JP3551570B2 - Scanning exposure apparatus and exposure method - Google Patents

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路パターンが形成されたマスクを照明しながらマスク上の照明領域に対してマスクと感光性の基板とを同期して走査することによってその回路パターンを逐次感光性基板上に露光する走査型露光装置に関し、さらに詳細には、実際の露光の前に、マスクと基板との走査により形成されるマスクのパターン像の結像特性を正確に測定可能な走査型露光装置及び露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体集積回路や液晶基板の回路パターンをフォトリソグラフィー技術により半導体ウエハ上に形成するための装置として投影露光装置が使用されている。かかる投影露光装置は、照明系により均一にされた照明光をレチクル（マスク）に照射してレチクルパターン像を投影光学系を介して感光性基板上に結像する。この種の装置は、微細な回路パターンを形成するために、高精度な結像特性が要求され、さらに、基板上の同一領域に複数のパターンを重ね合わせて露光するために、露光処理する層と前回露光処理された層との間で高い重ね合わせ精度が要求される。このため、露光を実行する前に、投影光学系による結像特性を予め評価しておき、適正な結像特性が得られるように投影光学系のレンズエレメントを光軸方向に相対移動したり、レチクルと投影光学系の主点との間隔を変更する等の補正が行われてきた。投影光学系による結像特性を予め評価する方法として、実際の露光に先立ち、複数のマークが描かれたテストレチクルのパターンでウエハ上のフォトレジストを露光し、現像されたテストパターン像からマーク座標を観察してレチクル上のマーク座標とを比較する方法が従来より行われていた。しかしながら、かかる評価法は、予備的な露光及び現像工程を必要とするために時間と労力を要し、像を測定するための特別な装置も必要となるという欠点があった。このため、本出願人は、特開昭５９−９４０３２号において、感光基板が載置されるステージ上に光電センサを設けて、センサ出力から投影光学系を介して形成されるレチクルのテストパターンの位置情報を直接観察する方法を開示した。この方法によれば、装置の初期調整だけではなく、装置の経時変化や大気圧、温度等の外部環境の変化、結像光学系による照明光の吸収特性の変化、あるいはレチクルの照明条件（立体角等）等の装置条件の変化等で発生する結像特性の変化を簡単に観察することができ、観察結果に基づいて結像特性を補正することもできる。よって、近年の投影露光装置にはこの方法を実行するために結像光学系の結像特性を測定する機構が装備されている。
【０００３】
図５に、かかる結像光学系の結像特性測定機構及び観測結果の一例を示す。図５（ａ） は投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のマークパターンを感光基板であるウエハＷ上に露光する装置の概略構造を示す図である。同図に示したように、ウエハステージＷＳＴは、ウエハＷが載置されるウエハホルダ５とは異なる場所に２次元の分解能をもつ光電センサ２０２を備える。光学系の結像特性が測定される間、光電センサ２０２が投影光学系ＰＬの真下に位置し、ウエハＷは投影光学系ＰＬの露光領域外に位置するようにウエハステージＷＳＴが位置づけられている。光電センサ２０２は、例えば、ＣＣＤあるいは撮像管であり２次元の画像を電気的に取り込むことができる。一般にこれらの光電センサ２０２の位置分解能は、投影露光装置の像の分解能より低く、直接光電センサ２０２上に結像させても十分な精度が得られない（このことは、ＣＣＤ等はこれらの投影露光装置によって製造されることからも理解される）。このため、投影光学系ＰＬによるレチクルＲのテストパターンの像を、一旦、拡大光学系２０１により、１００〜４００倍程度に拡大した後、光電センサ２０２で受光している。図５（ｂ） に光電センサ２０２で受光されたレチクルＲのマークパターン（テスト用パターン）２０３を示す。この像から投影光学系ＰＬによる結像特性を求めるには、例えば、走査線２０４方向の検出信号強度を測定し、図５（ｃ） に示したような測定結果から線幅ａ、あるいはコントラストｂ、中心座標ｃ等を知ることができる。さらに、これらの測定結果により投影光学系ＰＬの収差（例えば、コマ収差、球面収差）あるいは焦点位置、倍率、ディストーション等を計算により求めることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような結像特性の測定法は、いわゆる、ステップアンドリピート方式に代表される一括露光方式（フル・フィールド方式）において用いられてきた。ところが、近年、レチクルのパターン領域の一部をスリット状あるいは円弧状に照明し、その照明領域に対してレチクルを走査するとともに、投影光学系に関してその照明領域と共役関係にある露光領域に対して感光基板をレチクルの走査と同期して走査することにより、レチクルのパターンを逐次感光基板上に露光する方式である、所謂スリットスキャン露光方式の露光装置が開発されている。このスリットスキャン露光方式では、レチクル上の照明領域が一括露光方式に比べて小さく、投影光学系のイメージフィールドの一部分しか露光に使用しないために投影像の歪み、照度の均一性の調整が容易であるという利点がある。また、半導体基板等の大面積化にともない露光面積の拡大が要求されているが、この方式では投影光学系自体を拡大したり投影光学系のイメージフィールドを拡大することなく、走査方向の露光面積を大きくできるという利点もある。
【０００５】
しかしながら、このスリットスキャン露光方式では一括露光方式と異なり、一つの像を形成する間に照明領域上をレチクルが移動するため、一つの像でも結像光学系の異なる部分を通過してきた光線によって像が形成される。すなわち、照明領域に対するレチクルの走査により、レチクルパターン上のある点が照明領域を通過する間に、投影光学系の異なる部分を通じて感光基板上に結像される。これに対して、従来の結像特性の測定法では、結像光学系中の一定の光路を通じて結像させたレチクルのテストパターン像を光電変換素子で観察していた。従って、前記のように、結像光学系の連続した複数の部分を通過して像が形成されるスリットスキャン方式では、投影光学系の固定されたある領域だけからの結像特性を求めても、実際の露光における結像特性を反映していることにはならない（従来通り、結像光学系そのものの調整には静止像をみて調整することは考えられる）。具体的には、例えば、結像光学系の複数の部分を通じて形成された像のディストーションがそれぞれ異なれば、像がその分広がって露光されてコントラストが悪化する。
【０００６】
また、上記結像光学系の問題だけではなく、レチクルと感光基板の走査速度の同期ずれ、レチクルの走査中のレチクルの回転誤差や上下移動も結像特性を悪化させる。さらに、走査動作による装置の振動によるレチクルと感光基板の位置関係のずれ等も結像特性を悪化させる。特に、投影露光装置では、基板の同一領域に複数のパターンを重ね合わせて露光するために、感光基板上に予め形成された重ね合わせ用アライメントマークを照明し、該マークからの反射光を受光してその位置や位置ずれを検出するためのアライメント系を備えている。このアライメント系の光軸と投影光学系の光軸との間隔を示すベースラインは、ウエハ上のアライメントマーク検出時にウエハステージ及びレチクルステージが静止された状態で測定されているが、実際の露光時にはレチクルパターンはウエハステージ及びレチクルステージが共に移動することによってウエハ上に投影露光されるため、静止時に測定されたベースラインと走査時に得られるベースラインとが異なってくる可能性がある。これらのことは、スリットスキャン露光方式の装置に特有の問題であり、従来の結像特性の測定のようにマスクステージを静止させたままでは測定できない。
【０００７】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、実際の露光に前に、マスク上のマークパターン又はその投影像の位置若しくは位置ずれを正確に検出することができる機構を備えた走査型露光装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、実際の露光に前に、投影光学系の結像特性又はマスクのパターン像の結像状態を正確に測定できる機構を備えた走査型露光装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、実際の露光に前に、アライメント系のベースラインを正確に測定することができる機構を備えた走査型露光装置を提供することにある。
【００１０】
さらに本発明の別の目的は、実際の露光に前に、マスクと感光基板とを精度良く位置合わせすることができる機構を備えた走査型露光装置を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、実際の露光工程に先立ち、マスクと感光基板とがマスク上の照明領域に対して同期走査されている間の、マスク上のマークパターン又はその投影像の位置若しくは位置ずれ及び結像特性を正確に検出することができる走査型露光方法を提供することにある。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、上記走査露光方法において、かかるマークパターン又はその投影像の位置若しくは位置ずれから、マスクを照明領域に対して静止させた状態で求めた投影光学系の結像特性及びマスクパターンの結像状態を補正することができる走査型露光方法を提供することにある。
【００１３】
本文中、用語「照明領域」とは、照明光が照射されることによって画定されるマスク（レチクル）上の領域をいい、通常、照明光学系に配置された視野絞り等によりその大きさは制限される。また、用語「露光領域」とは、照明光が投影光学系を通じて照射されることによって露光される感光基板上の領域をいい、露光領域は前記照明領域と投影光学系に関して共役関係（結像関係）にある。走査型露光装置においては、通常、上記照明領域に対して１次元方向にマスクが移動し且つそれに同期して感光基板が上記１次元方向と逆方向に上記露光領域に対して移動することによって走査が行われる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様に従えば、マスク上の照明領域に対して該マスクを走査するマスクステージと、前記マスク上のパターンの像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記照明領域と前記投影光学系に関して共役な露光領域に対して前記感光基板を走査する基板ステージとを備えた走査型露光装置において、
前記基板ステージ上に受光部を備え且つ前記マスク上のマークパターンの像を光電検出する光電検出手段と、
前記照明領域に対して前記マークパターンを走査するのに同期して前記受光部を前記露光領域に対して走査している間に前記光電検出手段から出力される信号を合成する合成手段とを備え、
前記合成手段の出力に基づいて前記マークパターンの像の位置または位置ずれを検出することを特徴とする上記走査型露光装置が提供される。本発明の走査型露光装置は、基板ステージ上に光電検出手段の受光部を備えることにより、実際の走査露光の条件の下で、すなわち、マスク用ステージ及び基板用ステージをマスクと基板の走査のために移動するという動的な条件の下で、マスクのテスト用マークパターンの像を予め測定することができる。光電検出手段からの出力を合成するための手段を設けることにより、実際の露光において１回の走査の間に投影光学系の種々の部分を光が透過することによって形成されるマークパターンの像を合成画像として描くことができる。この合成画像より実際の走査露光により形成される像の位置や位置ずれを知ることができる。かかる位置ずれは、走査ためのステージの移動等により発生する位置ずれであり、従来の静的な結像特性の測定方法で得ることができない。
【００１５】
上記走査型露光装置は、前記感光基板上のアライメントマークを照明し、該アライメントマークからの反射光を受光してその位置または位置ずれを検出するアライメント系をさらに備え、前記検出されたマークパターン像の位置と、前記アライメント系の光照射位置との差を前記アライメント系のベースラインとすることができる。本発明では、上記受光部により検出されたマスクのマークパターン像の位置とアライメント系光源の光照射位置との差をアライメント系のベースラインと規定することによって、重ね合わせ露光の際に、感光基板とマスクとのアライメントを一層正確に行うことができる。
【００１６】
また、上記走査型露光装置は、前記マスク上の複数のマークパターンの各像の位置または位置ずれに基づいて、前記マスクのパターン像の位置と回転量の少なくとも一方を検出する検出手段をさらに備え、前記検出手段の検出結果を利用して前記マスクと前記感光基板とのアライメントを行うことができる。例えば、マスクの静止状態でのレチクル位置（マークパターン位置）及び回転量を検出するのではなく、実際の露光時にマスクステージが走査している状態でのレチクル位置を検出し、アライメントセンサによるウエハ位置の測定結果と、前記走査時のレチクル位置情報に基づいて重ね合わせを行う。さらにレチクルもしくはウエハを回転させて回転誤差をキャンセルする。これにより実露光時のレチクル位置との関係でウエハ位置を合わせることができる。さらに上記走査型露光装置は、前記マスク上の複数のマークパターンの各像の位置、または位置ずれに基づいて、前記投影光学系の結像特性を算出する演算手段をさらに備えることができる。
【００１７】
本発明の第２の態様に従えば、マスク上の照明領域に対して該マスクを走査するマスクステージと、前記マスク上のパターンの像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記照明領域と前記投影光学系に関して共役な露光領域に対して前記感光基板を走査する基板ステージとを備えた走査型露光装置において、
前記基板ステージ上に受光部が配置され、前記マスク上のマークパターンの像を光電検出する光電検出手段と；
前記照明領域に対して前記マークパターンを走査するのに同期して前記受光部を前記露光領域に対して走査している間に前記光電検出手段から出力される信号を合成する合成手段と；
上記合成手段の出力に基づいて前記マークパターンの像の結像状態を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする上記走査型露光装置が提供される。本発明の走査型露光装置は、基板ステージ上に光電検出手段の受光部を備えることにより、実際の走査露光の条件の下で、マスクのテスト用マークパターンの像を予め測定することができる。光電検出手段からの出力を合成するための手段を設けることにより、実際の露光において１回の走査の間に投影光学系の種々の部分を光が透過することによって形成されるマークパターンの像を合成画像として描くことができる。この合成画像を用いて、実際の走査露光により形成される像の結像特性、例えば、倍率やコントラスト等を計算により知ることができる。
【００１８】
上記走査型露光装置は、前記演算手段の算出結果に応じて前記投影光学系の結像特性を補正するための補正手段を更に備えるが好ましい。補正手段は、前記マスクステージと前記基板ステージとの走査速度または走査方向を制御するステージコントローラにすることができる。このステージコントローラにより各ステージの移動速度を変更することにより最適な結像特性を得ることができる。
【００１９】
本発明の走査露光装置において、光電検出手段は、前記受光部と実質的に共役な面に受光面が配置される撮像素子と、前記マークパターンの像を拡大して前記受光面上に結像する拡大光学系とから構成することができる。感光基板が露光動作により感光される時に走査の間に光のエネルギが感光剤に蓄積されて像を形成する機構と、撮像素子が光電検出により像を形成する機構は同様と考えることができるので、撮像素子を用いることにより実際の露光時に形成される像を予測できる。
【００２０】
本発明の第３の態様に従えば、マスクを照明しながら、該マスク上の照明領域に対して該マスクを走査するとともに、上記照明領域と投影光学系に関して共役な露光領域に対して感光基板を前記マスクの走査に同期して走査することにより上記マスクのパターンを投影光学系を介して感光基板上に露光する走査型露光方法において、
前記露光に先立って、前記感光基板の代わりに、前記マスクに形成されたマークパターンの像を検出する検出手段の受光部を、前記マスクの走査と同期して走査し、
前記走査の間に、前記検出手段から出力された信号を合成して、走査の間のマスクのマークパターン像の位置又は位置ずれを求めることを特徴とする前記走査型露光方法が提供される。上記マスクの照明領域に対して検出手段、例えば、撮像素子の受光部、とマスクとを同期して走査することにより、実際の走査露光、すなわちマスクステージ及び基板ステージが移動する動的な条件の下でマスクのテストパターンを結像させることができる。得られた像から、走査型露光方法を用いることによって発生する像の位置ずれを実際の露光に先立って知ることができる。
【００２１】
上記走査型露光方法において、前記照明領域に対してマスクを固定した状態でマスクのマークパターンを照明しながら、前記露光領域における前記マークパターンの像を検出し、検出されたマークパターンの像位置に関する情報を、前記求められた走査の間のマスクのマークパターン像の位置または位置ずれにより補正することを、更に含むことが好ましい。図５に示したような従来の静的な条件で測定された像位置に関する情報を、マスクステージ及び基板ステージの移動が伴う走査露光の動的な条件で測定した位置または位置ずれで予め補正することができる。この補正された位置情報を用いて、実際の露光の前に結像特性等を予測し、露光の際に種々の方法により露光条件を補正することができる。
【００２２】
本発明の第４の態様に従えば、マスクを照明しながら、該マスク上の照明領域に対して該マスクを走査するとともに、上記照明領域と投影光学系に関して共役な露光領域に対して感光基板を前記マスクの走査に同期して走査することにより上記マスクのパターンを投影光学系を介して感光基板上に露光する走査型露光方法において、
前記露光に先立って、前記感光基板の代わりに、前記マスクに形成されたマークパターンの像を検出する検出手段の受光部を、前記マスクの走査と同期して走査し、前記走査の間に、前記検出手段から出力された信号を合成して、走査の間のマスクのマークパターン像を求め、得られたマークパターン像から投影光学系の結像特性を演算することを特徴とする前記走査型露光方法が提供される。この方法によると、実際の走査露光、すなわちマスクステージ及び基板ステージが移動する動的な条件の下でマスクのテストパターンを結像させて、その結像特性を予め求めることができる。これによりマスクステージ及びレチクルステージを静止した状態で求めた結像特性と実露光時の結像特性の差異を予め知ることができ、ステージ移動速度の調整等により動的な条件で測定された結像特性を補正することが可能となる。
【００２３】
本発明の第５の態様に従えば、本発明の走査露光装置を用いてマイクロデバイスを製造する方法が提供される。これによりマイクロデバイスを高精度に製造することができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明による走査型露光装置の一実施例を図面を参照しながら説明する。図１に、レチクルＲとウエハＷとをレチクルＲの照明領域に対して同期して走査しながら露光する走査型の投影露光装置の一例を示す。この投影露光装置は、光源及び照明光学系（共に図示しない）、レチクルＲを走査方向に移動するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターン像をウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷをレチクルＲの走査と同期して移動するウエハステージＷＳＴ、ウエハの位置合わせ用のアライメント系３０〜３５、結像特性を測定する光電センサ３から主に構成されている。光源及び照明光学系は、一般に、図１においてレチクルステージＲＳＴの上方に配置されている。照明光源は、例えば、超高圧水銀ランプの輝線であるｉ線やｇ線、ＫｒＦ，ＡｒＦエキシマレーザ光、あるいは金属蒸気レーザ光等の紫外域の光源が用いられる。照明光学系は均一な照度を達成するためのフライアイレンズ、光路を開閉するためのシャッター、照明領域を制限するための可変ブラインド及びリレーレンズ等により構成されており、光源及び照明光学系からの照明光ＩＬで、回路パターン等が描かれたレチクルＲをほぼ照度均一且つ所定の立体角で照明する。近年では、解像力を増すために、輪帯照明、あるいは、傾斜照明等が可能な構成になっている。
【００２５】
レチクルステージＲＳＴは、投影光学系ＰＬの上方に設置され、リニアモータ等で構成されたレチクル駆動部（図示しない）により、走査方向（Ｘ方向）に所定の走査速度で移動可能である。レチクルステージＲＳＴは、そのＸ方向端部に、干渉計７からのレーザビームを反射する移動鏡６を固定して備え、レチクルステージＲＳＴの走査方向の位置は干渉計７によって例えば０．０１μｍ単位で測定される。干渉計７による測定結果は、ステージコントローラ１４に送られ、常時レチクルステージＲＳＴの高精度な位置決めが行われる。レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルホルダ（図示しない）が設置され、レチクルＲがレチクルホルダ上に真空チャック等により吸着されて載置されている。また、レチクルステージＲＳＴの上方には、光軸ＡＸを挟んで対向するレチクルアライメント系（図示しない）が装着され、このレチクルアライメント系によりレチクルＲに形成された基準マークを観測して、レチクルＲが所定の基準位置に精度良く位置決められるようにレチクルステージＲＳＴの初期位置を決定する。従って、移動鏡６と干渉計７によりレチクルステージＲＳＴの位置を測定するだけでレチクルＲの位置を十分高精度に調整できる。レチクルステージＲＳＴの駆動部は、ステージコントローラ１４により制御される。
【００２６】
レチクルステージＲＳＴ上では、レチクルＲはレチクルＲの走査方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｙ方向）を長手とする長方形（スリット状）の照明領域で照明される。この照明領域は、レチクルステージの上方であって且つレチクルＲと共役な面またはその近傍に配置された視野絞り（図示しない）により画定される。
【００２７】
レチクルＲを通過した照明光は投影光学系ＰＬに入射し、投影光学系ＰＬによるレチクルＲの回路パターン像が感光剤（フォトレジスト）が塗布されたウエハＷ上に形成される。投影光学系ＰＬには、複数のレンズエレメントが光軸ＡＸを共通の光軸とするように収容されている。投影光学系ＰＬは、その外周部上であって光軸方向の中央部にフランジ部２４を備え、フランジ部２４により露光装置本体の架台に固定される。
【００２８】
ウエハＷ上に投影されるレチクルＲのパターン像の投影倍率は投影光学系ＰＬのレンズエレメントの倍率及び配置により決定され、通常、投影光学系ＰＬにより１／５または１／４に縮小される。
【００２９】
レチクルＲ上のスリット状の照明領域（中心は光軸ＡＸにほぼ一致）内のレチクルパターンは、投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影される。ウエハＷは投影光学系ＰＬを介してレチクルＲとは倒立像関係にあるため、レチクルＲが露光時に−Ｘ方向（または＋Ｘ方向）に速度Ｖｒで走査されると、ウエハＷはレチクルＲとは逆の＋Ｘ方向（または−Ｘ方向）にレチクルＲに同期して速度Ｖｗで走査され、ウエハＷ上のショット領域の全面にレチクルＲのパターンが逐次露光される。走査速度の比（Ｖｒ／Ｖｗ）は前述の投影光学系ＰＬの縮小倍率で決定される。
【００３０】
ウエハＷは、ウエハステージＷＳＴ上に保持されたウエハホルダ５に真空吸着されている。ウエハステージＷＳＴは前述の走査方向（Ｘ方向）の移動のみならず、ウエハ上の複数のショット領域をそれぞれ走査露光できるように走査方向と垂直な方向（Ｙ方向）にも移動可能に構成されており、ウエハＷ上の各ショット領域を走査する動作と、次のショット領域の露光開始位置まで移動する動作を繰り返す。ウエハステージＷＳＴは投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）にも微動が可能である。また、ウエハステージＷＳＴは、図示しないレベリングステージにより光軸ＡＸに対して傾斜することも可能である。ウエハステージＷＳＴは、モータ等のウエハステージ駆動部（図示しない）によりウエハステージＷＳＴは駆動され、前記比（Ｖｒ／Ｖｗ）に従って移動速度が調節され、レチクルステージＲＳＴと同期されて移動する。ウエハステージＷＳＴの端部には移動鏡８が固定され、干渉計９からのレーザビームを移動鏡８により反射し、反射光を干渉計９によって検出することによってウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での座標位置が常時モニタされる。移動鏡８からの反射光は干渉計９により、例えば０．０１μｍ程度の分解能で検出される。ウエハステージ駆動部はステージコントローラ１４により制御されて、レチクルステージＲＳＴと同期するようにウエハステージＷＳＴが駆動される。各ステージの走査及びそれに伴う投影光学系ＰＬの調整等はステージコントローラ１４で一括して管理される。
【００３１】
図１に示した走査型露光装置は、ウエハＷ上にすでに露光されたパターンに対して、新たなパターンを精度よく重ねて露光するためのウエハアライメント系を備える。このウエハアライメント系として、投影光学系ＰＬとは別に設けられた光学式ウエハアライメント系３０〜３５によりウエハＷ上の位置合わせ用のマークの位置を読取、重ね合わせ露光を行う位置を決定する。光源３０として、ウエハＷ上のフォトレジスト膜に対して非感光性の波長の光を発生するレーザ、ハロゲンランプ等が用いられる。光源３０から照射された照明光は、ハーフミラー３３、ミラー３４を介して、ミラー３５によりウエハＷ上の位置合わせマークを照明する。ウエハＷの位置合わせマークからの反射光あるいは回折光は、照明光と逆の経路を通り、ハーフミラー３３を通って受光部３１において光電変換される。受光部３１からの信号は、アンプ３１で十分な出力に増幅されて、図示しないアライメント制御系に信号が送られる。投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとアライメント系の光軸ＡＸ２は、出来るだけ近くに設定され、一定の間隔で隔てられている。この間隔を安定に維持することにより、重ね合わせ露光が行われる際に、レチクルＲのパターンとウエハＷのショット領域との正確な位置関係が保たれる。上記光軸ＡＸと光軸ＡＸ２とは通常アライメント系のベースラインと呼ばれるが、本発明においては、後述するようにレチクルＲ上に形成されているマークを基準にしてベースラインを規定する。
【００３２】
図１に示した投影露光装置は、投影光学系ＰＬの像面に斜め方向から光線を照射する投光器１０とその像面からの反射光を受光する受光器１１より構成される位置センサ（ウエハＷのＺ方向センサ）を備える。この位置センサは、例えば投光器１０より、スリット像あるいはピンホール像をウエハＷに投射し、その反射光をスリットあるいはピンホールを介して受光するように構成することができ、投影光学系ＰＬの最適像面にウエハＷが位置したときに、スリットもしくはピンホールに反射光が入射するように調整される。これらのセンサを複数備えることによって、ウエハＷの面の傾きを検出した後、投影光学系ＰＬの最適像面にウエハＷ上の露光領域全域が一致するように前述のレベリングステージによりウエハステージＷＳＴを傾けて補正を行うことも可能である。投光器から照射される光は感光剤を感光させない波長の光が選ばれる。
【００３３】
ここで、図２を用いて、上記走査露光装置の走査露光動作について説明する。図２（ａ） は、レチクルＲを上方より見た概念図で、投影光学系ＰＬのイメージフィールドを示す円内に、前記の長方形の照明領域ＩＡが画定されている。この照明領域ＩＡに対してレチクルＲが走査方向（Ｘ方向）に移動することにより、レチクルＲ上のパターンが順次照明されて、一回の走査によりレチクルＲの走査方向に存在するすべてのパターンが照明される。照明時間は、各パターンが照明領域ＩＡを横切るのに要する時間、すなわちパターンの大きさと走査速度により決定される。走査速度は感光剤の感度、照明光の強度等から決定される。図２（ａ） は、レチクルＲが速度ＶｒでＸ方向に走査されている場合を示す。照明領域ＩＡ内で照射されているレチクルパターンは、ウエハＷ上の露光領域ＥＡに投影光学系ＰＬの縮小倍率で結像される。この様子をウエハＷを上方より見た図２（ｂ） に示した。前述のようにウエハＷの速度ＶｗはレチクルＲの速度Ｖｒ×投影光学系ＰＬの縮小倍率で決定され、ウエハＷ上の像はレチクルＲのパターンと鏡像関係にあるためウエハＷはレチクルＲと反対の−Ｘ方向に移動する。そして、レチクルＲの１回の走査が終わると、ウエハＷ上にレチクルＲ全面の像が領域ＳＨに形成される。この操作を繰り返すことにより、ウエハＷ上のほぼ全面にレチクルＲのパターンを複数個露光する、いわゆるステップアンドスキャン露光を行う。
【００３４】
図１中、ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハホルダ５と異なる位置に結像測定用のガラス板１がウエハＷの上面とほぼ一致する高さで設置されている。ガラス板１は、Ｚ方向の位置センサ（１０，１１）及びウエハステージＷＳＴにより、ガラス板１の上面が投影光学系ＰＬの像面と一致するように位置調整される。ガラス板１の下方であってウエハステージＷＳＴ内部には拡大光学系２及び光電センサ３が設置されている。本発明の露光方法に従えば、実際のウエハＷの露光が行われる前に、ウエハステージＷＳＴの移動によりガラス板１が投影光学系ＰＬの真下に位置づけられて結像特性の測定が行われる。投影光学系ＰＬを通過した光線は、ガラス板１上で一旦結像した後、拡大光学系２を介して光電センサ３の受光面に再度結像する。光電センサ３の受光面ではガラス板１に形成された像が拡大光学系２の倍率で拡大されて結像する。拡大光学系２を構成する再上部のレンズを投影光学系ＰＬの結像面に位置づけることにより、ガラス板１を省略することもできる。ここで、拡大光学系２に収差があると、光電センサ３の受光面に形成された像の歪み等が投影光学系ＰＬの収差によるものか拡大光学系３の収差によるものか区別がつかなくなるので、拡大光学系２には極めて収差の少ない光学系を用いなければならない。上記の拡大光学系２及び光電センサ３よりなる結像特性測定系の構成は、図５に示したような従来の静的な結像特性測定系と同様な構成であり、拡大光学系２の倍率、光電センサ３の種類も全く同一のものを用いることができる。このため、投影光学系ＰＬの静止像の測定は、従来通り露光領域ＥＡの任意の場所に光電センサ３を移動した後、ウエハステージＷＳＴ及びレチクルステージＲＳＴを静止したままで測定すればよい。光電センサ３の画像信号は、画像処理系４に取り込まれて処理される。その処理された画像データは演算器１２に送られて、結像特性が演算される。このように静止状態での結像特性、すなわち、レチクルＲ及びウエハＷが走査されていない状態での結像特性を、実際の露光に先立って最適に調整しておくことは走査型露光装置においても必要であり、演算で求めた結像特性に対して適当な補正手段を用いて補正しておくことが望ましい。例えば、演算で求めた倍率が目標とする倍率からずれていると、走査してできた像の非走査方向の倍率ずれを生じることになり、走査方向の像質の劣化になる。このため、例えば、レチクルＲと投影光学系ＰＬの光路長を変更したり、投影光学系ＰＬのレンズエレメントの一部を光軸ＡＸ方向に駆動したり、光軸ＡＸに対して傾斜させたりして倍率やディストーションの補正を行う公知の方法を用いることができる。また、焦点位置のずれ、像面の傾斜等はＺ方向の位置センサ（１０，１１）にオフセットを与えて補正を行う。本発明はこの静止状態の結像特性は最適化されていることを前提にして走査露光が行われている間の結像特性を測定する方法と補正法を提供する。また、本発明では、後述するように、レチクルＲ及びウエハステージＷＳＴの走査の間に測定された結像特性の測定から得られたレチクルＲのマーク位置や結像特性に関する情報を用いて、レチクルＲ及びウエハステージＷＳＴが静止状態で測定されたレチクルＲのマーク位置や結像特性を予め補正することもできる。
【００３５】
次に、図１に示した走査型露光装置を用いて、本発明の走査露光方法の一工程である走査露光における結像特性の測定法について説明する。レチクルＲとして、複数のマークによりテストパターンが描かれた専用のテストレチクルもしくは、図４に示したような製造用のレチクルの周辺部にテスト用のマークを複数含むレチクルパターンを使用できる。あるいは、レチクルステージＲＳＴ上に設置した、専用の結像特性測定用パターンでもよい。レチクルＲの走行速度や傾斜がレチクルステージＲＳＴ上の位置により異なるときは、レチクルステージＲＳＴのほぼ全面で測定可能なテストレチクルが有利である。しかし、かかる専用のレチクルＲを用いるとレチクル交換操作が煩雑となるため、適宜、レチクルを使い分けるのが望ましい。本発明では図４に示したような、回路パターン製造用のレチクルＲであって、レチクルパターン領域４０の外側の対向する２辺にそれぞれ４つテスト用のマークＭ１ 〜Ｍ８ を含むレチクルパターンを使用した。
【００３６】
結像特性測定時にはウエハステージＷＳＴを移動して、レチクルＲ上のテスト用マークを光電センサ３上に結像させる。そして、実際の露光時と同じ走査速度で、レチクルＲと光電センサ３を同期走査してレチクルＲのテスト用マークの像を、画像データとして画像処理系４に取り込む。この走査の間に光電センサ３が露光領域ＥＡ（図２参照）を通過する。画像処理系４は得られた画像データから次々に各画素の出力を足し合わせる。走査が終了すると、露光領域ＥＡを光電センサが通過するする間に信号が加算されてできた一つの像が形成される。この像が走査露光によってウエハＷ上に形成される像に相当する。この画像取り込みの様子を図３を用いて説明する。図３（ａ） は、光電センサ３からの１回ごとの出力波形を示している。光電センサ３が２次元センサの場合、出力はセンサ上の位置座標としてＸＹの関数で表されるが、説明を簡単にするためＸ成分のみを示した。ここで、光電センサ３の基準点が、例えば、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置したときのレーザ干渉計８によるウエハステージの座標位置を求めておけば、光電センサ３上の座標Ｘ，Ｙはウエハステージの位置座標と対応させることができ、光電センサ３で検出されるレチクルＲのマークの結像位置についてもウエハステージの位置座標系により表すことができる。
【００３７】
図３（ａ） 中、ｎは、レチクルＲのテストマークＭ１ を走査している間に、光電センサ３にマークＭ１ の結像データが取り込まれる順番を示している。理想的には、照明領域ＩＡ内をかかるマークが通過している間、いつデータを取り込んでも、露光領域ＥＡの一定の場所に同じ投影像が形成されるはずであり、同じ像の重ね合わせとして最終的な像が形成されるべきである。ところが、前記のように、レチクルＲと光電センサ３（実際の露光ではウエハＷ）を走査しながらマークの像を光電センサ３上に形成するために、マークが照明領域ＩＡを通過する間に、マークＭ１ の像を形成することになる光線は、投影光学系ＰＬの異なる部分を連続的に通過してくる。従って、投影光学系ＰＬに収差が存在することにより像にディストーションが発生し、マークの結像位置が変化する。また、走査方向に関して、一回の走査の間にレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴの同期ずれが生じると、マークの結像位置が変化することになる。この他にも、走査による装置全体の振動によりレチクルＲとウエハステージＷＳＴの位置関係が変化して結像位置の変化を生じることになる。
【００３８】
上記の原因により、図３（ａ） に示したように、マークの画像データを取り込む毎にマークＭ１ の結像位置にずれが生じる。図３（ａ） において、第２回目（ｎ＝２）に取り込んだマークの画像の中心位置は、第１回目に取り込んだマークの画像の中心位置から＋Δｘ’だけずれており、第３回目（ｎ＝１）に取り込んだマークＭ１ の画像の中心位置は第１回目に取り込んだマークの画像の中心位置から＋Δｘ”だけずれている。また、それぞれのマーク像の形も投影光学系ＰＬの光線通過位置による差、あるいは、ＺセンサによるウエハステージＷＳＴの最適像面に対する追従制御誤差、あるいは、位置画面を取り込む間に上記のように結像位置ずれによる像の劣化等により変化する。図３（ｂ） は、光電センサ３がデータをｍ回取り込んだ後の出力画像（ｎ＝１〜ｍ）を加算したものである。上記の影響のため、各々の画像より鈍った波形になっており、特に、所定のレベルでスライスして得られた線幅ｌは個々の画像の信号幅よりも広くなっている。
【００３９】
ここで、個々の出力画像を合成して得られた像（図３（ｂ） ）の中心位置Ｘ０ が得られる。一方、レチクルＲ上のマークＭ１ の位置座標及び投影光学系ＰＬの倍率より、マークＭ１ が光電センサ３上で結像されるべき位置（設計値）Ｘ０１を計算により求めることができる。従って、ΔＸ＝Ｘ０ −Ｘ０１がレチクルＲ及び光電センサ３（実際の露光ではウエハＷ）の走査を含めた種々の原因で生じるレチクルＲのマークＭ１ のＸ方向の結像位置ずれ（設計値と実露光位置の差）を示すことになる。
【００４０】
上記のようにして得られたレチクルＲの各マークの１次元または２次元の結像位置からウエハアライメント系のベースラインを求める方法を説明する。アライメント系の光源３０から照射された光を光電センサ３により検出して照射位置をウエハステージＷＳＴの座標系により求めておく。そして光電センサ３で求められた特定のマークのウエハステージＷＳＴの座標系での結像位置とアライメント用光源３０の照射位置とのＸ方向及びＹ方向の間隔をそれぞれアライメント系のベースラインとして規定することができる。あるいは、ガラス板１上にアライメント系（アライメントセンサ）が検出可能な基準マークを入れておき、その基準マーク位置とレチクルＲの特定のマーク位置からベースラインを規定してもよい。このベースラインの値を記憶しておき、実際の露光（重ね合わせ露光）の際に、ウエハＷのアライメントマークをウエハアライメント系３０〜３５で検出して、上記記憶されたベースラインの値を用いてウエハＷとレチクルＲとの相対位置を調整することができる。このようにアライメント系のベースラインを規定することによって、レチクルＲのマークを基準として重ね合わせ露光されるウエハＷの位置を正確に決定することができる。しかも、走査の間に生じるレチクルＲとウエハＷの相対的な位置ずれを取り込んだ形でベースラインを求めることができるので、走査型露光における重ね合わせ精度を向上できる。
【００４１】
次に、前記のようにして得られたレチクルＲの各マークの１次元または２次元の結像位置から走査露光における投影光学系ＰＬの動的な結像特性を求める方法を説明する。画像処理系４からは、図３（ｂ） に示したような合成像の出力が各マークＭ１ 〜Ｍ８ について演算器１２に送られる。演算器１２において、各Ｍ１ 〜Ｍ８ に関する合成像の出力より結像特性を計算する。例えば、結像特性として像のコントラストを求めるとき、図３（ｂ） のように検出された各マークの出力を適当なスライスレベルでスライスしてそれぞれの線幅ｌを求めてそれらを比較することで判定することができる。あるいは、各マークの出力波形の両端のエッジの立ち上がりの角度により求めることもできる。
【００４２】
結像特性として像倍率を求めるには次のような方法を採用することができる。レチクルＲ上の複数のマーク、例えば、マークＭ１ とＭ５ の結像位置Ｘ１ とＸ５ を光電センサ３のＸ座標系においてそれぞれ検出し、それらの結像位置からウエハステージＷＳＴでのＸ座標系に変換し、そのウエハステージＷＳＴの座標系におけるＸ１ とＸ５ との間隔とレチクルＲ上でのマークＭ１ とＭ５ のＸ方向の間隔から倍率を算出することができる。
【００４３】
また、結像特性としてディストーションを求めるには次のような方法を採用することができる。例えば、レチクルＲのパターン領域４０内の比較的内側と比較的外側に２点の組Ａ１ ，Ａ２ 及びＢ１ ，Ｂ２ をそれらの間隔Ａ１ Ａ２ と間隔Ｂ１ Ｂ２ が等しくなるように選び、それらの結像位置を上記と同様にして光電センサ３により検出して、結像位置をウエハステージＷＳＴの座標系にて求める。次いで、ウエハステージＷＳＴの座標系における２点の組の結像位置間隔Ａ１ Ａ２ ’と間隔Ｂ１ Ｂ２ ’をそれぞれ求めて、前記レチクルＲ上での間隔との差（Ａ１ Ａ２ ’−Ａ１ ，Ａ２ ）及び（Ｂ１ Ｂ２ ’−Ｂ１ ，Ｂ２ ）をそれぞれ算出して倍率を考慮して比較することによりディストーションを求めることができる。
【００４４】
また、上記のようなレチクルＲのマークの結像位置の測定から、レチクルＲの走査により生じる、レチクルＲのレチクルステージＲＳＴ上での回転量を求めることができる。この場合、レチクルＲのマークのうち、例えば、マークＭ１ とＭ５ の光電センサ３上でのＹ方向の結像位置Ｙ１ とＹ５ を上記と同様にして検出する。結像位置Ｙ１ とＹ５ に対応するウエハステージＷＳＴの座標Ｙ１ ’とＹ５ ’をそれぞれ求めて差ΔＹ’を求めることによってレチクルＲのパターンがＹ方向にどの程度ずれて結像されるかがわかる。また、このΔＹ’とＭ１ 及びＭ５ のＸ方向距離等からレチクルＲの回転量θを算出することができる。
【００４５】
さらに、レチクルＲのパターン全体の位置ずれを以下のようにして求めることもできる。例えば、投影光学系ＰＬの光軸上にレチクルＲの中心が位置するようにレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上に配置して、上記のようにして光電センサ３により各マークの２次元的な結像位置を求める。次いで、各マークの結像位置をウエハステージ座標系に変換した後、前記センサ３上の基準点（ウエハステージ座標系）と各マークの結像位置（ウエハステージ座標系）との距離をそれぞれ求める。そして、それらの距離と、レチクルＲの中心からのレチクルＲの各マークＭ１ 〜Ｍ８ の距離Ｌ１ 〜Ｌ８ とを倍率を考慮して比較することによって、レチクルＲの走査におけるレチクルＲのパターンのオフセット量がわかる。この場合、一つのマークについてレチクルＲの中心からの距離と、その結像位置と基準点の距離とを比較してもレチクルＲのパターンのオフセット量は求められるが、再現性等の点から８つのマークＭ１ 〜Ｍ８ についてそれぞれ距離の差を求めて平均値よりオフセット量を算出する方が望ましい。
【００４６】
以上により走査露光により形成される像の結像特性を求めることができる。結像特性が所望の精度で得られないとき、補正を行うことが考えられる。ただし、前提として、ステージが静止している状態で測定された結像特性（静止像の結像特性）は最適に調整されているため、これ以上の調整は困難である。この段階での調整法として、走査露光によって悪化するレチクルＲとウエハＷの同期ずれ、振動等の軽減することが考えられる。一般に走査速度を落とすと、制御系の負荷が減るため、同期精度は向上する。また、振動も低減すると考えられる。このため、前記のようにして求められたマークの結像位置の位置ずれ等において所望の精度が達成されないとき、ステージコントローラ１４に信号を送り、走査速度を低下する方法が考えられる。走査速度を低下すると、製品の生産性（スループット）が低下するため、所望の精度が得られる範囲内で速度を低下するのが最適である。このため、走査速度を変化させて結像特性を測定して最適速度を選ぶこともできる。前記のように走査速度は感光剤の感度で決まるため、速度に応じて照明光の照度を調節するか、照明領域ＩＡの走査方向の幅を変える等の対策も必要である。
【００４７】
前記の方法は、次々と画像処理系４の内部で像のデータを加算したが、一旦全てのデータをメモリに蓄えて、その後、加算して像の合成を行う方法も考えられる。この方法によれば、合成後でも各データがメモリ中に残っているため、精度が良くないとき、露光領域ＥＡのどの部分で良くないか解析することが可能という利点がある。また、前記の方法では、演算によって画像データを加算したが、光電センサ３おいて加算する方法も考えられる。照明光の強度をフィルター等で減光して、一回の走査でセンサ３に画像が蓄積されるようにすることによって、一度に走査の間の合計の光電出力を得ることができる。この方法では演算する必要がないため回路構成が簡単になる。
【００４８】
また、前記の方法は光電センサ３の画素を基準に加算していったが、装置の振動等でレチクルステージＲＳＴと光電センサ３の位置関係が変化すると測定誤差を生じる。このため、ガラス板１に指標もしくは枠をつけて、光電センサ３で検出される指標もしくは枠の検出位置が一定になるように加算を行えば、上記のような不都合はなくなる。この指標が、前述のベースライン測定時のアライメントセンサで検出される基準マークと共通であれば都合がよい。
【００４９】
また、上記方法で焦点位置を求めるとき、ウエハステージＷＳＴのＺ方向の位置を変えながら測定を繰り返すのが通常行われる方法であるが、拡大光学系２の光軸方向の複数の位置で受光できるように、ハーフミラー等で分岐して複数の光電センサで受光する方法も考えられる。また、複数の光電センサ３と拡大光学系２をウエハステージＷＳＴ上に配置して露光領域ＥＡの複数の測定点で一度に測定を行うという方法も考えられる。この方法によれば、一度の走査で複数点の測定ができるという利点がある。また、非走査方向の各光電センサ間の距離を予め厳密に測定しておけば、非走査方向のディストーションの測定精度が干渉計９の測定誤差によらず精度よく測定ができるという利点もある。
【００５０】
以上説明してきた実施例の方法はウエハステージＷＳＴ内部に光電センサ３を設けたが、光電センサの発熱による不具合、あるいはウエハステージＷＳＴの重量増大による不具合を回避するために、受光部（例えば、光ファイバの入射端面）のみをウエハステージＷＳＴ上に設置しておき、受光された光をイメージファイバ等で画像をウエハステージＷＳＴ外に設置した光電センサに送ることもできる。また、ファイバー等でウエハステージＷＳＴに照明光を導いて、ウエハステージＷＳＴよりテストパターンを発光させ、レチクルステージＲＳＴ上の光電センサで受光することも可能である。
【００５１】
本発明は、前記のように２次元あるいは１次元のいずれの分解能を有する光電センサを使用する場合に可能である。通常、コントラスト、ディストーション等はＸＹ方向の複数線（ライン・アンド・スペース）もしくは、単独線（孤立線）で測定するため、１次元センサの場合は、Ｘ方向とＹ方向の２方向にセンサを配置すればよく、２次元センサの場合もＸＹ方向に分解能を持つように配置し、データを選択することにより、Ｘ及びＹ成分のデータ処理を実施できる。
【００５２】
上記実施例の投影露光装置は、半導体製造用の投影光学系ＰＬを使用していたが、本発明は投影光学系を使用する走査型露光装置以外の走査型露光装置、例えばミラー光学系を使用する走査型露光装置に対しても同様に有効である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の走査型露光装置は、走査露光の動的な条件、すなわちマスクステージ及び基板ステージが移動している状態での像位置に関する情報や結像特性を、実際の露光の前に、計測及び演算することができる機構を備えているので、走査型露光装置に独特の原因で発生する像位置のずれや結像特性の誤差等を予め知ることができ、それにより、結像特性を補正するように露光条件を変更することができる。本発明の走査露光方法は、走査露光の動的な条件の下での像位置に関する情報や結像特性を、実際の露光の前に、計測及び演算しているので、走査露光方式に独特の原因で発生する像位置のずれや結像特性の誤差等を予め知ることができ、それにより、結像特性を補正するように露光条件を変更することができる。また、静的な条件で測定された像位置に関する情報や結像特性を、上記動的な条件で測定した位置ずれや結像特性に基づいて予め補正することにより、走査露光時の結像特性を予め一層正確に求めることができる。従って、本発明の走査型露光装置及び走査露光方法を用いることによって、一層高精度且つ高効率で半導体素子や液晶素子等のマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】走査の間の結像特性を予め測定することができる機構を含む本発明の走査型露光装置の構成の概要を示す。
【図２】実施例の走査型露光装置による走査露光方法を説明する図であり、図２（ａ） は照明領域ＩＡに対してレチクルＲが走査される様子を示し、図２（ｂ） は露光領域ＥＡに対してウエハＷがレチクルＲの走査方向と逆方向に走査される様子を示す図である。
【図３】実施例において、走査の間に光電センサに取り込まれたレチクルＲのテストマークの検出画像を示す図であり、図３（ａ）は取り込み回数ｎに対する各画像の変化を示し、図３（ｂ）はｍ回取り込んだ場合に各画像信号を加算して得られた合成画像を示す。
【図４】実施例で用いたテストマークＭ１ 〜Ｍ８ を含むレチクルの平面図である。
【図５】結像特性の測定系を備える従来の投影露光装置の構成の概要を示す図である。
【符号の説明】
Ｒ レチクル、
Ｗ ウエハ
ＰＬ 投影光学系
ＩＡ 照明領域
ＥＡ 露光領域
ＲＳＴ レチクルステージ
ＷＳＴ ウエハステージ
１ ガラス板
２ 拡大光学系
３ 光電センサ
４ 画像処理系
５ ウエハホルダ
７ レーザ干渉計
１０ 投光器
１２ 演算器
１４ ステージコントローラ
３０ アライメント系光源[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention sequentially exposes the circuit pattern on the photosensitive substrate by synchronously scanning the mask and the photosensitive substrate with respect to an illumination area on the mask while illuminating the mask on which the circuit pattern is formed. The present invention relates to a scanning exposure apparatus, and more particularly, to a scanning exposure apparatus and an exposure method capable of accurately measuring an imaging characteristic of a pattern image of a mask formed by scanning a mask and a substrate before actual exposure. .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a projection exposure apparatus has been used as an apparatus for forming a circuit pattern of a semiconductor integrated circuit or a liquid crystal substrate on a semiconductor wafer by a photolithography technique. Such a projection exposure apparatus irradiates a reticle (mask) with illumination light uniformized by an illumination system to form a reticle pattern image on a photosensitive substrate via a projection optical system. This type of apparatus requires high-precision imaging characteristics in order to form a fine circuit pattern, and furthermore, a layer to be subjected to an exposure process in order to expose a plurality of patterns in the same region on the substrate by overlapping. High overlay accuracy is required between the layer and the layer that has been exposed last time. For this reason, before executing the exposure, the imaging characteristics of the projection optical system are evaluated in advance, and the lens elements of the projection optical system are relatively moved in the optical axis direction so as to obtain appropriate imaging characteristics. Corrections have been made such as changing the distance between the reticle and the principal point of the projection optical system. As a method of evaluating the imaging characteristics of the projection optical system in advance, prior to actual exposure, a photoresist on a wafer is exposed with a test reticle pattern in which a plurality of marks are drawn, and mark coordinates are obtained from the developed test pattern image. Has been conventionally performed by observing an image and comparing it with mark coordinates on a reticle. However, such an evaluation method has the drawbacks that it requires time and labor due to the necessity of preliminary exposure and development steps, and requires a special device for measuring an image. For this reason, the present applicant has disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. S59-94032 that a photoelectric sensor is provided on a stage on which a photosensitive substrate is mounted, and a test pattern of a reticle formed from a sensor output via a projection optical system. A method for directly observing location information has been disclosed. According to this method, not only initial adjustment of the apparatus, but also changes with time of the apparatus, changes in the external environment such as atmospheric pressure and temperature, changes in the absorption characteristics of illumination light by the imaging optical system, or illumination conditions of the reticle (solid It is possible to easily observe a change in imaging characteristics caused by a change in device conditions such as an angle, etc., and to correct the imaging characteristics based on the observation result. Therefore, a recent projection exposure apparatus is equipped with a mechanism for measuring the imaging characteristics of the imaging optical system in order to execute this method.
[0003]
FIG. 5 shows an example of an imaging characteristic measurement mechanism of the imaging optical system and an observation result. FIG. 5A is a view showing a schematic structure of an apparatus for exposing a mark pattern on a reticle R onto a wafer W as a photosensitive substrate via a projection optical system PL. As shown in the figure, the wafer stage WST includes a photoelectric sensor 202 having a two-dimensional resolution at a location different from the wafer holder 5 on which the wafer W is placed. While the imaging characteristics of the optical system are measured, the photoelectric sensor 202 is positioned directly below the projection optical system PL, and the wafer stage WST is positioned so that the wafer W is positioned outside the exposure area of the projection optical system PL. . The photoelectric sensor 202 is, for example, a CCD or an image pickup tube, and can electrically capture a two-dimensional image. In general, the position resolution of these photoelectric sensors 202 is lower than the resolution of the image of the projection exposure apparatus, and sufficient accuracy cannot be obtained even if they are directly formed on the photoelectric sensors 202 (this is because the CCD etc. It is also understood from being manufactured by an exposure apparatus). For this reason, the image of the test pattern of the reticle R by the projection optical system PL is once enlarged by about 100 to 400 times by the enlargement optical system 201 and then received by the photoelectric sensor 202. FIG. 5B shows a mark pattern (test pattern) 203 of the reticle R received by the photoelectric sensor 202. In order to determine the imaging characteristics of the projection optical system PL from this image, for example, the detection signal intensity in the scanning line 204 direction is measured, and the line width a or the contrast b is obtained from the measurement result as shown in FIG. , Center coordinates c and the like. Further, based on these measurement results, the aberration (for example, coma, spherical aberration) of the projection optical system PL or the focal position, magnification, distortion, and the like can be obtained by calculation.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described method for measuring the imaging characteristics has been used in a batch exposure method (full field method) represented by a so-called step-and-repeat method. However, in recent years, a part of the pattern area of the reticle is illuminated in a slit or arc shape, and the reticle is scanned with respect to the illumination area. A so-called slit scan exposure type exposure apparatus has been developed in which a reticle pattern is sequentially exposed on the photosensitive substrate by scanning the photosensitive substrate in synchronization with the reticle scanning. In this slit scan exposure method, the illumination area on the reticle is smaller than in the batch exposure method, and only a part of the image field of the projection optical system is used for exposure, so that distortion of the projected image and uniformity of illuminance can be easily adjusted. There is an advantage that there is. In addition, the enlargement of the exposure area is required in accordance with the increase in the area of the semiconductor substrate and the like. There is also an advantage that can be increased.
[0005]
However, unlike the batch exposure method, the slit scan exposure method moves the reticle over the illumination area during the formation of one image, so that even one image is formed by light rays that have passed through different parts of the imaging optical system. Is formed. That is, by scanning the reticle with respect to the illumination area, an image is formed on the photosensitive substrate through a different part of the projection optical system while a certain point on the reticle pattern passes through the illumination area. On the other hand, in the conventional method for measuring the imaging characteristics, a test pattern image of the reticle formed through a certain optical path in the imaging optical system is observed by the photoelectric conversion element. Therefore, as described above, in the slit scan method in which an image is formed by passing through a plurality of continuous portions of the imaging optical system, it is possible to obtain an imaging characteristic only from a fixed area of the projection optical system. However, this does not reflect the imaging characteristics in actual exposure (the adjustment of the imaging optical system itself may be performed by looking at a still image, as in the past). Specifically, for example, if the distortions of the images formed through a plurality of portions of the imaging optical system are different from each other, the images are spread and exposed, and the contrast deteriorates.
[0006]
Further, not only the problem of the imaging optical system described above, but also the synchronization deviation of the scanning speed of the reticle and the photosensitive substrate, the rotation error of the reticle during the scanning of the reticle, and the vertical movement thereof deteriorate the imaging characteristics. Further, a deviation in the positional relationship between the reticle and the photosensitive substrate due to the vibration of the apparatus due to the scanning operation also deteriorates the imaging characteristics. In particular, a projection exposure apparatus illuminates an overlay alignment mark formed in advance on a photosensitive substrate and receives reflected light from the mark in order to overlay a plurality of patterns on the same region of the substrate and expose the same. An alignment system for detecting the position and displacement of the lever is provided. The baseline indicating the distance between the optical axis of the alignment system and the optical axis of the projection optical system is measured with the wafer stage and the reticle stage stationary at the time of detecting an alignment mark on the wafer, but during actual exposure. Since the reticle pattern is projected and exposed on the wafer by moving the wafer stage and the reticle stage together, there is a possibility that the baseline measured at rest and the baseline obtained during scanning may be different. These problems are unique to the slit scan exposure type apparatus, and cannot be measured while the mask stage is kept still as in the conventional measurement of the imaging characteristics.
[0007]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to accurately detect the position or displacement of a mark pattern on a mask or its projected image before actual exposure. It is an object of the present invention to provide a scanning exposure apparatus provided with a mechanism capable of performing the scanning.
[0008]
It is another object of the present invention to provide a scanning exposure apparatus having a mechanism capable of accurately measuring the imaging characteristics of a projection optical system or the imaging state of a pattern image of a mask before actual exposure. .
[0009]
Another object of the present invention is to provide a scanning exposure apparatus having a mechanism capable of accurately measuring a baseline of an alignment system before actual exposure.
[0010]
Still another object of the present invention is to provide a scanning type exposure apparatus provided with a mechanism capable of accurately positioning a mask and a photosensitive substrate before actual exposure.
[0011]
Still another object of the present invention is to provide, prior to the actual exposure step, the position of the mark pattern on the mask or the projected image thereof while the mask and the photosensitive substrate are synchronously scanned with respect to the illumination area on the mask. It is an object of the present invention to provide a scanning exposure method capable of accurately detecting a displacement and an imaging characteristic.
[0012]
Still another object of the present invention is to provide, in the above scanning exposure method, an image forming characteristic of a projection optical system which is obtained in a state where a mask is stationary with respect to an illumination area, based on the position or displacement of the mark pattern or its projected image. Another object of the present invention is to provide a scanning exposure method capable of correcting an image formation state of a mask pattern.
[0013]
In the text, the term "illumination area" refers to an area on a mask (reticle) defined by illuminating light, and its size is usually limited by a field stop or the like arranged in an illumination optical system. Is done. The term “exposure area” refers to an area on a photosensitive substrate that is exposed when illumination light is irradiated through a projection optical system, and the exposure area has a conjugate relationship (an imaging relationship) with respect to the illumination area and the projection optical system. )It is in. In a scanning exposure apparatus, usually, a mask moves in a one-dimensional direction with respect to the illumination area, and the photosensitive substrate moves in a direction opposite to the one-dimensional direction with respect to the exposure area in synchronization with the mask. Is performed.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, a mask stage for scanning an illumination area on a mask with the mask, a projection optical system for projecting an image of a pattern on the mask onto a photosensitive substrate, and the illumination area And a substrate exposure stage that scans the photosensitive substrate for an exposure area conjugate with respect to the projection optical system,
A light receiving unit is provided on the substrate stage, and an image of a mark pattern on the mask is photoelectrically detected. Photoelectric detection Means,
While scanning the light receiving portion with respect to the exposure region in synchronization with scanning the mark pattern with respect to the illumination region, Photoelectric detection Combining means for combining signals output from the means,
The above-described scanning type exposure apparatus is characterized in that a position or a position shift of an image of the mark pattern is detected based on an output of the synthesizing means. The scanning exposure apparatus of the present invention Photoelectric detection By providing the light receiving portion of the means, the mask can be moved under the condition of actual scanning exposure, that is, under the dynamic condition of moving the mask stage and the substrate stage for scanning the mask and the substrate. The image of the test mark pattern can be measured in advance. Photoelectric detection By providing means for combining the outputs from the means, an image of a mark pattern formed by transmitting light through various parts of the projection optical system during one scan in an actual exposure is provided as a combined image. Can be drawn as From this composite image, the position and positional deviation of the image formed by actual scanning exposure can be known. Such a displacement is a displacement caused by movement of a stage for scanning or the like, and cannot be obtained by a conventional static imaging characteristic measuring method.
[0015]
The scanning exposure apparatus further includes an alignment system that illuminates the alignment mark on the photosensitive substrate, receives reflected light from the alignment mark, and detects the position or displacement of the alignment mark, and the detected mark pattern image And the light irradiation position of the alignment system can be used as the baseline of the alignment system. In the present invention, by defining the difference between the position of the mark pattern image of the mask detected by the light receiving unit and the light irradiation position of the alignment system light source as the baseline of the alignment system, the photosensitive substrate can be used during overlay exposure. Alignment with the mask can be performed more accurately.
[0016]
Further, the scanning exposure apparatus further includes a detection unit configured to detect at least one of a position and a rotation amount of the pattern image of the mask based on a position or a displacement of each image of the plurality of mark patterns on the mask. The alignment between the mask and the photosensitive substrate can be performed using the detection result of the detection unit. For example, instead of detecting the reticle position (mark pattern position) and the amount of rotation when the mask is stationary, the reticle position when the mask stage is scanning during actual exposure is detected, and the wafer position is detected by the alignment sensor. Are superimposed on the basis of the measurement result of the above and the reticle position information at the time of scanning. Further, the reticle or wafer is rotated to cancel the rotation error. Thus, the wafer position can be adjusted in relation to the reticle position at the time of actual exposure. Further, the scanning type exposure apparatus may further include an arithmetic unit for calculating an imaging characteristic of the projection optical system based on a position or a position shift of each image of the plurality of mark patterns on the mask.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, a mask stage for scanning the mask with respect to an illumination area on the mask, a projection optical system for projecting an image of a pattern on the mask onto a photosensitive substrate, and the illumination area And a substrate exposure stage that scans the photosensitive substrate for an exposure area conjugate with respect to the projection optical system,
A light receiving unit is arranged on the substrate stage, and photoelectrically detects an image of a mark pattern on the mask. Photoelectric detection Means;
While scanning the light receiving portion with respect to the exposure region in synchronization with scanning the mark pattern with respect to the illumination region, Photoelectric detection Combining means for combining signals output from the means;
Calculating means for calculating an image forming state of the image of the mark pattern based on an output of the synthesizing means. The scanning exposure apparatus of the present invention Photoelectric detection By providing the light receiving section of the means, the image of the test mark pattern of the mask can be measured in advance under the conditions of the actual scanning exposure. Photoelectric detection By providing means for combining the outputs from the means, an image of a mark pattern formed by transmitting light through various parts of the projection optical system during one scan in an actual exposure is provided as a combined image. Can be drawn as Using this composite image, the imaging characteristics of an image formed by actual scanning exposure, such as magnification and contrast, can be known by calculation.
[0018]
It is preferable that the scanning type exposure apparatus further includes a correction unit for correcting an imaging characteristic of the projection optical system according to a calculation result of the calculation unit. The correction unit may be a stage controller that controls a scanning speed or a scanning direction of the mask stage and the substrate stage. By changing the moving speed of each stage by this stage controller, it is possible to obtain an optimum imaging characteristic.
[0019]
In the scanning exposure apparatus of the present invention, Photoelectric detection The means may include an imaging element having a light receiving surface disposed on a surface substantially conjugate with the light receiving unit, and an enlargement optical system for enlarging an image of the mark pattern to form an image on the light receiving surface. it can. The mechanism in which the energy of light is accumulated in the photosensitive agent during scanning when the photosensitive substrate is exposed by the exposure operation to form an image and the mechanism in which the image sensor forms an image by photoelectric detection can be considered to be the same. By using an image sensor, an image formed at the time of actual exposure can be predicted.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, the mask is scanned with respect to an illumination area on the mask while illuminating the mask, and a photosensitive substrate is exposed with respect to an exposure area conjugate with the illumination area and the projection optical system. In the scanning exposure method of exposing the pattern of the mask on a photosensitive substrate through a projection optical system by scanning in synchronization with the scanning of the mask,
Prior to the exposure, an image of a mark pattern formed on the mask is detected instead of the photosensitive substrate. detection means Light-receiving part Is scanned in synchronization with the scanning of the mask,
Said During the scan, The detection By combining the signals output from the means , The scanning exposure method is provided, wherein a position or displacement of a mark pattern image of a mask during scanning is obtained. For the illumination area of the mask detection Means, for example, by synchronously scanning the light receiving portion of the image sensor and the mask, to form an actual scan exposure, that is, image a test pattern of the mask under dynamic conditions in which the mask stage and the substrate stage move. Can be done. From the obtained image, the positional shift of the image caused by using the scanning exposure method can be known prior to the actual exposure.
[0021]
In the above scanning exposure method, an image of the mark pattern in the exposure area is detected while illuminating a mark pattern of the mask with the mask fixed to the illumination area, and the image position of the detected mark pattern is detected. It is preferable that the method further includes correcting the information based on the position or displacement of the mark pattern image of the mask during the obtained scan. Information about an image position measured under a conventional static condition as shown in FIG. 5 is corrected in advance by a position or a position shift measured under a dynamic condition of scanning exposure accompanying movement of a mask stage and a substrate stage. be able to. Using the corrected position information, an imaging characteristic or the like can be predicted before actual exposure, and exposure conditions can be corrected by various methods at the time of exposure.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, the mask is scanned with respect to an illumination area on the mask while illuminating the mask, and a photosensitive substrate is exposed with respect to an exposure area conjugate with the illumination area and the projection optical system. In the scanning exposure method of exposing the pattern of the mask on a photosensitive substrate through a projection optical system by scanning in synchronization with the scanning of the mask,
Prior to the exposure, an image of a mark pattern formed on the mask is detected instead of the photosensitive substrate. detection Scanning the light receiving portion of the means in synchronization with the scanning of the mask, and during the scanning, detection Combining the signals output from the means to obtain a mark pattern image of the mask during scanning, and calculating the imaging characteristics of the projection optical system from the obtained mark pattern image. Is provided. According to this method, the test pattern of the mask can be imaged under actual scanning exposure, that is, under dynamic conditions in which the mask stage and the substrate stage move, and the imaging characteristics can be obtained in advance. As a result, it is possible to know in advance the difference between the imaging characteristics obtained when the mask stage and the reticle stage are stationary and the imaging characteristics during actual exposure, and to adjust the imaging speed measured under dynamic conditions by adjusting the stage moving speed. Image characteristics can be corrected.
[0023]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a micro device using the scanning exposure apparatus of the present invention. Thereby, a micro device can be manufactured with high precision.
[0024]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of a scanning exposure apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a scanning projection exposure apparatus that exposes a reticle R and a wafer W while scanning the reticle R in synchronization with an illumination area of the reticle R. The projection exposure apparatus includes a light source and an illumination optical system (both not shown), a reticle stage RST for moving the reticle R in the scanning direction, a projection optical system PL for projecting a pattern image formed on the reticle R onto the wafer W, and a wafer. It mainly includes a wafer stage WST that moves W in synchronization with the scanning of the reticle R, alignment systems 30 to 35 for aligning the wafer, and a photoelectric sensor 3 that measures the imaging characteristics. The light source and the illumination optical system are generally arranged above the reticle stage RST in FIG. As the illumination light source, for example, an ultraviolet light source such as an i-line or a g-line which is an emission line of an ultra-high pressure mercury lamp, KrF, ArF excimer laser light, or metal vapor laser light is used. The illumination optical system is a fly-eye lens to achieve uniform illuminance, a shutter to open and close the optical path, and a variable blind to limit the illumination area as well as The reticle R on which a circuit pattern or the like is drawn is illuminated by illumination light IL from a light source and an illumination optical system at a substantially uniform illuminance and a predetermined solid angle. In recent years, in order to increase the resolution, Zonal lighting Or, it is configured to be capable of oblique illumination or the like.
[0025]
The reticle stage RST is installed above the projection optical system PL, and can be moved at a predetermined scanning speed in the scanning direction (X direction) by a reticle driving unit (not shown) composed of a linear motor or the like. The reticle stage RST is provided with a movable mirror 6 that reflects the laser beam from the interferometer 7 fixed to the end in the X direction, and the position of the reticle stage RST in the scanning direction is, for example, in units of 0.01 μm by the interferometer 7. Measured. The measurement result of the interferometer 7 is sent to the stage controller 14, and the reticle stage RST is always positioned with high accuracy. On reticle stage RST, a reticle holder (not shown) is provided, and reticle R is mounted on the reticle holder by being attracted by a vacuum chuck or the like. Above the reticle stage RST, a reticle alignment system (not shown) opposed to the optical axis AX is mounted. The initial position of reticle stage RST is determined so as to be accurately positioned at a predetermined reference position. Therefore, the position of the reticle R can be adjusted with sufficiently high accuracy only by measuring the position of the reticle stage RST by the movable mirror 6 and the interferometer 7. The drive unit of reticle stage RST is controlled by stage controller 14.
[0026]
On reticle stage RST, reticle R is illuminated by a rectangular (slit-shaped) illumination area whose length is in a direction (Y direction) perpendicular to the scanning direction (X direction) of reticle R. This illumination area is defined by a field stop (not shown) arranged above the reticle stage and at or near a plane conjugate with the reticle R.
[0027]
The illumination light having passed through the reticle R is incident on the projection optical system PL, and a circuit pattern image of the reticle R by the projection optical system PL is formed on the wafer W coated with a photosensitive agent (photoresist). A plurality of lens elements are accommodated in the projection optical system PL such that the optical axis AX is a common optical axis. The projection optical system PL is provided with a flange portion 24 on the outer peripheral portion and at the center in the optical axis direction, and is fixed to the mount of the exposure apparatus main body by the flange portion 24.
[0028]
The projection magnification of the pattern image of the reticle R projected on the wafer W is determined by the magnification and arrangement of the lens elements of the projection optical system PL, and is usually reduced to 1/5 or 1/4 by the projection optical system PL.
[0029]
A reticle pattern in a slit-shaped illumination area (center substantially coincides with optical axis AX) on reticle R is projected onto wafer W via projection optical system PL. Since the wafer W has an inverted image relationship with the reticle R via the projection optical system PL, if the reticle R is scanned at a speed Vr in the −X direction (or + X direction) during exposure, the wafer W Scanning is performed in the opposite + X direction (or -X direction) at a speed Vw in synchronization with the reticle R, and the entire pattern of the reticle R is sequentially exposed on the entire shot area on the wafer W. The scanning speed ratio (Vr / Vw) is determined by the reduction magnification of the projection optical system PL described above.
[0030]
Wafer W is vacuum-sucked on wafer holder 5 held on wafer stage WST. Wafer stage WST is configured to be movable not only in the above-described scanning direction (X direction) but also in a direction (Y direction) perpendicular to the scanning direction so that a plurality of shot areas on the wafer can be scanned and exposed. The operation of scanning each shot area on the wafer W and the operation of moving to the exposure start position of the next shot area are repeated. Wafer stage WST is also capable of fine movement in the optical axis AX direction (Z direction) of projection optical system PL. Further, wafer stage WST can be inclined with respect to optical axis AX by a leveling stage (not shown). Wafer stage WST is driven by a wafer stage driving unit (not shown) such as a motor, and its movement speed is adjusted according to the ratio (Vr / Vw), and moves in synchronization with reticle stage RST. A movable mirror 8 is fixed to an end of wafer stage WST, and a laser beam from interferometer 9 is reflected by movable mirror 8, and reflected light is detected by interferometer 9 so that wafer stage WST can be moved in the XY plane. The coordinate position is constantly monitored. The reflected light from the movable mirror 8 is detected by the interferometer 9 with a resolution of, for example, about 0.01 μm. The wafer stage driving unit is controlled by the stage controller 14, and drives the wafer stage WST in synchronization with the reticle stage RST. The scanning of each stage and the adjustment of the projection optical system PL accompanying the scanning are collectively managed by the stage controller 14.
[0031]
The scanning exposure apparatus shown in FIG. 1 includes a wafer alignment system for exposing a pattern already exposed on the wafer W with a new pattern with high accuracy. As the wafer alignment system, the positions of alignment marks on the wafer W are read by optical wafer alignment systems 30 to 35 provided separately from the projection optical system PL, and the positions at which overlay exposure is performed are determined. As the light source 30, a laser, a halogen lamp, or the like that generates light having a wavelength that is insensitive to the photoresist film on the wafer W is used. The illumination light emitted from the light source 30 illuminates the alignment mark on the wafer W by the mirror 35 via the half mirror 33 and the mirror 34. The reflected light or the diffracted light from the alignment mark on the wafer W passes through a path opposite to the illumination light, passes through the half mirror 33, and is photoelectrically converted in the light receiving unit 31. The signal from the light receiving section 31 is amplified to a sufficient output by the amplifier 31 and sent to an alignment control system (not shown). The optical axis AX of the projection optical system PL and the optical axis AX2 of the alignment system are set as close as possible and are separated by a certain interval. By maintaining this interval stably, an accurate positional relationship between the pattern of the reticle R and the shot area of the wafer W is maintained when the overlay exposure is performed. The optical axis AX and the optical axis AX2 are usually called a base line of an alignment system. In the present invention, the base line is defined based on a mark formed on the reticle R as described later.
[0032]
The projection exposure apparatus shown in FIG. 1 is a position sensor (wafer W) that includes a projector 10 that irradiates a light beam from an oblique direction to an image plane of a projection optical system PL and a light receiver 11 that receives light reflected from the image plane. Z direction sensor). This position sensor can be configured to project, for example, a slit image or a pinhole image from the projector 10 onto the wafer W and receive the reflected light through the slit or the pinhole. When the wafer W is positioned on the image plane, the adjustment is performed so that the reflected light enters the slit or the pinhole. By providing a plurality of these sensors, after detecting the inclination of the surface of the wafer W, the wafer level WST is moved by the above-mentioned leveling stage so that the entire exposure area on the wafer W coincides with the optimum image plane of the projection optical system PL. It is also possible to perform the correction by tilting. As the light emitted from the light projector, light having a wavelength that does not expose the photosensitive agent is selected.
[0033]
Here, the scanning exposure operation of the scanning exposure apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 2A is a conceptual diagram of the reticle R as viewed from above, and the rectangular illumination area IA is defined in a circle indicating the image field of the projection optical system PL. By moving the reticle R in the scanning direction (X direction) with respect to the illumination area IA, the patterns on the reticle R are sequentially illuminated, and all the patterns existing in the scanning direction of the reticle R by one scan. Be illuminated. The illumination time is determined by the time required for each pattern to cross the illumination area IA, that is, the size of the pattern and the scanning speed. The scanning speed is determined based on the sensitivity of the photosensitive agent, the intensity of illumination light, and the like. FIG. 2A shows a case where the reticle R is scanned in the X direction at the speed Vr. The reticle pattern irradiated in the illumination area IA is formed on the exposure area EA on the wafer W at the reduction magnification of the projection optical system PL. This state is shown in FIG. 2B when the wafer W is viewed from above. As described above, the speed Vw of the wafer W is determined by the speed Vr of the reticle R × the reduction magnification of the projection optical system PL. Since the image on the wafer W has a mirror image relationship with the pattern of the reticle R, the wafer W is opposite to the reticle R. In the -X direction. When one scan of the reticle R is completed, an image of the entire surface of the reticle R is formed on the wafer W in the region SH. By repeating this operation, so-called step-and-scan exposure is performed in which a plurality of patterns of the reticle R are exposed almost over the entire surface of the wafer W.
[0034]
In FIG. 1, a glass plate 1 for imaging measurement is installed on wafer stage WST at a position different from wafer holder 5 at a height substantially coincident with the upper surface of wafer W. The position of the glass plate 1 is adjusted by the Z-direction position sensors (10, 11) and the wafer stage WST so that the upper surface of the glass plate 1 coincides with the image plane of the projection optical system PL. Below the glass plate 1 and inside the wafer stage WST, an enlargement optical system 2 and a photoelectric sensor 3 are installed. According to the exposure method of the present invention, before the actual wafer W is exposed, the glass plate 1 is positioned directly below the projection optical system PL by the movement of the wafer stage WST, and the imaging characteristics are measured. The light beam that has passed through the projection optical system PL forms an image once on the glass plate 1, and then forms an image again on the light receiving surface of the photoelectric sensor 3 via the magnifying optical system 2. On the light receiving surface of the photoelectric sensor 3, an image formed on the glass plate 1 is magnified by the magnification of the magnifying optical system 2 to form an image. The glass plate 1 can be omitted by positioning the upper lens constituting the magnifying optical system 2 on the image plane of the projection optical system PL. Here, if there is an aberration in the magnifying optical system 2, it becomes impossible to distinguish whether the distortion or the like of the image formed on the light receiving surface of the photoelectric sensor 3 is due to the aberration of the projection optical system PL or the aberration of the magnifying optical system 3. Therefore, an optical system having extremely little aberration must be used for the magnifying optical system 2. The configuration of the imaging characteristic measuring system including the magnifying optical system 2 and the photoelectric sensor 3 is the same as the configuration of the conventional static imaging characteristic measuring system shown in FIG. The same magnification and the same type of photoelectric sensor 3 can be used. For this reason, the still image of the projection optical system PL may be measured by moving the photoelectric sensor 3 to an arbitrary position in the exposure area EA and then keeping the wafer stage WST and the reticle stage RST stationary as in the conventional case. The image signal of the photoelectric sensor 3 is taken into the image processing system 4 and processed. The processed image data is sent to the computing unit 12, where the imaging characteristics are computed. As described above, it is necessary for a scanning type exposure apparatus to optimally adjust the imaging characteristics in a stationary state, that is, the imaging characteristics in a state where the reticle R and the wafer W are not scanned before the actual exposure. It is also necessary to correct the imaging characteristics obtained by the calculation using an appropriate correction means. For example, if the magnification obtained by the calculation deviates from the target magnification, a magnification deviation occurs in the non-scanning direction of an image formed by scanning, and the image quality in the scanning direction deteriorates. For this reason, for example, the optical path length of the reticle R and the projection optical system PL is changed, a part of the lens element of the projection optical system PL is driven in the direction of the optical axis AX, or is inclined with respect to the optical axis AX. A known method for correcting magnification and distortion can be used. The shift of the focal position, the inclination of the image plane, and the like are corrected by giving an offset to the position sensors (10, 11) in the Z direction. The present invention provides a method for measuring the imaging characteristics during the scanning exposure and a correction method on the assumption that the imaging characteristics in the stationary state are optimized. Further, in the present invention, as described later, the reticle R is used by using information on the mark position and the imaging characteristics of the reticle R obtained from the measurement of the imaging characteristics measured during the scanning of the reticle R and the wafer stage WST. The mark position and the imaging characteristics of the reticle R measured while the R and the wafer stage WST are stationary can be corrected in advance.
[0035]
Next, a method for measuring the imaging characteristics in the scanning exposure, which is one step of the scanning exposure method of the present invention, using the scanning exposure apparatus shown in FIG. 1 will be described. As the reticle R, a dedicated test reticle on which a test pattern is drawn by a plurality of marks, or a reticle pattern including a plurality of test marks around a manufacturing reticle as shown in FIG. 4 can be used. Alternatively, a dedicated imaging characteristic measurement pattern provided on reticle stage RST may be used. When the traveling speed or the inclination of the reticle R differs depending on the position on the reticle stage RST, a test reticle that can measure almost the entire surface of the reticle stage RST is advantageous. However, if such a dedicated reticle R is used, the reticle exchange operation becomes complicated. Therefore, it is desirable to appropriately use the reticle. In the present invention, as shown in FIG. 4, a reticle R for manufacturing a circuit pattern, wherein four test marks M are provided on two opposing sides outside the reticle pattern area 40. 1 ~ M 8 A reticle pattern containing was used.
[0036]
At the time of measuring the imaging characteristics, the wafer stage WST is moved to form an image of the test mark on the reticle R on the photoelectric sensor 3. Then, the reticle R and the photoelectric sensor 3 are synchronously scanned at the same scanning speed as that during the actual exposure, and the image of the test mark on the reticle R is taken into the image processing system 4 as image data. During this scanning, the photoelectric sensor 3 passes through the exposure area EA (see FIG. 2). The image processing system 4 adds the outputs of the pixels one after another from the obtained image data. When the scanning is completed, one image is formed by adding the signals while the photoelectric sensor passes through the exposure area EA. This image corresponds to an image formed on the wafer W by the scanning exposure. The state of this image capture will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows an output waveform from the photoelectric sensor 3 each time. When the photoelectric sensor 3 is a two-dimensional sensor, the output is represented by a function of XY as position coordinates on the sensor, but only the X component is shown for simplicity of explanation. Here, if the coordinate position of the wafer stage by the laser interferometer 8 when the reference point of the photoelectric sensor 3 is located on the optical axis AX of the projection optical system PL is determined, for example, the coordinate X on the photoelectric sensor 3 can be obtained. , Y can correspond to the position coordinates of the wafer stage, and the image forming position of the mark of the reticle R detected by the photoelectric sensor 3 can also be represented by the position coordinate system of the wafer stage.
[0037]
In FIG. 3A, n is a test mark M of the reticle R. 1 While scanning, the mark M 1 Are shown in the order in which the imaging data is taken. Ideally, no matter when data is acquired while such a mark passes through the illumination area IA, the same projected image should be formed at a certain position in the exposure area EA. A final image should be formed. However, as described above, in order to form an image of a mark on the photoelectric sensor 3 while scanning the reticle R and the photoelectric sensor 3 (wafer W in actual exposure), while the mark passes through the illumination area IA, Mark M 1 The light rays that will form the image of FIG. 3 continuously pass through different portions of the projection optical system PL. Accordingly, distortion occurs in the image due to the presence of aberration in the projection optical system PL, and the image forming position of the mark changes. Further, in the scanning direction, if the reticle stage RST and the wafer stage WST are out of synchronization during one scan, the image forming position of the mark changes. In addition, the positional relationship between the reticle R and the wafer stage WST changes due to the vibration of the entire apparatus due to the scanning, and the imaging position changes.
[0038]
Due to the above-described reason, as shown in FIG. 1 Is shifted in the image forming position. In FIG. 3A, the center position of the image of the mark captured at the second time (n = 2) is shifted by + Δx ′ from the center position of the image of the mark captured at the first time, and n = 1) mark M 1 Is shifted by + Δx ″ from the center position of the first captured image of the mark. The shape of each mark image is also different depending on the light beam passing position of the projection optical system PL or the Z sensor. Due to the following control error with respect to the optimum image plane of the wafer stage WST, or the deterioration of the image due to the deviation of the imaging position while capturing the position screen as described above. Is obtained by adding the output images (n = 1 to m) after the image is captured m times.Because of the above-mentioned effects, the waveforms are duller than those of the respective images. The obtained line width 1 is wider than the signal width of each image.
[0039]
Here, the center position X of the image (FIG. 3B) obtained by combining the individual output images is shown. 0 Is obtained. On the other hand, mark M on reticle R 1 From the position coordinates and the magnification of the projection optical system PL, the mark M 1 Is a position (design value) X at which an image should be formed on the photoelectric sensor 3 01 Can be obtained by calculation. Therefore, ΔX = X 0 -X 01 Are marks M of the reticle R generated by various causes including scanning of the reticle R and the photoelectric sensor 3 (wafer W in actual exposure). 1 (The difference between the design value and the actual exposure position) in the X direction.
[0040]
A method for obtaining the baseline of the wafer alignment system from the one-dimensional or two-dimensional imaging position of each mark of the reticle R obtained as described above will be described. The light emitted from the light source 30 of the alignment system is detected by the photoelectric sensor 3 and the irradiation position is obtained by the coordinate system of the wafer stage WST. Then, the intervals in the X direction and the Y direction between the imaging position of the specific mark obtained by the photoelectric sensor 3 in the coordinate system of the wafer stage WST and the irradiation position of the alignment light source 30 are defined as the baseline of the alignment system. be able to. Alternatively, a reference mark that can be detected by an alignment system (alignment sensor) may be put on the glass plate 1 and a baseline may be defined from the reference mark position and a specific mark position on the reticle R. The value of this baseline is stored, and at the time of actual exposure (overlay exposure), the alignment mark of the wafer W is detected by the wafer alignment system 30 to 35, and the stored value of the baseline is used. Thus, the relative position between the wafer W and the reticle R can be adjusted. By defining the baseline of the alignment system in this way, the position of the wafer W to be overlaid and exposed can be accurately determined based on the mark of the reticle R. In addition, since the base line can be obtained by taking into account the relative displacement between the reticle R and the wafer W generated during scanning, the overlay accuracy in scanning exposure can be improved.
[0041]
Next, a method of obtaining the dynamic imaging characteristics of the projection optical system PL in the scanning exposure from the one-dimensional or two-dimensional image forming positions of the marks of the reticle R obtained as described above will be described. The image processing system 4 outputs a composite image as shown in FIG. 1 ~ M 8 Is sent to the calculator 12. In the arithmetic unit 12, each M 1 ~ M 8 The imaging characteristics are calculated from the output of the composite image for. For example, when obtaining the contrast of an image as an imaging characteristic, the output of each detected mark is sliced at an appropriate slice level as shown in FIG. 3B, and the respective line widths l are obtained and compared. Can be determined. Alternatively, it can be obtained from the rising angles of the edges at both ends of the output waveform of each mark.
[0042]
The following method can be used to determine the image magnification as the imaging characteristic. A plurality of marks on the reticle R, for example, a mark M 1 And M 5 Imaging position X 1 And X 5 Are detected in the X coordinate system of the photoelectric sensor 3 and are converted from the image forming positions into the X coordinate system of the wafer stage WST. 1 And X 5 And mark M on reticle R 1 And M 5 Can be calculated from the interval in the X direction.
[0043]
In addition, the following method can be employed to obtain distortion as the imaging characteristic. For example, a set A of two points relatively inside and relatively outside the pattern area 40 of the reticle R 1 , A 2 And B 1 , B 2 Is their spacing A 1 A 2 And interval B 1 B 2 Are determined so as to be equal to each other, and their imaging positions are detected by the photoelectric sensor 3 in the same manner as described above, and the imaging positions are obtained in the coordinate system of the wafer stage WST. Next, the image forming position interval A of the set of two points in the coordinate system of wafer stage WST 1 A 2 'And spacing B 1 B 2 'Respectively, and the difference from the interval on the reticle R (A 1 A 2 '-A 1 , A 2 ) And (B) 1 B 2 '-B 1 , B 2 ) Can be calculated, and the distortion can be obtained by comparing them in consideration of the magnification.
[0044]
Further, from the measurement of the image forming position of the mark of the reticle R as described above, the amount of rotation of the reticle R on the reticle stage RST caused by the scanning of the reticle R can be obtained. In this case, of the marks of the reticle R, for example, the mark M 1 And M 5 Image formation position Y in the Y direction on photoelectric sensor 3 1 And Y 5 Is detected in the same manner as described above. Imaging position Y 1 And Y 5 Coordinate Y of wafer stage WST corresponding to 1 'And Y 5 By obtaining the difference ΔY ′, it is possible to determine how much the pattern of the reticle R is shifted in the Y direction. Further, ΔY ′ and M 1 And M 5 The rotation amount θ of the reticle R can be calculated from the distance in the X direction and the like.
[0045]
Further, the displacement of the entire pattern of the reticle R can be obtained as follows. For example, reticle R is arranged on reticle stage RST such that the center of reticle R is located on the optical axis of projection optical system PL, and two-dimensional imaging of each mark by photoelectric sensor 3 as described above. Find the position. Next, after converting the image forming position of each mark into the wafer stage coordinate system, the distance between the reference point (wafer stage coordinate system) on the sensor 3 and the image forming position of each mark (wafer stage coordinate system) is obtained. . Then, those distances and each mark M of the reticle R from the center of the reticle R 1 ~ M 8 Distance L 1 ~ L 8 Is compared in consideration of the magnification, the offset amount of the pattern of the reticle R in the scanning of the reticle R can be determined. In this case, the offset amount of the pattern of the reticle R can be obtained by comparing the distance from the center of the reticle R with the distance between the image forming position and the reference point for one mark. Mark M 1 ~ M 8 It is preferable to calculate the offset amount from the average value by calculating the difference between the distances.
[0046]
As described above, the imaging characteristics of the image formed by the scanning exposure can be obtained. When the imaging characteristics cannot be obtained with the desired accuracy, correction may be performed. However, as a premise, since the imaging characteristics (image characteristics of a still image) measured when the stage is stationary are adjusted optimally, further adjustment is difficult. As an adjustment method at this stage, it is conceivable to reduce synchronization deviation, vibration, and the like of the reticle R and the wafer W, which are deteriorated by the scanning exposure. In general, when the scanning speed is reduced, the load on the control system is reduced, and the synchronization accuracy is improved. It is also believed that vibrations are reduced. Therefore, when the desired accuracy is not achieved due to the positional deviation of the image forming position of the mark obtained as described above, a method of sending a signal to the stage controller 14 to reduce the scanning speed is conceivable. When the scanning speed is reduced, the productivity (throughput) of the product is reduced. Therefore, it is optimal to reduce the scanning speed within a range where desired accuracy can be obtained. Therefore, the optimum speed can be selected by changing the scanning speed and measuring the imaging characteristics. Since the scanning speed is determined by the sensitivity of the photosensitive agent as described above, it is necessary to take measures such as adjusting the illuminance of the illumination light according to the speed or changing the width of the illumination area IA in the scanning direction.
[0047]
In the above-described method, image data is added one after another inside the image processing system 4. However, a method of temporarily storing all data in a memory and then adding the data to combine the images may be considered. According to this method, since each data remains in the memory even after the synthesis, when the accuracy is not good, there is an advantage that it is possible to analyze which part of the exposure area EA is not good. In the above-described method, the image data is added by calculation, but a method of adding the image data in the photoelectric sensor 3 is also conceivable. By reducing the intensity of the illumination light with a filter or the like so that an image is accumulated in the sensor 3 in one scan, a total photoelectric output during one scan can be obtained. This method simplifies the circuit configuration because there is no need for calculation.
[0048]
Further, in the above-described method, the addition is performed with reference to the pixels of the photoelectric sensor 3, but a measurement error occurs when the positional relationship between the reticle stage RST and the photoelectric sensor 3 changes due to vibration of the apparatus or the like. For this reason, if the index or the frame is attached to the glass plate 1 and the addition is performed so that the detection position of the index or the frame detected by the photoelectric sensor 3 becomes constant, the above-mentioned inconvenience is eliminated. It is convenient if this index is common to the reference mark detected by the alignment sensor at the time of the baseline measurement.
[0049]
When the focal position is obtained by the above method, it is a common practice to repeat the measurement while changing the position of wafer stage WST in the Z direction, but light can be received at a plurality of positions in the optical axis direction of magnifying optical system 2. As described above, a method in which light is branched by a half mirror or the like and received by a plurality of photoelectric sensors is also conceivable. Further, a method is also conceivable in which a plurality of photoelectric sensors 3 and a magnifying optical system 2 are arranged on the wafer stage WST and measurement is performed at a plurality of measurement points in the exposure area EA at once. According to this method, there is an advantage that a plurality of points can be measured by one scan. Further, if the distance between the photoelectric sensors in the non-scanning direction is strictly measured in advance, there is an advantage that the measurement accuracy of the distortion in the non-scanning direction can be measured accurately regardless of the measurement error of the interferometer 9.
[0050]
In the method of the embodiment described above, the photoelectric sensor 3 is provided inside the wafer stage WST. Only the incident end face of the fiber) may be installed on the wafer stage WST, and the received light may be transmitted to an optical sensor installed outside the wafer stage WST using an image fiber or the like. It is also possible to guide the illumination light to wafer stage WST with a fiber or the like, emit a test pattern from wafer stage WST, and receive the test pattern with a photoelectric sensor on reticle stage RST.
[0051]
The present invention is possible when using a photoelectric sensor having either two-dimensional or one-dimensional resolution as described above. Normally, contrast, distortion, and the like are measured by a plurality of lines (lines and spaces) in the XY directions or a single line (isolated lines). Therefore, in the case of a one-dimensional sensor, sensors are arranged in two directions of the X direction and the Y direction. The two-dimensional sensor can be arranged so as to have a resolution in the X and Y directions, and by selecting data, data processing of the X and Y components can be performed.
[0052]
Although the projection exposure apparatus of the above embodiment uses the projection optical system PL for semiconductor manufacturing, the present invention uses a scanning exposure apparatus other than the scanning exposure apparatus using the projection optical system, for example, a mirror optical system. This is similarly effective for a scanning type exposure apparatus that performs the above.
[0053]
【The invention's effect】
The scanning exposure apparatus according to the present invention measures and adjusts dynamic conditions of scanning exposure, that is, information and image forming characteristics relating to an image position while the mask stage and the substrate stage are moving, before actual exposure. Since a mechanism capable of performing calculations is provided, it is possible to know in advance, for example, an image position shift and an error in an image forming characteristic caused by a cause unique to the scanning exposure apparatus, thereby correcting the image forming characteristic. Exposure conditions can be changed as described above. Since the scanning exposure method of the present invention measures and calculates information and image forming characteristics of the image position under dynamic conditions of the scanning exposure before the actual exposure, it is unique to the scanning exposure method. It is possible to know in advance the displacement of the image position, the error in the imaging characteristics, and the like caused by the cause, so that the exposure conditions can be changed so as to correct the imaging characteristics. Further, by correcting in advance information and image forming characteristics relating to the image position measured under static conditions based on the positional deviation and image forming characteristics measured under the above dynamic conditions, the image forming characteristics at the time of scanning exposure are improved. Can be determined more accurately in advance. Therefore, by using the scanning exposure apparatus and the scanning exposure method of the present invention, microdevices such as semiconductor elements and liquid crystal elements can be manufactured with higher accuracy and higher efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an outline of a configuration of a scanning exposure apparatus of the present invention including a mechanism capable of measuring an imaging characteristic during scanning in advance.
2A and 2B are views for explaining a scanning exposure method by the scanning exposure apparatus of the embodiment, and FIG. 2A shows a state in which a reticle R scans an illumination area IA; (B) FIG. 4 is a diagram showing a state in which the wafer W is scanned in a direction opposite to the scanning direction of the reticle R with respect to the exposure area EA.
3A and 3B are diagrams showing detection images of test marks on a reticle R taken into a photoelectric sensor during scanning in the embodiment, and FIG. Statue FIG. 3B shows a composite image obtained by adding each image signal when the image data has been captured m times.
FIG. 4 shows a test mark M used in the embodiment. 1 ~ M 8 FIG. 4 is a plan view of a reticle including a reticle.
FIG. 5 is a diagram illustrating an outline of a configuration of a conventional projection exposure apparatus including a measurement system of an imaging characteristic.
[Explanation of symbols]
R reticle,
W wafer
PL projection optical system
IA lighting area
EA exposure area
RST reticle stage
WST wafer stage
1 glass plate
2 Magnifying optical system
3 Photoelectric sensor
4 Image processing system
5 Wafer holder
7 Laser interferometer
10 Floodlight
12 arithmetic unit
14 Stage Controller
30 Alignment light source

Claims (13)

マスク上の照明領域に対して該マスクを走査するマスクステージと、前記マスク上のパターンの像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記照明領域と前記投影光学系に関して共役な露光領域に対して前記感光基板を走査する基板ステージとを備えた走査型露光装置において、
前記基板ステージ上に受光部を備え且つ前記マスク上のマークパターンの像を光電検出する光電検出手段と、
前記照明領域に対して前記マークパターンを走査するのに同期して前記受光部を前記露光領域に対して走査している間に前記光電検出手段から出力される信号を合成する合成手段とを備え、
前記合成手段の出力に基づいて前記マークパターンの像の位置または位置ずれを検出することを特徴とする上記走査型露光装置。A mask stage that scans the mask with respect to an illumination area on the mask, a projection optical system that projects an image of a pattern on the mask onto a photosensitive substrate, and an exposure area that is conjugate with respect to the illumination area and the projection optical system. In a scanning exposure apparatus having a substrate stage for scanning the photosensitive substrate,
A photoelectric detection unit comprising a light receiving unit on the substrate stage and photoelectrically detecting an image of a mark pattern on the mask,
Synthesizing means for synthesizing a signal output from the photoelectric detection means while scanning the light receiving section with respect to the exposure area in synchronization with scanning of the mark pattern with respect to the illumination area. ,
The scanning exposure apparatus according to claim 1, wherein a position or a displacement of the image of the mark pattern is detected based on an output of the combining unit. 前記感光基板上のアライメントマークを照明し、該アライメントマークからの反射光を受光してその位置、または位置ずれを検出するアライメント系をさらに備え、前記検出されたマークパターン像の位置と、前記アライメント系の光照射位置との差を前記アライメント系のベースラインとすることを特徴とする請求項１に記載の走査型露光装置。An alignment system that illuminates the alignment mark on the photosensitive substrate, receives reflected light from the alignment mark, and detects the position, or the position shift, of the position of the detected mark pattern image; 2. The scanning exposure apparatus according to claim 1, wherein a difference from a light irradiation position of the system is set as a baseline of the alignment system. 前記マスク上の複数のマークパターンの各像の位置または位置ずれに基づいて、前記マスクのパターン像の位置と回転量の少なくとも一方を検出する検出手段をさらに備え、前記検出手段の検出結果を利用して前記マスクと前記感光基板とのアライメントを行うことを特徴とする請求項１または２に記載の走査型露光装置。Detecting means for detecting at least one of the position and the amount of rotation of the pattern image of the mask based on the position or displacement of each image of the plurality of mark patterns on the mask, and utilizing a detection result of the detecting means The scanning exposure apparatus according to claim 1, wherein the mask is aligned with the photosensitive substrate. 前記マスク上の複数のマークパターンの各像の位置、または位置ずれに基づいて、前記投影光学系の結像特性を算出する演算手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の走査型露光装置。4. The image processing apparatus according to claim 1, further comprising an arithmetic unit configured to calculate an imaging characteristic of the projection optical system based on a position or a position shift of each image of the plurality of mark patterns on the mask. 5. A scanning exposure apparatus according to claim 1. マスク上の照明領域に対して該マスクを走査するマスクステージと、前記マスク上のパターンの像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記照明領域と前記投影光学系に関して共役な露光領域に対して前記感光基板を走査する基板ステージとを備えた走査型露光装置において、
前記基板ステージ上に受光部が配置され、前記マスク上のマークパターンの像を光電検出する光電検出手段と；
前記照明領域に対して前記マークパターンを走査するのに同期して前記受光部を前記露光領域に対して走査している間に前記光電検出手段から出力される信号を合成する合成手段と；
上記合成手段の出力に基づいて前記マークパターンの像の結像状態を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする上記走査型露光装置。A mask stage that scans the mask with respect to an illumination area on the mask, a projection optical system that projects an image of a pattern on the mask onto a photosensitive substrate, and an exposure area that is conjugate with respect to the illumination area and the projection optical system. In a scanning exposure apparatus having a substrate stage for scanning the photosensitive substrate,
A light-receiving unit disposed on the substrate stage, and photoelectric detection means for photoelectrically detecting an image of a mark pattern on the mask;
Synthesizing means for synthesizing a signal output from the photoelectric detection means while scanning the light receiving unit with respect to the exposure area in synchronization with scanning of the mark pattern with respect to the illumination area;
Calculating means for calculating an image formation state of the image of the mark pattern based on an output of the synthesizing means. 前記演算手段の算出結果に応じて前記投影光学系の結像特性を補正するための補正手段を更に備えることを特徴とする請求項４または５に記載の走査型露光装置。The scanning exposure apparatus according to claim 4, further comprising a correction unit configured to correct an imaging characteristic of the projection optical system according to a calculation result of the calculation unit. 前記補正手段は、前記マスクステージと前記基板ステージとの走査速度または走査方向を制御するステージコントローラであることを特徴とする請求項６に記載の走査型露光装置。The scanning exposure apparatus according to claim 6, wherein the correction unit is a stage controller that controls a scanning speed or a scanning direction of the mask stage and the substrate stage. 上記光電検出手段は、前記受光部と実質的に共役な面に受光面が配置される撮像素子と、前記マークパターンの像を拡大して前記受光面上に結像する拡大光学系とを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の走査型露光装置。The photoelectric detection unit includes an image sensor having a light receiving surface disposed on a surface substantially conjugate with the light receiving unit, and an enlargement optical system that enlarges the image of the mark pattern to form an image on the light receiving surface. The scanning exposure apparatus according to claim 1, wherein: 前記走査型露光装置を用いて、マイクロデバイスを製造する方法。A method for manufacturing a micro device using the scanning exposure apparatus. マスクを照明しながら、該マスク上の照明領域に対して該マスクを走査するとともに、上記照明領域と投影光学系に関して共役な露光領域に対して感光基板を前記マスクの走査に同期して走査することにより上記マスクのパターンを投影光学系を介して感光基板上に露光する走査型露光方法において、
前記露光に先立って、前記感光基板の代わりに、前記マスクに形成されたマークパターンの像を検出する検出手段の受光部を、前記マスクの走査と同期して走査し、
前記走査の間に、前記検出手段から出力された信号を合成して、走査の間のマスクのマークパターン像の位置又は位置ずれを求めることを特徴とする前記走査型露光方法。While illuminating the mask, the mask is scanned with respect to an illumination area on the mask, and a photosensitive substrate is scanned in synchronization with the scanning of the mask with respect to an exposure area conjugate with the illumination area and the projection optical system. In the scanning exposure method of exposing the pattern of the mask on the photosensitive substrate through the projection optical system by the
Prior to the exposure, in place of the photosensitive substrate, a light receiving unit of a detecting unit that detects an image of a mark pattern formed on the mask is scanned in synchronization with the scanning of the mask,
The scanning type exposure method according to claim 1, wherein a signal or a displacement of a mark pattern image of a mask during the scanning is obtained by combining signals output from the detection means during the scanning. 前記照明領域に対してマスクを固定した状態でマスクのマークパターンを照明しながら、前記露光領域における前記マークパターンの像を検出し、検出されたマークパターンの像位置に関する情報を、前記求められた走査の間のマスクのマークパターン像の位置または位置ずれにより補正することを、更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の走査型露光方法。While illuminating the mask mark pattern in a state where the mask is fixed to the illumination area, the image of the mark pattern in the exposure area is detected, and information on the image position of the detected mark pattern is obtained. 11. The scanning exposure method according to claim 10, further comprising correcting the position of the mark pattern image of the mask during the scanning or the positional deviation. 前記補正されたマークパターンの像位置に関する情報から前記投影光学系の結像特性を演算することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の走査型露光方法。The scanning exposure method according to claim 11, further comprising calculating an imaging characteristic of the projection optical system from information on an image position of the corrected mark pattern. マスクを照明しながら、該マスク上の照明領域に対して該マスクを走査するとともに、上記照明領域と投影光学系に関して共役な露光領域に対して感光基板を前記マスクの走査に同期して走査することにより上記マスクのパターンを投影光学系を介して感光基板上に露光する走査型露光方法において、
前記露光に先立って、前記感光基板の代わりに、前記マスクに形成されたマークパターンの像を検出する検出手段の受光部を、前記マスクの走査と同期して走査し、
前記走査の間に、前記検出手段から出力された信号を合成して、走査の間のマスクのマークパターン像を求め、
得られたマークパターン像から投影光学系の結像特性を演算することを特徴とする前記走査型露光方法。While illuminating the mask, the mask is scanned with respect to an illumination area on the mask, and a photosensitive substrate is scanned in synchronization with the scanning of the mask with respect to an exposure area conjugate with the illumination area and the projection optical system. In the scanning exposure method of exposing the pattern of the mask on the photosensitive substrate through the projection optical system by the
Prior to the exposure, in place of the photosensitive substrate, a light receiving unit of a detecting unit that detects an image of a mark pattern formed on the mask is scanned in synchronization with the scanning of the mask,
During the scanning, the signals output from the detection unit are combined to obtain a mark pattern image of the mask during the scanning,
The scanning type exposure method according to claim 1, wherein an image forming characteristic of the projection optical system is calculated from the obtained mark pattern image.
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