターできるので、高精度な駆動
が可能となる。レンズエレメン33、44の微動はレン
ズエレメントの間隔を変えたり、レンズエレメントを光
軸AXに垂直な平面に対して傾けたり、レンズエレメン
トを光軸AXに垂直な平面内で移動したりするように行
われる。このような光学要素を駆動する構成、動作につ
いては特開平4−134813号公報に詳しく開示され
ている。
A lens element 44 near the pupil plane P1 of the projection optical system PL is fixed by a support member 45 and provided on a support member 47 via a drive element 46. The support member 47 is fixed to the lens barrel 52 of the projection optical system PL. Driving elements 46a, 46b, 46c are arranged at positions rotated by 120 °, respectively.
(Only 46a and 46b are shown in FIG. 5), and each drive element can be independently controlled by a drive element control unit 48. As the driving elements 35 and 46, for example, an electrostrictive element or a magnetostrictive element is used, and a displacement amount of the driving element according to a voltage or a magnetic field applied to the driving element is obtained in advance. Although not shown here, in consideration of the hysteresis of the driving element, a capacitive displacement sensor,
A differential transformer or the like is provided near the driving element.
Thereby, the position of the driving element corresponding to the voltage or the magnetic field applied to the driving element can be monitored, so that highly accurate driving can be performed. The fine movement of the lens elements 33 and 44 changes the distance between the lens elements, tilts the lens element with respect to a plane perpendicular to the optical axis AX, and moves the lens element in a plane perpendicular to the optical axis AX. Done. The configuration and operation for driving such an optical element are disclosed in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-134814.

【0017】本実施例では駆動素子制御部38によって
前述の駆動素子35を制御することにより、レチクルR
に近いレンズエレメント33を移動可能となっており、
レンズエレメント33はコマ収差、像面湾曲等の結像特
性に与える影響が他のレンズエレメントに比べて大きく
制御しやすいものを選択してある。また、移動可能なレ
ンズエレメント33を3群構成としているため、他の諸
収差の変動を押さえつつレンズエレメントを移動させる
ことにより移動範囲を大きくできる。また、駆動素子制
御部48によって前述の駆動素子46を制御することに
より、瞳面P1に近いレンズエレメント44を移動可能
となっており、レンズエレメント44は球面収差に与え
る影響が他のレンズエレメントに比べて大きく制御しや
すいものを選択してある。
In this embodiment, the reticle R is controlled by controlling the driving element 35 by the driving element control section 38.
The lens element 33 close to is movable.
The lens element 33 is selected so that the influence on the imaging characteristics such as coma aberration and curvature of field is large and easy to control as compared with other lens elements. In addition, since the movable lens element 33 has a three-group configuration, the range of movement can be increased by moving the lens element while suppressing variations in other aberrations. Further, by controlling the above-described driving element 46 by the driving element control unit 48, the lens element 44 close to the pupil plane P1 can be moved, and the effect of the lens element 44 on the spherical aberration is affected by other lens elements. Those that are larger and easier to control are selected.

【0018】レンズエレメント37と50とは鏡筒52
に固定されており、気圧調整装置39はレンズエレメン
ト33とレンズエレメント37との間のレンズ室内の空
気の圧力を調整し、気圧調整装置49はレンズエレメン
ト44とエンズエレメント50との間のレンズ室内の空
気の圧力を調整する。このようにレンズエレメント間の
空気部の圧力を変えることにより投影光学系の結像特性
を変化させて収差等を補正することは特開昭60−78
454に開示されている。
The lens elements 37 and 50 are connected to a lens barrel 52.
, The air pressure adjusting device 39 adjusts the pressure of the air in the lens chamber between the lens element 33 and the lens element 37, and the air pressure adjusting device 49 adjusts the pressure in the lens chamber between the lens element 44 and the end element 50. Adjust the air pressure. Japanese Patent Laid-Open No. 60-78 discloses a technique for correcting the aberration and the like by changing the image forming characteristics of the projection optical system by changing the pressure of the air portion between the lens elements.
454.

【0019】また、瞳面P1の近傍には2枚のシリンド
リカルレンズ40、41が設けられており、これらを駆
動部42、43により相対的に回転させたり、レンズの
間隔を変えたりすることにより非点収差を制御する。シ
リンドリカルレンズ40、41は互いに直交した方向に
配置されており、これらを相対的に回転させることによ
りX、Y方向での屈折率を変化させる。そしてX、Y成
分が互いに打ち消し合うようにこれらのレンズを相対的
に回転させて他のレンズエレメントで発生した非点収差
成分を除去する。主制御系29はこれらの駆動素子制御
部38、48、駆動部42、43、気圧調整装置39、
49を制御する。
Further, two cylindrical lenses 40 and 41 are provided near the pupil plane P1, and these two lenses are relatively rotated by driving units 42 and 43 or the distance between the lenses is changed. Controls astigmatism. The cylindrical lenses 40 and 41 are arranged in directions orthogonal to each other, and change the refractive index in the X and Y directions by relatively rotating them. Then, these lenses are relatively rotated so that the X and Y components cancel each other, and astigmatism components generated by other lens elements are removed. The main control system 29 includes these drive element control units 38 and 48, drive units 42 and 43, an air pressure adjustment device 39,
49 is controlled.

【0020】次に前述の可変絞り8及び投影光学系PL
内の可変絞り30について、簡単に説明する。照明系の
特性を示す数値としては一般に、投影光学系の開口数N
Aと照明光のコヒーレンシィを表すσ値とが用いられ
る。図6を参照して開口数とσ値について説明する。図
6において、投影光学系PLの瞳面P1、即ちマスクパ
ターンPAのフーリエ変換面には開口絞り30が設けら
れているため、投影光学系PLのレチクルR側からの光
束が通過できる最大の角度θR 及び投影光学系PLから
ウェハW(パターン板19)側に落射する光束の最大の
角度θW は所定の値に制限されている。投影光学系PL
の開口数PLはsinθW であり、投影倍率を1/mとす
ると、sinθR =sinθW /mの関係にある。
Next, the above-mentioned variable stop 8 and projection optical system PL
The variable aperture 30 will be briefly described. Generally, the numerical value indicating the characteristic of the illumination system is the numerical aperture N of the projection optical system.
A and a value representing the coherency of the illumination light are used. The numerical aperture and the σ value will be described with reference to FIG. In FIG. 6, since the aperture stop 30 is provided on the pupil plane P1 of the projection optical system PL, that is, the Fourier transform plane of the mask pattern PA, the maximum angle through which the light beam from the reticle R side of the projection optical system PL can pass. θ R and the maximum angle θ W of the light beam falling from the projection optical system PL toward the wafer W (pattern plate 19) are limited to predetermined values. Projection optical system PL
The numerical aperture PL of a sin [theta W, when the projection magnification and 1 / m, a relation of sinθ R = sinθ W / m.

【0021】[0021]

【数1】σIL=sinθIL/sinθR =m・sinθ
IL/sinθW 一般に開口数NAが大きい程解像度は向上するが、焦点
深度が浅くなる。一方、σ値が小さい程に露光光ILの
コヒーレンシィが良くなるため、σ値が小さくなるとパ
ターンのエッジが強調され、σ値が大きいとパターンの
エッジがぼけるが、より細いパターンの解像ができるよ
うになる。従って、σ値が変化すると、投影光学系PL
の瞳面P1における照度分布が変化する。
## EQU1 ## σ IL = sin θ IL / sin θ R = m · sin θ
IL / sin θ W In general, the larger the numerical aperture NA, the higher the resolution, but the shallower the depth of focus. On the other hand, the smaller the σ value, the better the coherency of the exposure light IL. Therefore, when the σ value is small, the edge of the pattern is emphasized, and when the σ value is large, the edge of the pattern is blurred. become able to. Therefore, when the σ value changes, the projection optical system PL
The illuminance distribution on the pupil plane P1 changes.

【0022】このことは、前述のように照明条件によ
り、投影光学系PL内部の温度分布が変化し、温度上昇
によって発生する収差が異なることを意味する。具体的
には、回転板8には、図7に示すように、例えば6種類
の開口絞り132〜137を等角度間隔で形成する。こ
れらの開口絞りの内で、円形開口絞り132及び133
はそれぞれ異なる直径の通常の円形の開口部132a及
び133aを有し、輪帯開口絞り134は輪帯状の開口
部134aを有する。また、複数傾斜照明用の開口絞り
135及び136はそれぞれ互いに直交する方向に配置
された1対の微小開口部135a,135b及び136
a,136bを有し、複数傾斜照明用の開口絞り137
は光軸を中心として等距離に配置された4個の微小開口
部137a〜137dを有する。
This means that, as described above, the temperature distribution inside the projection optical system PL changes depending on the illumination conditions, and that the aberration generated due to the temperature rise differs. Specifically, for example, six types of aperture stops 132 to 137 are formed on the rotating plate 8 at equal angular intervals, as shown in FIG. Among these aperture stops, circular aperture stops 132 and 133
Have ordinary circular openings 132a and 133a of different diameters, and the annular aperture stop 134 has an annular opening 134a. The aperture stops 135 and 136 for multiple tilt illumination are a pair of minute openings 135a, 135b and 136 arranged in directions orthogonal to each other.
a, 136b, aperture stop 137 for multiple tilt illumination
Has four minute openings 137a to 137d arranged equidistantly about the optical axis.

【0023】尚、回転板8の絞り135,136,13
7を使用するときには各開口部からの照明光束のσ値が
0.1〜0.3程度となるように設定することが望まし
い。更に、レチクルパターンの微細度(ピッチ等)に応
じて絞り135〜137の各々における各開口部の位置
を微調整できるように構成しておくことが望ましい。更
に、絞り133〜137を用いるときはレチクルまたは
ウェハ上での照度均一性が悪くなり得るのでフライアイ
レンズ7の各エレメントを細かくする(断面積を小さく
する)ことが望ましい。さらに別のインテグレータ(フ
ライアイ型又はロッド型)を追加して2段のインテグレ
ータ構造としても良い。
The apertures 135, 136, 13 of the rotary plate 8
When using No. 7, it is desirable to set so that the σ value of the illumination light beam from each opening is about 0.1 to 0.3. Further, it is desirable that the position of each opening in each of the apertures 135 to 137 can be finely adjusted according to the fineness (pitch or the like) of the reticle pattern. Further, when the stops 133 to 137 are used, the uniformity of the illuminance on the reticle or the wafer may be deteriorated. Therefore, it is desirable to make each element of the fly-eye lens 7 fine (reduce the sectional area). Further, another integrator (fly-eye type or rod type) may be added to form a two-stage integrator structure.

【0024】また絞り135〜137の使用時は光量ロ
スが大きいので、光ファイバー、多面プリズム等の光分
割器を用いて、絞り上の各開口部に露光光を導くように
構成しておくと良い。また、回転板8の開口絞りの選択
基準の一例としては、特に微細パターンに対しては開口
絞り135,136,137(この3つの使い分けはレ
チクルパターンの周期性に応じて選択すれば良い)を用
い、線幅が厳しくないときは開口絞り132を用い、位
相シフトレチクルには例えば開口絞り133(又は開口
絞り141を使用しても良い)を用いる。開口絞り13
5は例えばX方向に配列された周期パターン、開口絞り
36はY方向に配列された周期パターン、開口絞り13
7は2次元パターンに対して有効である。
When the stops 135 to 137 are used, a large amount of light is lost. Therefore, it is preferable to use an optical splitter such as an optical fiber or a polygonal prism to guide the exposure light to each opening on the stop. . Further, as an example of the selection criteria of the aperture stop of the rotating plate 8, the aperture stops 135, 136, and 137 (especially, these three usages may be selected according to the periodicity of the reticle pattern) particularly for fine patterns. When the line width is not severe, the aperture stop 132 is used, and for the phase shift reticle, for example, the aperture stop 133 (or the aperture stop 141 may be used) is used. Aperture stop 13
5 is, for example, a periodic pattern arranged in the X direction, the aperture stop 36 is a periodic pattern arranged in the Y direction,
7 is effective for a two-dimensional pattern.

【0025】開口絞り135、136、137の開口部
の最適位置については特開平4−180612号公報、
特開平4−180613号公報や特開平4−22551
4号公報等に開示されている。例えば、開口絞り137
は2次元周期パターンに対して有効な開口絞りであり、
開口絞り137については1つの開口部137aに着目
したとき、X方向のパターンによる±1次回折光のいず
れか一方とY方向のパターンによる±1次回折光のいず
れか一方と0次回折光とが投影光学系PLの瞳面P1上
で光軸から等距離となるように、開口部137aの位置
を定める。他の開口部(137b〜137d)について
も同様の条件で位置を定めると結局各々の開口部(13
7a〜137d)は光軸から等距離となる位置に定めら
れる。
The optimum positions of the apertures of the aperture stops 135, 136 and 137 are described in JP-A-4-180612.
JP-A-4-180613 and JP-A-4-22551
No. 4 and the like. For example, the aperture stop 137
Is an aperture stop effective for a two-dimensional periodic pattern,
Regarding the aperture stop 137, when focusing on one opening 137a, one of the ± 1st-order diffracted lights by the pattern in the X direction and one of the ± 1st-order diffracted lights by the pattern in the Y direction and the 0th-order diffracted light are projected optically. The position of the opening 137a is determined so as to be equidistant from the optical axis on the pupil plane P1 of the system PL. If the positions of the other openings (137b to 137d) are determined under the same conditions, each of the openings (13
7a to 137d) are set at positions equidistant from the optical axis.

【0026】ここで、光電変換素子26からの信号波形
から収差を求める場合、照明光学系10からの照明光I
Lとパターン板19を通過した照明光IL’とが投影光
学系PLを通過する時の2つの光量分布を一致させるた
め、ファイバー20からの照明光による投影光学系PL
の瞳面P1における照度分布をフライアイレンズ7から
射出した照明光による投影光学系PLの瞳面P1におけ
る照度分布と等しくする必要がある。そこで、例えばフ
ァイバー束の合同端20bの近傍に回転板21を設け、
回転板21に設けられた開口絞りを図7に示す開口絞り
(132〜137)と相似な6種類の開口絞りとし、回
転板8の開口絞りに合わせて、回転板21の開口絞りを
選択するようにすればよい。
Here, when obtaining the aberration from the signal waveform from the photoelectric conversion element 26, the illumination light I from the illumination optical system 10 is used.
L and the illumination light IL ′ that has passed through the pattern plate 19 match the two light amount distributions when passing through the projection optical system PL.
It is necessary to make the illuminance distribution on the pupil plane P1 of the projection optical system PL by the illumination light emitted from the fly-eye lens 7 equal to the illuminance distribution on the pupil plane P1. Therefore, for example, a rotating plate 21 is provided near the joint end 20b of the fiber bundle,
The aperture stops provided on the rotary plate 21 are six types of aperture stops similar to the aperture stops (132 to 137) shown in FIG. 7, and the aperture stop of the rotary plate 21 is selected according to the aperture stop of the rotary plate 8. What should I do?

【0027】次に光電変換素子26からの信号波形から
収差を求める方法について説明する。光電検出信号の波
形より、各収差量が求められる原理は以下の様に説明で
きる。特定パターン線幅の解像を良くするため照明光源
のNAを小さくした場合(部分コヒーレント照明とした
場合)、投影光学系のレンズの中央部に光束がかたよる
(集まる)ことになる。マスクパターンがある場合は回
折光がレンズの周辺に到達するが、一般に0次以外の回
折光の強度は0次回折光よりも弱いのでレンズの中央部
に光束が偏るという傾向は変わらない。
Next, a method for obtaining aberration from the signal waveform from the photoelectric conversion element 26 will be described. The principle of obtaining each aberration amount from the waveform of the photoelectric detection signal can be explained as follows. When the NA of the illumination light source is reduced (partial coherent illumination) in order to improve the resolution of the specific pattern line width, the light flux is concentrated (converged) at the center of the lens of the projection optical system. When there is a mask pattern, the diffracted light reaches the periphery of the lens. However, since the intensity of the diffracted light other than the 0th-order light is generally weaker than that of the 0th-order diffracted light, the tendency that the light flux is biased toward the center of the lens remains unchanged.

【0028】そこで、投影光学系を構成するレンズにご
くわずかの熱吸収が存在した場合、投影光学系に光を照
射するとレンズを透過する光量に従って発熱が起こる。
レンズが発熱した場合、膨張とともに、多くの場合屈折
率が増加する(ただし、発熱による減少の場合もあ
る)。つまり、発熱により正のパワー(屈折力)を持つ
凸レンズではレンズ中央部の変形と分布屈折率レンズの
効果により、レンズ中央部のパワーが周辺部に比べて増
大する。図8にこの様子を示し、図8(a)は球面収差
がない状態を示し、図8(b)は球面収差を過剰補正し
た状態(球面収差が発生している状態)を示している。
図8(a)のように初期状態で球面収差が補正されてい
た場合、光の照射後には図8(b)の斜線で示すように
レンズ32の中央部のパワーが増大し、球面収差をMだ
け過剰補正した状態となるため焦点位置が変動する(ピ
ントがぼける)。
Therefore, if the lens constituting the projection optical system has very little heat absorption, when the projection optical system is irradiated with light, heat is generated according to the amount of light transmitted through the lens.
When the lens generates heat, the refractive index increases in many cases with expansion (however, the refractive index may decrease due to heat generation). That is, in a convex lens having a positive power (refractive power) due to heat generation, the power at the lens central portion is increased as compared with the peripheral portion due to the deformation of the lens central portion and the effect of the distributed index lens. FIG. 8 shows this state, FIG. 8A shows a state without spherical aberration, and FIG. 8B shows a state in which spherical aberration is overcorrected (state in which spherical aberration occurs).
When the spherical aberration has been corrected in the initial state as shown in FIG. 8A, the power of the central portion of the lens 32 increases as shown by the oblique lines in FIG. The focus position fluctuates because the image is overcorrected by M (the focus is out of focus).

【0029】図9は光電検出器26からの出力信号S3
を示す図であり、図4と同様に縦軸は信号強度を示し、
横軸はパターン板19のZ方向の位置を示す。図9
(a)は球面収差がない場合の出力信号S3を示し、図
9(b)は球面収差が発生している場合の出力信号S3
を示している。この状態でフォーカス検出装置による信
号検出を行った場合、図9(b)に示す様に光軸方向に
沿って広がった信号が得られることになる。球面収差の
ない状態では光束径は光軸に沿って対称な直径となる。
図9(a)に示された信号波形の半値幅はW1 であり、
半値幅W1 の中心とピーク値でのZ位置Z0 は一致して
いる。すなわち、図9(a)の信号波形はピーク値に関
して対称な信号波形となっている。
FIG. 9 shows an output signal S3 from the photoelectric detector 26.
FIG. 5 is a diagram showing the signal intensity on the vertical axis as in FIG.
The horizontal axis indicates the position of the pattern plate 19 in the Z direction. FIG.
9A shows the output signal S3 when there is no spherical aberration, and FIG. 9B shows the output signal S3 when spherical aberration occurs.
Is shown. When a signal is detected by the focus detection device in this state, a signal spread along the optical axis direction is obtained as shown in FIG. 9B. In a state where there is no spherical aberration, the light beam diameter has a symmetrical diameter along the optical axis.
Half-width of the illustrated signal waveform in FIG. 9 (a) is a W 1,
Z position Z 0 at the center and the peak value of the half width W 1 is consistent. That is, the signal waveform of FIG. 9A is a signal waveform symmetrical with respect to the peak value.

【0030】これに対して、図9(b)では球面収差過
剰補正により最小錯乱円位置(図9(b)ではZ1 )を
基準としてその前後での光束径は光軸にそって非対称な
直径となる。従って図9(b)に示した様に信号光量の
分布はZ1 に関して非対称となる。以上が光照射により
レンズが非対称に変形及び分布屈折率を持ち、フォーカ
ス検出信号が歪むプロセスである。なおレンズには凹レ
ンズも含まれるが、全体として凸レンズなので以上の説
明が定性的に当てはまる。その際、発生する(過剰補正
による)球面収差量に従って信号の半値幅w2 は半値幅
1 と比べて大きくなるので、半値幅w2 を測定して球
面収差量を測定することができる。また、信号の非対称
性も球面収差量に従って増大するため、信号の非対称性
から球面収差量を測定することも可能である。具体的に
は信号波形の左側のボトム値I0 と信号波形のピーク値
0 を挟んで右側のボトム値I1 との出力差I2 を測定
することによっても球面収差の測定が可能である。ま
た、ボトム値はボトム値I0 、I1 だけでなく高次成分
として複数のボトム値がピーク値P0 を挟んで左右に現
れる。この左右のボトム値を複数組に渡って比較するこ
とにより高精度に球面収差量を測定することができる。
尚、信号の半値幅Wの変化と球面収差の発生量の関係、
またはボトム値の差と球面収差の発生量の関係とは予め
試し焼き等を行うことより求められている。この関係は
入力手段53により主制御系29に入力され、主制御系
29内のメモリに記憶されているものとする。また像面
湾曲についても図2に示すような多方向の開口パターン
19aを用いて像面内のピント位置を測定することによ
り求める。
On the other hand, in FIG. 9B, the light beam diameter before and after the minimum confusion circle position (Z 1 in FIG. 9B) is asymmetric along the optical axis due to the spherical aberration overcorrection. The diameter. Therefore distribution of the signal light intensity as shown in FIG. 9 (b) is asymmetric with respect to Z 1. The above is the process in which the lens is asymmetrically deformed and has a distributed refractive index due to light irradiation, and the focus detection signal is distorted. Note that the lens includes a concave lens, but the above description qualitatively applies since it is a convex lens as a whole. At that time, the half-value width w 2 of the signal according to (excessively corrected by) the spherical aberration amount generated becomes larger than the half-value width W 1, can measure the spherical aberration by measuring the half-width w 2. Further, since the asymmetry of the signal also increases according to the amount of spherical aberration, the amount of spherical aberration can be measured from the asymmetry of the signal. It is possible to measure the spherical aberration by measuring the output difference I 2 between the bottom value I 1 of the right sides of the peak value P 0 of the bottom value I 0 and the signal waveform of the left signal waveform in particular . In addition, the bottom value includes not only the bottom values I 0 and I 1 but also a plurality of bottom values as high-order components appearing right and left across the peak value P 0 . By comparing the left and right bottom values over a plurality of sets, the spherical aberration amount can be measured with high accuracy.
Note that the relationship between the change in the half-value width W of the signal and the amount of generation of spherical aberration,
Alternatively, the relationship between the difference between the bottom values and the generation amount of spherical aberration is obtained by performing trial printing or the like in advance. This relationship is input to the main control system 29 by the input means 53, and is stored in the memory in the main control system 29. The curvature of field is also obtained by measuring the focus position in the image plane using the multidirectional aperture pattern 19a as shown in FIG.

【0031】以上のケースでは投影レンズに軸対称に光
束が当たった場合について説明した。しかし、マスクに
一方向のパターンがある場合等は回折光が軸対称ではな
く非対称に発生することになる。従って照射によるレン
ズの変形が軸に非対称に起こる場合が考えられる。つま
り照射により非点収差(非点隔差)が生じる。この場合
投影パターン板19のパターン19aを同一方向に揃
え、かつ、その方向を異なった少なくとも2つの方向
(投影光学系の光軸を中心として放射方向とそれに垂直
な方向)でフォーカス位置計測を行う様にする。すると
非点隔差がある場合は図7に示したピーク位置Z0 の値
が各々の方向で異なり、その差を計測することで非点隔
差の計測が行える。
In the above case, a case has been described in which a light beam impinges on the projection lens in an axisymmetric manner. However, when the mask has a pattern in one direction, the diffracted light is generated not axisymmetrically but asymmetrically. Therefore, it is conceivable that the deformation of the lens due to irradiation occurs asymmetrically about the axis. That is, the irradiation causes astigmatism (astigmatic difference). In this case, the pattern 19a of the projection pattern plate 19 is aligned in the same direction, and the focus position is measured in at least two different directions (radiation direction centering on the optical axis of the projection optical system and direction perpendicular thereto). Like Then, when there is an astigmatic difference, the value of the peak position Z 0 shown in FIG. 7 differs in each direction, and by measuring the difference, the astigmatic difference can be measured.

【0032】また、以上の例では球面収差、像面湾曲、
非点収差について説明したが、その他コマ収差等も収差
検出系により検出できる。つまり、コマ収差により光軸
方向のピント位置や検出信号が広がりを持つことを検出
すればよい。具体的には図10に示すように開口パター
ン19aを投影光学系PLの光軸AXを中心として放射
状のパターン(S像)とそれに垂直なパターン(M像)
との2つの方向を有するパターンとする。そして、各々
のパターンから得られる信号の非対称成分を比較するこ
とによりコマ収差を計測することができる。図11は図
10に示すパターンから得られる信号波形を示してお
り、ここでは図11(a)は放射方向のパターン(S
像)から得られる信号を示しており、図11(b)は放
射方向に垂直な方向のパターン(M像)から得られる信
号を示している。図11ではコマ収差のために放射方向
成分(S像)が非対称となっている場合を示しており、
収差検出系28によりこれらの2つの信号の非対称成分
を比較してコマ収差量を計測する。非対称性の検出は図
9を使って説明した球面収差の検出の場合と同様に半値
幅Wを使って、2つの信号の半値幅W1 とW2 と比較し
たり、ピーク値を挟んだ2つのボトム値を比較する等に
より求めればよい。非対称成分の差とコマ収差量との関
係とは予め試し焼き等を行うことより求められている。
この関係は入力手段53により主制御系29に入力さ
れ、主制御系29内のメモリに記憶されているものとす
る。
In the above example, spherical aberration, field curvature,
Although astigmatism has been described, other coma and the like can also be detected by the aberration detection system. That is, it is only necessary to detect that the focus position and the detection signal in the optical axis direction have a spread due to the coma aberration. More specifically, as shown in FIG. 10, an aperture pattern 19a is formed by radiating a radial pattern (S image) around the optical axis AX of the projection optical system PL and a pattern perpendicular to the radial pattern (M image).
And a pattern having two directions. Then, coma aberration can be measured by comparing asymmetric components of signals obtained from the respective patterns. FIG. 11 shows a signal waveform obtained from the pattern shown in FIG. 10. Here, FIG. 11 (a) shows the pattern (S
11B. FIG. 11B shows a signal obtained from a pattern (M image) in a direction perpendicular to the radiation direction. FIG. 11 shows a case where the radial component (S image) is asymmetric due to coma aberration.
The coma aberration amount is measured by comparing the asymmetric components of these two signals by the aberration detection system 28. Asymmetry detection using similarly to the case half width W of the detection of the spherical aberration described with reference to FIG. 9, or compared to half width W 1 and W 2 of the two signals, across the peak value 2 It may be determined by comparing two bottom values. The relationship between the difference between the asymmetric components and the coma aberration amount is obtained by performing trial printing or the like in advance.
This relationship is input to the main control system 29 by the input means 53, and is stored in the memory in the main control system 29.

【0033】尚、球面収差やコマ収差を計測する際、パ
ターン19aの異なった2方向での計測は図1に示すフ
ォーカス計測系を複数備えてもよいし、パターン19a
に異なった方向のマークを設けておき、それらを絞り等
で切り換えて選択する方法を取ってもよい。次に本実施
例における球面収差、コマ収差等の投影光学系PLの結
像特性の計測方法について述べる。基準部材19上の開
口19aの中心が投影光学系の光軸AX上に来るように
ウェハステージ15をモータ27で移動する。このとき
同時にモータ27を駆動してウェハステージ15を投影
光学系PLの設計上の最良焦点位置(最良結像面)と思
われる位置から予想される焦点変動量(結像特性の変動
量)の数倍程度下げるか、もしくは上げるかする。これ
は、例えば焦点深度(±DOF)の2倍程度(2・DO
F)下げるか、もしくは上げるかしてもよい。また、同
時に開口19及び投影光学系PLを介してレチクルRの
裏面(パターン面)を照明する。レチクルRから反射し
た照明光は再び投影光学系PL、開口19を通った後、
レンズ25、ミラー24、レンズ23、光ファイバ20
を介して光電検出器26に入射する。その後この状態で
ウェハステージ15を、上方(あるいは下方)に前述し
た予想される焦点変動量の2倍程度走査する。このとき
収差検出部28は、光電検出器26の出力と合焦系の受
光光学系18の出力を同時に、例えばウェハステージ1
5の単位移動量(例えば0.02μm)ごとにサンプリ
ングしてA/D変換し、図4に示すような関係を得る。
そして、前述の如く光電変換素子26からの信号波形に
基づいて、その対称性等から収差を計測する。
When measuring spherical aberration and coma aberration, the pattern 19a in two different directions may be provided with a plurality of focus measuring systems shown in FIG.
May be provided with marks in different directions, and these may be switched and selected with a diaphragm or the like. Next, a method for measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL such as spherical aberration and coma aberration in the present embodiment will be described. The wafer stage 15 is moved by the motor 27 so that the center of the opening 19a on the reference member 19 is located on the optical axis AX of the projection optical system. At this time, the motor 27 is simultaneously driven to move the wafer stage 15 to a focus variation amount (a variation amount of the imaging characteristic) expected from a position considered to be the design best focus position (the best imaging plane) of the projection optical system PL. Decrease or increase by several times. This is, for example, about twice the depth of focus (± DOF) (2 · DOF).
F) It may be lowered or raised. At the same time, the back surface (pattern surface) of the reticle R is illuminated via the opening 19 and the projection optical system PL. The illumination light reflected from the reticle R again passes through the projection optical system PL and the opening 19,
Lens 25, mirror 24, lens 23, optical fiber 20
And enters the photoelectric detector 26 via the. Thereafter, in this state, the wafer stage 15 is scanned upward (or downward) by about twice the expected focus fluctuation amount described above. At this time, the aberration detector 28 simultaneously outputs the output of the photoelectric detector 26 and the output of the light receiving optical system 18 of the focusing system, for example, on the wafer stage 1.
The sample is sampled for each unit movement amount of 5 (for example, 0.02 μm) and A / D converted to obtain a relationship as shown in FIG.
Then, as described above, based on the signal waveform from the photoelectric conversion element 26, the aberration is measured from its symmetry and the like.

【0034】次に本実施例による投影光学系PLの収差
の補正方法について説明する。前述の様にして収差量を
検出した場合、投影レンズを調整する等により収差の補
正を行うことができる。 〔球面収差の補正〕球面収差の補正方法について説明す
る。球面収差の補正は投影光学系PLの瞳P2付近のレ
ンズエレメント44、50(図5)のレンズ間隔を変え
ることにより行われる。また、レンズエレメント44、
50間のレンズ室内の空気の圧力を気圧調節装置49に
より変えることにより収差補正を行うようにしてもよ
い。 〔コマ収差、像面湾曲の補正〕コマ収差や像面湾曲の補
正は瞳P2から離れたレンズの間隔を変えることにより
行う。本実施例ではレンズエレメント33を移動、傾斜
することにより収差補正を行う。また、コマ収差の補正
はレンズエレメント33と37との間のレンズ室内の空
気の圧力を気圧調整装置39により行うようにしてもよ
い。 〔非点収差の補正〕非点収差の補正はレンズ内に設けら
れた2枚のシリンドリカルレンズ40、41を相対的に
回転させることにより行う。また、2枚のシリンドリカ
ルレンズの間隔を変えるようにしてもよい。
Next, a method of correcting aberration of the projection optical system PL according to this embodiment will be described. When the amount of aberration is detected as described above, the aberration can be corrected by adjusting the projection lens or the like. [Correction of spherical aberration] A method of correcting spherical aberration will be described. The correction of the spherical aberration is performed by changing the lens interval between the lens elements 44 and 50 (FIG. 5) near the pupil P2 of the projection optical system PL. Also, the lens element 44,
The aberration correction may be performed by changing the pressure of the air in the lens chamber between 50 by the air pressure adjusting device 49. [Correction of Coma Aberration and Field Curvature] Correction of coma aberration and field curvature is performed by changing the distance between lenses away from the pupil P2. In the present embodiment, aberration correction is performed by moving and tilting the lens element 33. Further, the correction of coma may be performed by the air pressure adjusting device 39 by adjusting the pressure of the air in the lens chamber between the lens elements 33 and 37. [Correction of Astigmatism] The correction of astigmatism is performed by relatively rotating two cylindrical lenses 40 and 41 provided in the lens. Further, the interval between the two cylindrical lenses may be changed.

【0035】以上、各々の収差補正は他の収差に影響が
少ないレンズエレメントを選択して行われている。ま
た、これらの収差の計測と補正は各照明条件の変更と連
動して行うようにする。ここで、もし、投影レンズが複
数あるいはある波長帯で色消されている場合、図1の合
焦系(照射光学系17)から複数の波長を照射可能と
し、複数の波長を使った計測を各々独立に行い、光電変
換素子26からの信号基づいて上述した諸収差を計測す
ることが可能である。その場合、光源部にバントパスフ
ィルターを挿入し、それをそれぞれ複数波長を透過する
ように交換する。
As described above, each aberration correction is performed by selecting a lens element having little influence on other aberrations. The measurement and correction of these aberrations are performed in conjunction with the change of each illumination condition. Here, if the projection lens is achromatic or achromatic in a certain wavelength band, it is possible to irradiate a plurality of wavelengths from the focusing system (irradiation optical system 17) in FIG. 1 and perform measurement using a plurality of wavelengths. The respective aberrations can be measured independently and the above-described various aberrations can be measured based on the signal from the photoelectric conversion element 26. In that case, a band-pass filter is inserted into the light source unit, and each is exchanged so as to transmit a plurality of wavelengths.

【0036】また、レンズエレメント33、44の駆動
により、像面が上下動してしまう可能性も考えられる
が、この変化量に応じて合焦系の受光光学系18からの
出力値にオフセットを与えてやればウエハWが常に最良
像面にセットされる。次に収差検出系28からの結果に
基づき、露光を中断させる露光シーケンスについて説明
する。
It is conceivable that the driving of the lens elements 33 and 44 may cause the image plane to move up and down. However, an offset is added to the output value from the light receiving optical system 18 of the focusing system according to the amount of change. If given, the wafer W is always set to the best image plane. Next, an exposure sequence for interrupting the exposure based on the result from the aberration detection system 28 will be described.

【0037】光電変換素子26からの信号の半値幅w2
がある程度以上に大きくなると、結像状態が悪化するの
で、あらかじめw2 の上限を定めておき、それを越えた
場合には露光動作を中断するようにすることも考えられ
る。前述のように投影光学系PLの照明光の吸収により
収差条件が悪化していく。このため、露光動作中、例え
ばウェハ交換時に収差測定手段により収差をチェック
し、あらかじめ実験あるいはシュミレーションで求めた
許容値に対して越えているか否かの判定を行う。もちろ
んこのとき焦点位置のキャリブレーションを同時に行う
のが望ましい。許容値を越えている場合、収差検出系2
8は主制御系29に警告を発生し、主制御系29は露光
動作を中止する。この状態で定期的(例えば30sec
毎)に収差の測定を行い許容値を越えているか否かの判
定を行う。露光動作の中断により投影光学系PLに蓄積
された熱量が外部に放出され、許容値以下となった順
に、収差検出系28は露光OKの信号を主制御系29に
送り、メインコントローラは再び露光動作を開始する。
上記の許容値は露光を行うレチクルパターンの線幅、パ
ターン種等で異なってくるため、条件を予め入力手段5
3により主制御系29に入力し、許容条件を可変にする
ことも考えられる。又、収差の計測間隔は必ずしも一定
間隔毎に限定されるものではなく、照明光ILの照射直
後は計測間隔を長くし、照射時間が長くなるにしたがっ
て計測間隔を短くする。また、パターン19を交換可能
とし、実露光パターンに一致させてもよい。
The half width w 2 of the signal from the photoelectric conversion element 26
There becomes larger than a certain, because imaging condition worsens, is determined in advance an upper limit in advance w 2, it is conceivable to be interrupted exposure operation when exceeding it. As described above, the aberration condition deteriorates due to the absorption of the illumination light of the projection optical system PL. For this reason, during the exposure operation, for example, when the wafer is replaced, the aberration is checked by the aberration measuring means, and it is determined whether the aberration exceeds an allowable value obtained in advance by experiment or simulation. Of course, at this time, it is desirable to perform the calibration of the focal position at the same time. If the tolerance is exceeded, the aberration detection system 2
8 issues a warning to the main control system 29, and the main control system 29 stops the exposure operation. Periodically in this state (for example, for 30 seconds)
Each time), the aberration is measured, and it is determined whether or not the allowable value is exceeded. When the amount of heat accumulated in the projection optical system PL is released to the outside due to the interruption of the exposure operation, the aberration detection system 28 sends an exposure OK signal to the main control system 29 in the order in which the amount of heat becomes equal to or less than the allowable value. Start operation.
Since the above-mentioned allowable value differs depending on the line width, pattern type, and the like of the reticle pattern to be exposed, the conditions must be set in advance by the input means 5.
It is also conceivable to input to the main control system 29 by 3 to make the permissible condition variable. Further, the measurement interval of the aberration is not necessarily limited to a fixed interval, and the measurement interval is increased immediately after the irradiation of the illumination light IL, and the measurement interval is shortened as the irradiation time becomes longer. Further, the pattern 19 may be exchangeable so as to match the actual exposure pattern.

【0038】次に、収差検出系により求まる焦点位置の
キャリブレーションの補正を行う方法について説明を行
う。前記の様に基準パターン板19を用いて焦点位置計
測を行うことができる。通常パターン板19のパターン
は実際に露光する線幅と一致させているが、露光するパ
ターンは大小様々で必ずしも一致しているとは限らな
い。この場合に照明光吸収によって球面収差が発生する
と線幅により焦点位置が異なり実露光パターンの焦点位
置を焦点位置計測の結果が一致しないという問題があ
る。ここで、露光線幅と球面収差の量がわかれば補正が
可能である。線幅に関しては、例えばキーボード等から
入力する方法、あるいはレチクルバーコード等で書き込
み、読み取る方法が考えられる。球面収差と焦点位置ず
れ量に関しては予め測定、あるいはシュミレーションに
より関係を求めておき、テーブルあるいは数式の形で記
憶しておけばよい。あるいは、球面収差量が焦点検出へ
及ぼす影響が充分無視できる許容値を設けておき、許容
値以上の場合は焦点位置計測を行わず、例えば露光動作
を中断して投影光学系が充分冷却されるのを待つ方法も
考えられる。
Next, a method of correcting the calibration of the focal position determined by the aberration detection system will be described. As described above, the focal position can be measured using the reference pattern plate 19. Normally, the pattern on the pattern plate 19 is matched with the line width to be actually exposed, but the pattern to be exposed varies in size and does not always match. In this case, when spherical aberration occurs due to illumination light absorption, the focal position differs depending on the line width, and there is a problem that the focal position measurement result does not match the focal position of the actual exposure pattern. Here, correction can be performed if the exposure line width and the amount of spherical aberration are known. Regarding the line width, for example, a method of inputting from a keyboard or the like, or a method of writing and reading with a reticle bar code or the like can be considered. The relationship between the spherical aberration and the focal position shift amount may be measured in advance or obtained by simulation, and stored in the form of a table or a mathematical expression. Alternatively, an allowable value is set such that the influence of the spherical aberration amount on the focus detection is sufficiently negligible. If the allowable value is larger than the allowable value, the focus position is not measured. For example, the exposure operation is interrupted to sufficiently cool the projection optical system. There is also a way to wait.

【0039】このように、投影光学系PLの収差を光電
変換素子26からの信号波形に基づいて実際に計測でき
るので、特別なマスクを用いてパターンを露光する等の
手間がかからず、実際の装置使用時において簡単に収差
量がわかる。この実測した収差に基づいて、収差発生時
の露光動作の中止、収差量による焦点検出系の誤差補
正、あるいは収差のリアルタイムの補正等を行うことが
できる。
As described above, since the aberration of the projection optical system PL can be actually measured based on the signal waveform from the photoelectric conversion element 26, the trouble of exposing the pattern using a special mask and the like is not required. The amount of aberration can be easily determined when using the apparatus. Based on the actually measured aberration, it is possible to stop the exposure operation when the aberration occurs, correct the error of the focus detection system due to the aberration amount, or correct the aberration in real time.

【0040】前述の実施例では図5で説明したようにレ
ンズエレメント間の空気室の圧力を変える機構39、4
9とレンズエレメントの間隔を変える機構38、48、
42、43とを有することとしたが、全ての収差補正機
構を備える必要はない。例えば圧力を変える機構39、
49かレンズエレメントの間隔を変える機構38、4
8、42、43のいずれか一方を有するようにしてもよ
い。また、特定の収差補正に対してはこれらの一部のみ
を備えるだけでも有効である。
In the above-described embodiment, the mechanisms 39, 4 for changing the pressure of the air chamber between the lens elements as described with reference to FIG.
Mechanisms 38, 48 for changing the distance between 9 and the lens element,
However, it is not necessary to provide all the aberration correction mechanisms. For example, a mechanism 39 for changing the pressure,
49 or a mechanism 38 for changing the distance between lens elements 38, 4
Any one of 8, 42 and 43 may be provided. Further, it is effective to provide only a part of these for specific aberration correction.

【0041】[0041]

【効果】以上のように本発明によれば、収差量を実測で
きるため、収差を補正した状態で露光したり、収差に応
じた露光動作を行うことができる。また、収差量を実測
できるため、位相シフトレチクルや複数傾斜照明等の発
生する収差量が予測できない場合でも、発生する収差に
応じた露光が可能となる。さらに、球面収差を実測して
球面収差に影響を与えるレンズエレメントを移動させる
ことにより、精度良い球面収差補正が可能となる。
As described above, according to the present invention, since the amount of aberration can be measured, the exposure can be performed in a state where the aberration is corrected, and the exposure operation according to the aberration can be performed. In addition, since the amount of aberration can be measured, even if the amount of generated aberration such as a phase shift reticle or a plurality of oblique illuminations cannot be predicted, exposure according to the generated aberration can be performed. In addition, measure the spherical aberration
Move lens elements that affect spherical aberration
This enables accurate spherical aberration correction.

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

【図1】本発明の一実施例による投影露光装置の概略を
示す図である。
FIG. 1 is a view schematically showing a projection exposure apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1の装置による基準パターン板に設けられた
開口パターンを示す図である。
FIG. 2 is a view showing an opening pattern provided on a reference pattern plate by the apparatus of FIG. 1;

【図3】図2の開口パターンを使って焦点位置が求まる
原理を説明する図である。
FIG. 3 is a view for explaining the principle of determining a focal position using the aperture pattern of FIG. 2;

【図4】光電変換素子26からの出力信号と開口パター
ンのZ位置との関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an output signal from a photoelectric conversion element 26 and a Z position of an aperture pattern.

【図5】図1の装置の収差補正手段を部分的に示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram partially showing an aberration correcting unit of the apparatus of FIG. 1;

【図6】照明条件の違いにより収差量が異なることを説
明する図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining that the amount of aberration differs depending on the illumination conditions.

【図7】照明条件変更のための開口絞りを示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing an aperture stop for changing illumination conditions.

【図8】 球面収差の発生状態を説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a state of occurrence of spherical aberration.

【図9】(a)収差がない状態の光電変換素子26から
の信号波形を示す図である。 (b)球面収差がある状態の光電変換素子26からの信
号波形を示す図である。
FIG. 9A is a diagram showing a signal waveform from a photoelectric conversion element 26 in a state where there is no aberration. (B) is a diagram showing a signal waveform from the photoelectric conversion element 26 in a state where there is spherical aberration.

【図10】 コマ収差を計測するのに使用する開口パタ
ーンを説明する図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an aperture pattern used to measure coma aberration.

【図11】(a)S像でコマ収差がある状態の光電変換
素子26からの信号波形を示す図である。 (b)M像でコマ収差がない状態の光電変換素子26か
らの信号波形を示す図である。
11A is a diagram showing a signal waveform from a photoelectric conversion element 26 in a state where coma is present in an S image. FIG. FIG. 5B is a diagram illustrating a signal waveform from the photoelectric conversion element 26 in an M image in a state where there is no coma aberration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8、21…回転板 15…ウェハステージ 17…照射光学系 18…受光光学系 19…パターン板 19a…開口パターン 20…光ファイバー 26…光電変換素子 28…収差検出系 29…主制御系 R…レチクル W…ウェハ 8, 21 ... Rotating plate 15 ... Wafer stage 17 ... Irradiation optical system 18 ... Light receiving optical system 19 ... Pattern plate 19a ... Opening pattern 20 ... Optical fiber 26 ... Photoelectric conversion element 28 ... Aberration detection system 29 ... Main control system R ... Reticle W … Wafer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/027

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光源からの照明光をマスクに照射する照
明光学系と、前記マスクのパターンを感光基板上に結像
する投影光学系と、前記感光基板を保持するとともに前
記投影光学系の光軸方向及び該光軸と垂直な方向に移動
可能なステージとを有する投影露光装置において、 前記ステージ上に設けられ、所定の開口パターンを有す
る基準部材と; 前記ステージを光軸方向に移動させながら前記開口パタ
ーンを前記ステージ側より照明し、前記投影光学系を介
して前記マスクに到達し、前記マスクで反射された光
を、前記投影光学系と前記開口パターンを介して受光す
る受光手段と; 前記光軸方向に関する前記ステージの位置を計測するス
テージ位置計測手段と; 前記光電検出手段から得られる信号波形より前記投影光
学系の収差量を求める収差量演算手段とを有することを
特徴とする投影露光装置。
An illumination optical system for irradiating a mask with illumination light from a light source; a projection optical system for imaging a pattern of the mask on a photosensitive substrate; and a light for the projection optical system for holding the photosensitive substrate and for holding the photosensitive substrate. In a projection exposure apparatus having a stage movable in an axial direction and a direction perpendicular to the optical axis, a reference member provided on the stage and having a predetermined opening pattern; while moving the stage in the optical axis direction Light receiving means for illuminating the aperture pattern from the stage side, reaching the mask via the projection optical system, and receiving light reflected by the mask via the projection optical system and the aperture pattern; Stage position measuring means for measuring the position of the stage with respect to the optical axis direction; and obtaining the amount of aberration of the projection optical system from a signal waveform obtained from the photoelectric detecting means. Projection exposure apparatus characterized by having a Saryou calculating means.
【請求項2】 前記収差量演算手段の結果に基づいて前
記投影光学系の収差を補正する収差補正手段を有するこ
とを特徴とする請求項1記載の投影露光装置。
2. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising an aberration correcting unit that corrects aberration of the projection optical system based on a result of the aberration amount calculating unit.
【請求項3】 前記収差量演算手段の結果に基づいて露
光動作を中断させる露光動作制御手段を有することを特
徴とする請求項1記載の投影露光装置。
3. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising an exposure operation control unit for interrupting the exposure operation based on a result of the aberration amount calculation unit.
【請求項4】 前記収差量演算手段の結果に基づいて前
記感光基板の前記光軸方向の位置を補正するステージ位
置補正手段を有することを特徴とする請求項1記載の投
影露光装置。
4. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising a stage position correcting unit for correcting a position of the photosensitive substrate in the optical axis direction based on a result of the aberration amount calculating unit.
【請求項5】 マスクのパターンを投影光学系を介して5. A pattern of a mask is projected through a projection optical system.
基板上に投影することによって前記基板を露光する投影Projection to expose the substrate by projecting onto the substrate
露光装置であって、An exposure apparatus, 前記投影光学系は、鏡筒に固定された第1及び第2の固The projection optical system includes first and second fixed members fixed to a lens barrel.
定レンズエレメントと、前記第1の固定レンズエレメンA fixed lens element and the first fixed lens element
トと前記第2の固定レンズエレメントとの間に配置されBetween the lens and the second fixed lens element
前記鏡筒に対して移動可能な可動レンズエレメントとをA movable lens element movable with respect to the lens barrel;
有し、Have 前記可動レンズエレメントを移動させる駆動手段と、Driving means for moving the movable lens element, 前記投影光学系の球面収差を検出する検出手段と、Detecting means for detecting spherical aberration of the projection optical system, 前記検出手段によって検出された球面収差に基づいて前Based on the spherical aberration detected by the detecting means,
記駆動手段を制御してControl the driving means 前記可動レンズエレメントを移動Move the movable lens element
する制御手段と、Control means for performing を有することを特徴とする投影露光装置。A projection exposure apparatus comprising:
【請求項6】 露光光によって前記マスクを照明すると6. When illuminating the mask with exposure light
ともに、照明条件を変更可能な照明系をさらに有し、Both have a lighting system that can change the lighting conditions, 前記検出手段は、前記照明条件の変更に連動して前記球The detecting means is configured to control the sphere in response to a change in the lighting condition.
面収差を検出することを特徴とする請求項5に記載の投6. The projection device according to claim 5, wherein the surface aberration is detected.
影露光装置。Shadow exposure device.
【請求項7】 前記照明系は、前記投影光学系の瞳面に7. The illumination system according to claim 1, wherein the illumination system is provided on a pupil plane of the projection optical system.
おける照度分布を変更する変更部材を有することを特徴Characterized by having a changing member for changing the illuminance distribution in
とする請求項6に記載の投影露光装置。The projection exposure apparatus according to claim 6, wherein
【請求項8】 前記検出手段は、前記投影光学系の球面8. The projection optical system according to claim 8, wherein said detecting means is a spherical surface of said projection optical system.
収差以外の収差も検出可能であることを特徴とする請求Claims characterized in that aberrations other than aberrations can be detected.
項5〜7のいずれか一項に記載の投影露光装置。Item 8. The projection exposure apparatus according to any one of Items 5 to 7.
【請求項9】 前記基板の前記投影光学系の光軸方向に9. The projection optical system of the substrate in an optical axis direction.
おける位置情報を検出し、該検出結果に応じて前記基板Position information on the substrate, and according to the detection result, the substrate
と前記投影光学系の最良結像面とを合致させる合焦手段Focusing means for matching the best imaging plane of the projection optical system
をさらに有し、Further having 前記制御手段は、前記可動レンズエレメントの移動に応The control means responds to the movement of the movable lens element.
じたオフセットを前記合焦手段に与えることを特徴とすThe same offset is given to the focusing means.
る請求項5〜8のいずれか一項に記載の投影露光装置。The projection exposure apparatus according to claim 5.
【請求項10】 マスクのパターンを投影光学系を介し10. A pattern of a mask is projected through a projection optical system.
て基板上に投影することによって前記基板を露光する投Exposure to expose the substrate by projecting it onto the substrate
影露光方法であって、A shadow exposure method, 前記投影光学系の球面収差を検出し、検出された球面収The spherical aberration of the projection optical system is detected, and the detected spherical aberration is detected.
差に基づいて、前記投影光学系の鏡筒に固定された第1Based on the difference, the first fixed to the lens barrel of the projection optical system
及び第2の固定レンズエレメントの間に配置され前記鏡And the mirror disposed between the second fixed lens element and
筒に対して移動可能な可動レンズエレメントを移動させMove the movable lens element that is movable with respect to the cylinder
ることを特徴とする投影露光方法。A projection exposure method.
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