JP2006032807A - Exposure device and device manufacturing method - Google Patents

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Masato Hamaya
正人 濱谷
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-precision pattern duplication method that is not subject to mask flexure in spite of a small clearance between the mask and projection optical system and eliminates exposure errors for defocusing. <P>SOLUTION: This exposure device comprises the position detection units (160a, 160b and 40) that radiate a detection light DL on a point of the mask R corresponding to the evaluation point in a view of the projection optical system PL from the projection optical system and the opposite side, and then detects positional information concerning the optical axis of the projection optical system PL at a detection point corresponding to the above evaluation point of the pattern surface of the mask according to the reflection from the mask of the detection light and a control unit 50 that controls at least the positions in the above optical axis direction of the mask R and object W according to the above positional information detected by the position detection units during pattern duplication. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、半導体素子、液晶表示素子等をリソグラフィ工程で製造する際に用いられる露光装置、該露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。   The present invention relates to an exposure apparatus and a device manufacturing method, and more particularly to an exposure apparatus used when manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, and the like in a lithography process, and a device manufacturing method using the exposure apparatus.

従来より、半導体素子又は液晶表示素子等を製造するリソグラフィ工程では、種々の露光装置が使用されているが、現在では、マスク又はレチクル(以下、適宜「レチクル」と総称する。)に形成されたパターンを表面にレジスト(感光剤)が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の物体(以下、「ウエハ」と総称する。)上に投影光学系を介して転写する露光装置、例えばステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置(いわゆるステッパ)やステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置(スキャニング・ステッパ(スキャナとも呼ばれる))などが一般的に使用されている。   Conventionally, various exposure apparatuses are used in a lithography process for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, or the like, but at present, it is formed on a mask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as “reticle” as appropriate). An exposure apparatus, for example, step-and-repeat, that transfers a pattern onto an object such as a wafer or glass plate (hereinafter referred to as “wafer”) having a resist (photosensitive agent) coated on the surface via a projection optical system. In general, a reduction projection type exposure apparatus (so-called stepper) of the type and a scanning projection exposure apparatus (scanning stepper (also referred to as a scanner)) of a step-and-scan type are generally used.

半導体素子の高集積化、パターンの微細化に伴い、露光装置には一層の高解像力(高解像度)が要求されるようになってきた。投影露光装置が備える投影光学系の解像度は、使用する露光光の波長(以下、「露光波長」とも呼ぶ)が短くなるほど、また投影光学系の開口数(NA)が大きいほど高くなる。そのため、集積回路の微細化に伴い投影露光装置で使用される露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大してきている。そして、現在主流の露光波長は、KrFエキシマレーザの248nmであるが、更に短波長のArFエキシマレーザの193nmも実用化されている。   With higher integration of semiconductor elements and miniaturization of patterns, exposure apparatuses have been required to have higher resolution (high resolution). The resolution of the projection optical system provided in the projection exposure apparatus increases as the wavelength of exposure light to be used (hereinafter also referred to as “exposure wavelength”) decreases and as the numerical aperture (NA) of the projection optical system increases. For this reason, with the miniaturization of integrated circuits, the exposure wavelength used in the projection exposure apparatus has become shorter year by year, and the numerical aperture of the projection optical system has also increased. The mainstream exposure wavelength is 248 nm for a KrF excimer laser, but 193 nm for an ArF excimer laser having a shorter wavelength is also in practical use.

また、投影露光装置では、デフォーカスによる像ボケ等を防止するために、ウエハの表面を投影光学系の像面(パターンの最良結像面)の焦点深度(DOF)の範囲内に位置させて露光を行う必要があり、解像度と同様に焦点深度も重要となる。しかるに、解像度を高めるために露光波長を短くして開口数NAを大きく(大NA化)すると、焦点深度が狭くなる。そこで、投影光学系の像面の焦点深度の範囲内にウエハ表面を位置させる前提として、パターンの最良結像面とウエハ表面との投影光学系の光軸方向に関する位置関係を正確に知ることが非常に重要になる。   In the projection exposure apparatus, the surface of the wafer is positioned within the range of the depth of focus (DOF) of the image plane of the projection optical system (the best image plane of the pattern) in order to prevent image blur due to defocus. It is necessary to perform exposure, and the depth of focus is important as well as the resolution. However, if the exposure wavelength is shortened and the numerical aperture NA is increased (increased NA) in order to increase the resolution, the depth of focus becomes narrower. Therefore, as a premise to position the wafer surface within the range of the focal depth of the image plane of the projection optical system, it is possible to accurately know the positional relationship between the best imaging plane of the pattern and the wafer surface in the optical axis direction of the projection optical system. Become very important.

しかし、近年になって、レチクルの変形による結像誤差も次第に無視できなくなってきている。すなわち、最良結像面の形状は、レチクルのパターン面の位置及び撓みに応じて変化するとともに、レチクルのパターン面が変形すると、そのパターン面上のパターンの投影光学系の光軸に垂直な方向の位置も変化することがあり、このようなパターンの横ずれはディストーション誤差の要因にもなる。   However, in recent years, an imaging error due to reticle deformation has gradually become ignorable. That is, the shape of the best imaging plane changes in accordance with the position and deflection of the pattern surface of the reticle, and when the pattern surface of the reticle is deformed, the direction perpendicular to the optical axis of the projection optical system of the pattern on the pattern surface The position of the pattern may also change, and such a lateral shift of the pattern also causes a distortion error.

上記のレチクルの変形を要因別に分類すると、(イ)自重による撓み、(ロ)レチクルのガラス基板自体の研磨時の変形、(ハ)レチクルをレチクルホルダに吸着保持する際に両者の接触面の平坦度に応じて発生する変形、(ニ)照明光の照射によるレチクルの熱膨張に伴って生じる変形等が考えられる。このようなレチクルの変形の状態は、レチクル毎に、更には露光装置のレチクルホルダ毎に異なってくるため、レチクルの変形量を正確に測定するには、レチクルを実際に露光装置のレチクルホルダに吸着保持した状態で測定する必要がある。   The above-mentioned reticle deformations are classified according to factors: (a) deflection due to its own weight, (b) deformation during polishing of the reticle glass substrate itself, and (c) contact between the two contact surfaces when holding the reticle on the reticle holder. Deformation that occurs according to the flatness, (d) deformation that accompanies thermal expansion of the reticle due to illumination light irradiation, and the like are conceivable. Since the state of deformation of such a reticle differs for each reticle and for each reticle holder of the exposure apparatus, in order to accurately measure the deformation amount of the reticle, the reticle is actually used as the reticle holder of the exposure apparatus. It is necessary to perform measurement while adsorbed and held.

そこで、迅速にレチクルの面形状を計測するために、ウエハのフォーカス位置を検出するための斜入射方式の焦点位置検出系と同様の位置センサをレチクルステージ側にも配置することが考えられる(例えば、特許文献1参照)。この場合、レチクルのパターン面は下面、すなわち投影光学系側の面であることから、その斜入射方式の位置センサは、レチクルステージと投影光学系との間の空間、又はその近傍に配置する必要がある。   Therefore, in order to quickly measure the surface shape of the reticle, it may be possible to arrange a position sensor on the reticle stage side, similar to the oblique incidence type focal position detection system for detecting the focus position of the wafer (for example, , See Patent Document 1). In this case, since the pattern surface of the reticle is the lower surface, that is, the surface on the projection optical system side, the oblique incidence type position sensor needs to be arranged in the space between the reticle stage and the projection optical system or in the vicinity thereof. There is.

しかるに、特に走査型露光装置においては、レチクルステージは、加減速時に応力を受けても変形しないような十分な剛性が必要であり、例えば投影光学系に殆ど接触する限界まで十分な厚さを備えた構成を採る場合が多い。また、レチクルと投影光学系との間の空間が狭い方が高性能な投影光学系の設計は容易であるため、投影光学系が高性能になるにつれ、投影光学系とレチクルとの間の空間は少なくなる傾向にある。従って、高性能な投影光学系を採用した最近の投影露光装置では、レチクル用の位置センサを投影光学系とレチクルとの間に配置することは、現実問題として困難になっている。   However, particularly in a scanning exposure apparatus, the reticle stage needs to have sufficient rigidity so as not to be deformed even when subjected to stress during acceleration / deceleration. For example, the reticle stage has a sufficient thickness to the extent that it almost contacts the projection optical system. In many cases, the configuration is adopted. In addition, since the design of a high-performance projection optical system is easier when the space between the reticle and the projection optical system is narrower, the space between the projection optical system and the reticle is improved as the performance of the projection optical system becomes higher. Tend to be less. Therefore, in a recent projection exposure apparatus that employs a high-performance projection optical system, it is difficult as a real problem to dispose a reticle position sensor between the projection optical system and the reticle.

かかる不都合を回避するための手法として、投影光学系から離れた位置に、レチクル用の位置センサを配置することも考えられるが、この場合には、照明光が照射されるパターン面の領域内の検出点での光軸方向位置を走査露光中に計測することが困難であることから、予め計測しておいたレチクルのパターン面の面位置情報を用いて、露光の際のレチクルやウエハの光軸方向位置の調整などを行うこととなる(例えば特許文献2参照)。従って、レチクルの変形とレチクルの上下方向の位置変化とを総合した、走査露光中におけるパターン面の照明光の照射領域の面位置情報をリアルタイムに計測することができないという不都合を有している。   As a technique for avoiding such inconvenience, a reticle position sensor may be arranged at a position away from the projection optical system, but in this case, in the pattern surface area irradiated with illumination light, Since it is difficult to measure the position in the optical axis direction at the detection point during scanning exposure, the surface position information of the pattern surface of the reticle that has been measured in advance is used, and the light of the reticle and wafer at the time of exposure is measured. Adjustment of the axial position is performed (see, for example, Patent Document 2). Therefore, there is an inconvenience that the surface position information of the irradiation area of the illumination light on the pattern surface during the scanning exposure cannot be measured in real time, which combines the deformation of the reticle and the vertical position change of the reticle.

特開平7−86154号公報JP-A-7-86154 特開平7−94388号公報JP-A-7-94388

本発明は、上述のような事情の下でなされたもので、第1の観点からすると、マスク(R)に形成されたパターンを投影光学系(PL)を介して物体(W)上に転写する露光装置であって、前記投影光学系の視野内の少なくとも1つの評価点に対応する前記マスク上の少なくとも1点に前記投影光学系と反対側から検出光(DL)を照射し、その検出光の前記マスクからの反射光に基づいて、前記パターンが形成された前記マスクのパターン面の前記少なくとも1つの評価点に対応する検出点における前記投影光学系の光軸方向に関する位置情報を検出する位置検出装置(160a、160b、40)と;前記パターンの転写時に、前記位置検出装置で検出された前記位置情報に基づいて、前記マスクのパターン像と前記物体との前記光軸方向の相対的な位置関係を制御する制御装置(50)と;を備える露光装置である。   The present invention has been made under the circumstances described above. From the first viewpoint, the pattern formed on the mask (R) is transferred onto the object (W) via the projection optical system (PL). An exposure apparatus that irradiates at least one point on the mask corresponding to at least one evaluation point in the field of view of the projection optical system with detection light (DL) from the opposite side of the projection optical system, and detects the detection light (DL) Based on the reflected light of the light from the mask, position information relating to the optical axis direction of the projection optical system at a detection point corresponding to the at least one evaluation point on the pattern surface of the mask on which the pattern is formed is detected. A position detection device (160a, 160b, 40); the optical axis direction of the pattern image of the mask and the object based on the position information detected by the position detection device during the transfer of the pattern; It is an exposure apparatus comprising a; control device for controlling the relative positional relationship between the (50).

これによれば、投影光学系の視野内の少なくとも1つの評価点に対応するマスク上の少なくとも1点に投影光学系と反対側から検出光を照射し、その検出光のマスクからの反射光に基づいて、マスクのパターン面の前記少なくとも1つの評価点に対応する検出点における投影光学系の光軸方向に関する位置情報を検出する位置検出装置を備えていることから、マスクと投影光学系との間の空間が少なくても、この位置検出装置により支障なく前記検出点における投影光学系の光軸方向に関する位置情報が検出される。また、この位置検出装置は、マスクと投影光学系との間の空間が少なくても、それによって配置の自由度が制限されることがない。   According to this, at least one point on the mask corresponding to at least one evaluation point in the field of view of the projection optical system is irradiated with detection light from the side opposite to the projection optical system, and reflected light from the mask of the detection light is reflected on the mask. And a position detecting device for detecting position information related to the optical axis direction of the projection optical system at a detection point corresponding to the at least one evaluation point on the pattern surface of the mask. Even if the space between them is small, the position detection device can detect the position information regarding the optical axis direction of the projection optical system at the detection point without any trouble. In addition, even if there is little space between the mask and the projection optical system, this position detection device does not limit the degree of freedom of arrangement.

そして、制御装置により、パターンの転写時に、前記位置検出装置で検出された前記位置情報に基づいて、マスク及び物体(パターンが転写される物体)の少なくとも一方の前記光軸方向の位置が制御される。従って、マスクの変形とマスクの光軸方向の位置変化とを総合した、パターン面の露光対象の領域の真の面位置情報を得ることができ、この面位置情報に基づいてマスク及び物体の少なくとも一方の光軸方向の位置が制御されることで、デフォーカスによる露光不良のない高精度なパターンの転写が可能になる。   The control device controls the position of at least one of the mask and the object (the object to which the pattern is transferred) in the optical axis direction based on the position information detected by the position detection device when the pattern is transferred. The Therefore, it is possible to obtain true surface position information of the exposure target area of the pattern surface, which combines the deformation of the mask and the position change in the optical axis direction of the mask. Based on this surface position information, at least the mask and the object can be obtained. By controlling the position in one optical axis direction, it is possible to transfer a highly accurate pattern without exposure failure due to defocusing.

この場合において、位置検出装置の構成は種々考えられる。例えば、前記位置検出装置は、前記検出光を前記投影光学系の光軸に対して所定角度傾斜した方向から前記マスクに照射する照射系(160a)と;その検出光の前記マスクの前記パターン面及びその反対側の面それぞれからの第1、第2の反射光を受光する受光系(160b)と;前記受光系からの前記第1、第2の反射光の少なくとも一方の受光情報に基づいて所定の演算を行い、前記パターン面の前記少なくとも1つの検出点における前記光軸方向に関する位置情報を算出する算出装置(40)と;を有することとすることができる。   In this case, various configurations of the position detection device are conceivable. For example, the position detection device includes an irradiation system (160a) that irradiates the mask with the detection light from a direction inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of the projection optical system; and the pattern surface of the mask of the detection light And a light receiving system (160b) for receiving the first and second reflected light from each of the opposite surfaces; and based on light reception information of at least one of the first and second reflected light from the light receiving system. A calculation device (40) that performs a predetermined calculation and calculates position information regarding the optical axis direction at the at least one detection point on the pattern surface.

この場合において、前記受光系は、前記第1、第2の反射光をそれぞれ受光する受光素子(S1,S2)を有し、前記算出装置は、前記第2の反射光の受光情報に基づいて前記少なくとも1つの検出点における前記マスクのパターン面と反対側の面の前記光軸方向に関する位置情報を算出するとともに、前記第1、第2の反射光の受光情報に基づいて前記検出点における前記マスクの厚みを算出し、前記算出した前記位置情報と前記マスクの厚みの情報とに基づいて前記少なくとも1つの検出点における前記パターン面の前記光軸方向の位置を算出することとすることができる。   In this case, the light receiving system includes light receiving elements (S1, S2) that receive the first and second reflected lights, respectively, and the calculation device is based on light reception information of the second reflected light. The positional information on the optical axis direction of the surface opposite to the pattern surface of the mask at the at least one detection point is calculated, and the detection point at the detection point is based on light reception information of the first and second reflected light. The thickness of the mask is calculated, and the position in the optical axis direction of the pattern surface at the at least one detection point can be calculated based on the calculated position information and information on the thickness of the mask. .

この場合において、算出装置は、前記受光素子の受光面上における前記第1、第2の反射光の入射点間の距離と、前記検出光の前記マスクに対する入射角と、前記マスクの屈折率とに基づいて、前記検出点における前記マスクの厚みを算出することとすることができる。   In this case, the calculation device includes a distance between incident points of the first and second reflected lights on a light receiving surface of the light receiving element, an incident angle of the detection light with respect to the mask, and a refractive index of the mask. Based on the above, the thickness of the mask at the detection point can be calculated.

本発明の露光装置では、前記位置検出装置は、前記投影光学系の視野内の複数の評価点に個別に対応する前記マスク上の複数点に前記投影光学系と反対側から検出光をそれぞれ照射し、それぞれの検出光の前記マスクからの反射光に基づいて、前記複数の評価点に個別に対応する複数の検出点における前記パターン面の前記光軸方向に関する位置情報を検出することとすることができる。   In the exposure apparatus of the present invention, the position detection device irradiates a plurality of points on the mask individually corresponding to a plurality of evaluation points in the field of view of the projection optical system from the opposite side of the projection optical system. Then, based on the reflected light from the mask of each detection light, position information regarding the optical axis direction of the pattern surface at a plurality of detection points individually corresponding to the plurality of evaluation points is detected. Can do.

この場合において、前記マスクと前記物体とを所定の走査方向に同期して駆動する駆動系を更に備え、前記複数の検出点は、少なくとも前記走査方向に直交する非走査方向に離れて配置されていることとすることができる。   In this case, the apparatus further includes a drive system that drives the mask and the object in synchronization with a predetermined scanning direction, and the plurality of detection points are arranged at least apart in the non-scanning direction orthogonal to the scanning direction. Can be.

また、リソグラフィ工程において、本発明の露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して物体上に転写することにより、物体上にパターンを精度良く形成することができ、これにより、より高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することができる。従って、本発明は、更に別の観点からすると、本発明の露光装置を用いるデバイス製造方法であるとも言える。   Further, in the lithography process, the pattern formed on the mask can be transferred onto the object through the projection optical system using the exposure apparatus of the present invention, so that the pattern can be formed on the object with high accuracy. Thus, a highly integrated microdevice can be manufactured with a high yield. Therefore, it can be said that this invention is a device manufacturing method using the exposure apparatus of this invention from another viewpoint.

以下、本発明の一実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1には、本発明の一実施形態の露光装置100の構成が概略的に示されている。この露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(いわゆるスキャナ)である。   FIG. 1 schematically shows a configuration of an exposure apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. The exposure apparatus 100 is a step-and-scan projection exposure apparatus (so-called scanner).

露光装置100は、光源及び照明光学系を含む照明系10、この照明系からの露光用照明光(以下、「照明光」と略述する)ILにより照明されるマスクとしてのレチクルRを保持するレチクルステージRST、レチクルRから射出された照明光ILを物体としてのウエハW上に投射する投影光学系PL、ウエハWを保持するウエハステージWST、及びこれらの制御系等を備えている。   The exposure apparatus 100 holds an illumination system 10 including a light source and an illumination optical system, and a reticle R as a mask illuminated by exposure illumination light (hereinafter abbreviated as “illumination light”) IL from the illumination system. It includes a reticle stage RST, a projection optical system PL that projects illumination light IL emitted from the reticle R onto a wafer W as an object, a wafer stage WST that holds the wafer W, and a control system thereof.

前記照明系10は、例えば特開2001−313250号公報(対応する米国特許出願公開第2003/0025890号公報)などに開示されるように、光源、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、リレーレンズ、可変NDフィルタ、レチクルブラインド等(いずれも不図示)を含んで構成されている。この照明系10では、レチクルブラインドで規定されレチクルR上でX軸方向に細長く伸びるスリット状の照明領域(以下、「スリット状照明領域」と呼ぶ)IARを照明光ILによりほぼ均一な照度で照明する。照明光ILとしては、一例としてArFエキシマレーザ光(波長193nm)が用いられている。また、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、ロッドインテグレータ(内面反射型インテグレータ)あるいは回折光学素子などを用いることができる。   The illumination system 10 includes an illumination uniformizing optical system including a light source, an optical integrator, etc., as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-313250 (corresponding to US Patent Application Publication No. 2003/0025890). It includes a splitter, a relay lens, a variable ND filter, a reticle blind, etc. (all not shown). In this illumination system 10, a slit-shaped illumination area (hereinafter referred to as a “slit-shaped illumination area”) IAR that is defined by a reticle blind and extends in the X-axis direction on the reticle R is illuminated with illumination light IL with a substantially uniform illuminance. To do. As the illumination light IL, for example, ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) is used. As the optical integrator, a fly-eye lens, a rod integrator (an internal reflection type integrator), a diffractive optical element, or the like can be used.

前記レチクルステージRST上にはレチクルRが装填され、不図示のバキュームチャックを介して吸着保持されている。レチクルステージRSTのレチクルRの下方部分には照明光ILの通路となる開口32が形成されている。また、この開口32の+Y側には、上方から見て前述したスリット状照明領域IARとほぼ同形状のX軸方向に細長い長方形の開口34が形成されている。この開口34を覆うような状態で、レチクルステージRSTの上面に平行平板ガラスから成るレチクル基準マーク板(以下、「基準板」と略述する)RFMが固定されている(図2参照)。本実施形態では、基準板RFMとしては、設計上の厚さがレチクルRと同一であり、レチクルRと同一素材から成る平行平板ガラスが用いられている。基準板RFMとレチクルRとは、少なくともその下面がほぼ同一面となるようにレチクルステージRST上に固定されている。   The reticle R is loaded on the reticle stage RST and is sucked and held via a vacuum chuck (not shown). An opening 32 serving as a passage for the illumination light IL is formed in a lower portion of the reticle R of the reticle stage RST. Further, on the + Y side of the opening 32, a rectangular opening 34 that is substantially the same shape as the slit-shaped illumination area IAR described above when viewed from above and is elongated in the X-axis direction is formed. A reticle reference mark plate (hereinafter abbreviated as “reference plate”) RFM made of parallel flat glass is fixed to the upper surface of the reticle stage RST so as to cover the opening 34 (see FIG. 2). In the present embodiment, as the reference plate RFM, the design thickness is the same as that of the reticle R, and parallel flat glass made of the same material as the reticle R is used. The reference plate RFM and the reticle R are fixed on the reticle stage RST so that at least the lower surface thereof is substantially the same surface.

基準板RFMの下面(底面)には、投影光学系PLの結像特性(ディストーション、倍率、フォーカス、像面湾曲など)を評価するための評価用マークが形成されている。具体的には、基準板RFMの底面には、図3(A)の底面図に示されるように、複数対、例えば5対の評価用マークFRM1,1,FRM2,1、FRM1,2,FRM2,2、……、FRM1,5,FRM2,5が、Y軸方向の中心を通るX軸に関して対称な配置で、かつY軸方向に沿って所定間隔で形成されている。図3(A)では、評価用マークFRM1,1,FRM2,1、FRM1,2,FRM2,2、……、FRM1,5,FRM2,5として、十字型マークが代表的に示されているが、これに限らず、各評価用マークは2次元マークであれば良く、例えば配列方向が直交する2つのライン・アンド・スペースパターンにより形成しても良い。また、評価用マークの配置も一例であって、基準板RFMの底面全面に特に非走査方向(X軸方向)に関してほぼ均等に分布していれば良い。本実施形態では、基準板RFMの底面(下面)は、レチクルRの設計上のパターン面と同一面になるようにその面位置が調整されている。本実施形態では、後述するレチクルRのパターン面の面位置情報(投影光学系PLの光軸方向に関する位置情報)の検出の際の基準として、その基準板RFMの上面が用いられる。 On the lower surface (bottom surface) of the reference plate RFM, evaluation marks for evaluating the imaging characteristics (distortion, magnification, focus, field curvature, etc.) of the projection optical system PL are formed. Specifically, on the bottom surface of the reference plate RFM, as shown in the bottom view of FIG. 3A, a plurality of pairs, for example, five pairs of evaluation marks FRM 1,1 , FRM 2,1 , FRM 1, 2 , FRM 2 , 2 ,..., FRM 1 , 5 , FRM 2 , 5 are formed symmetrically with respect to the X axis passing through the center in the Y axis direction and are formed at predetermined intervals along the Y axis direction. . In FIG. 3 (A), cross marks are representative as FRM 1,1 , FRM 2,1 , FRM 1,2 , FRM 2,2 ,..., FRM 1,5 , FRM 2,5. However, the present invention is not limited to this, and each evaluation mark may be a two-dimensional mark. For example, the evaluation mark may be formed by two line and space patterns whose arrangement directions are orthogonal. Further, the arrangement of the evaluation marks is an example, and it is only necessary that the evaluation marks are distributed almost uniformly over the entire bottom surface of the reference plate RFM, particularly in the non-scanning direction (X-axis direction). In the present embodiment, the surface position of the reference plate RFM is adjusted so that the bottom surface (lower surface) of the reference plate RFM is flush with the designed pattern surface of the reticle R. In the present embodiment, the upper surface of the reference plate RFM is used as a reference when detecting surface position information (position information regarding the optical axis direction of the projection optical system PL) of the pattern surface of the reticle R described later.

前記レチクルステージRSTは、レチクルステージ駆動部30によって、照明系の光軸(後述する投影光学系PLの光軸AXに一致)に垂直なXY平面内で微少駆動可能(Z軸回りの回転(θz回転)を含む)であるとともに、所定の走査方向(ここではY軸方向とする)に指定された走査速度で駆動可能になっている。また、レチクルステージRSTは、レチクルステージ駆動部30によってZ軸方向及びXY面に対する傾斜方向(X軸周りの回転方向であるθx方向及びY軸周りの回転方向であるθy方向)に微小駆動可能になっている。レチクルステージ駆動部30は、例えばX軸方向駆動用のコイル、Y軸方向駆動用のコイル、及びZ軸駆動用のコイルを有する電磁力モータなどによって構成される。   The reticle stage RST can be driven minutely in the XY plane perpendicular to the optical axis of the illumination system (matching the optical axis AX of the projection optical system PL described later) by the reticle stage drive unit 30 (rotation around the Z axis (θz Rotation), and at a scanning speed designated in a predetermined scanning direction (here, the Y-axis direction). In addition, reticle stage RST can be finely driven by reticle stage drive unit 30 in the Z-axis direction and in the tilt directions with respect to the XY plane (the θx direction that is the rotation direction around the X axis and the θy direction that is the rotation direction around the Y axis). It has become. The reticle stage drive unit 30 is configured by, for example, an electromagnetic motor having a coil for driving in the X-axis direction, a coil for driving in the Y-axis direction, and a coil for driving the Z-axis.

レチクルステージRSTのXY平面内の位置は、レチクルステージRSTに形成された(又は設けられた)反射面を介してレチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)54Rによって、例えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクルステージRSTのY軸方向の位置を検出するレチクルY干渉計とレチクルステージRSTのX軸方向の位置を計測するレチクルX干渉計とが設けられているが、図1ではこれらが代表的にレチクル干渉計54Rとして示されている。また、レチクルステージRSTの走査方向(本実施形態ではY軸方向)の位置検出に用いられるX軸方向に伸びた反射面の代わりに、少なくとも1つのコーナーキューブ型ミラーを用いても良い。ここで、レチクルY干渉計とレチクルX干渉計の一方、例えばレチクルY干渉計は、測長軸を2軸有する2軸干渉計であり、このレチクルY干渉計の計測値に基づきレチクルステージRSTのY位置に加え、Z軸回りの回転方向(θz方向)の回転も計測できるようになっている。   The position of the reticle stage RST in the XY plane is set to, for example, 0.5 by a reticle laser interferometer (hereinafter referred to as “reticle interferometer”) 54R via a reflective surface formed (or provided) on the reticle stage RST. It is always detected with a resolution of about 1 nm. Here, actually, a reticle Y interferometer for detecting the position of reticle stage RST in the Y-axis direction and a reticle X interferometer for measuring the position of reticle stage RST in the X-axis direction are provided. These are typically shown as a reticle interferometer 54R. Further, at least one corner cube type mirror may be used instead of the reflecting surface extending in the X-axis direction used for detecting the position of the reticle stage RST in the scanning direction (Y-axis direction in the present embodiment). Here, one of the reticle Y interferometer and the reticle X interferometer, for example, the reticle Y interferometer is a two-axis interferometer having two measurement axes, and the reticle stage RST is based on the measurement value of the reticle Y interferometer. In addition to the Y position, rotation in the rotation direction (θz direction) around the Z axis can also be measured.

レチクル干渉計54RからのレチクルステージRSTの位置情報は、主制御装置50に供給される。主制御装置50は、レチクルステージRSTの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動部30を介してレチクルステージRSTを駆動制御する。   Position information of reticle stage RST from reticle interferometer 54R is supplied to main controller 50. Main controller 50 drives and controls reticle stage RST via reticle stage drive unit 30 based on the position information of reticle stage RST.

図1に戻り、レチクルステージRST(レチクルR)の上方には、主制御装置50によってオン・オフが制御される光源を有し、レチクルRに向けて検出光を斜め方向から照射する照射系160aと、その検出光のレチクルRのパターン面等からの反射光を受光する受光系160bとが、配置されている。受光系160bからの出力信号は、算出装置としてのコントローラ40に出力される。本実施形態では、照射系160a、受光系160b及びコントローラ40によって、レチクルRのパターン面の後述する複数の検出点における投影光学系の光軸AX方向に関する位置情報を検出する位置検出装置が構成されている。   Returning to FIG. 1, an illumination system 160 a that has a light source that is controlled to be turned on and off by the main controller 50 above the reticle stage RST (reticle R), and irradiates detection light toward the reticle R from an oblique direction. And a light receiving system 160b for receiving the reflected light of the detection light from the pattern surface of the reticle R and the like. An output signal from the light receiving system 160b is output to the controller 40 as a calculation device. In the present embodiment, the irradiation system 160a, the light receiving system 160b, and the controller 40 constitute a position detection device that detects position information regarding the optical axis AX direction of the projection optical system at a plurality of detection points described later on the pattern surface of the reticle R. ing.

前記照射系160aは、例えば波長600〜800nm程度の波長域に属する赤色光を検出光として照射する発光ダイオード等の不図示の光源、ピンホール又はスリット状の開口が形成された開口板、及び照射対物レンズ等を含んで構成されており、レチクルR上面の前述の照明領域IARに対応する領域内の複数点に前記検出光(ピンホール像又はスリット状の開口像の結像光束)を、所定の入射角で照射する。ここで、照射系160aは、実際には、図2に示されるように、レチクルRの上面及び下面それぞれにおける照明領域IAR内に非走査方向(X軸方向)に所定間隔で配置された複数(ここでは各3つ)の検出点に検出光DL1,DL2、DL3をそれぞれ照射する。なお、以下の説明では、適宜、検出光DL1,DL2、DL3を纏めて、検出光DLと記述する。 The irradiation system 160a includes, for example, a light source (not shown) such as a light emitting diode that irradiates red light belonging to a wavelength range of about 600 to 800 nm as detection light, an aperture plate in which a pinhole or slit-shaped aperture is formed, and irradiation The detection light (pinhole image or image light beam of a slit-shaped aperture image) is given to a plurality of points in an area corresponding to the above-described illumination area IAR on the upper surface of the reticle R. Irradiate at an incident angle of. Here, in actuality, as shown in FIG. 2, the irradiation system 160a includes a plurality (in the non-scanning direction (X-axis direction)) arranged at predetermined intervals in the illumination area IAR on each of the upper surface and the lower surface of the reticle R. Here, detection light DL 1 , DL 2 , and DL 3 are respectively irradiated to three detection points. In the following description, the detection lights DL 1 , DL 2 , DL 3 are collectively referred to as detection light DL as appropriate.

この場合、照射系160aとしては、光源、スリット板、照射対物レンズを、それぞれ3つ有する構成を採用することもできるし、単一の光源からの光を光学系で3分割して各分割光束を検出光DL1,DL2、DL3とする構成を採用することもできる。 In this case, as the irradiation system 160a, a configuration having three each of the light source, the slit plate, and the irradiation objective lens can be adopted, or light from a single light source is divided into three by the optical system, and each divided light beam is divided. Can be adopted as the detection light DL 1 , DL 2 , DL 3 .

前記受光系160bは、図4に概略的に示されるように、照射系160aから射出された検出光DLの、レチクルRの上面及び下面(パターン面)からの反射光DL’1、DL’2の光路上に配置された受光光学系70と、該受光光学系70を介して反射光DL’1、DL’2をそれぞれ受光する第1、第2の光検出器S1、S2とを含んで構成されている。   As schematically shown in FIG. 4, the light receiving system 160b reflects reflected light DL′1 and DL′2 from the upper surface and the lower surface (pattern surface) of the reticle R of the detection light DL emitted from the irradiation system 160a. Includes a light receiving optical system 70 disposed on the optical path of the first and second light detectors S1 and S2 that receive the reflected lights DL′1 and DL′2 via the light receiving optical system 70, respectively. It is configured.

前記受光光学系70は、受光対物レンズ、平行平板ガラス(いずれも図示せず)などを含んで構成されている。この場合、平行平板ガラスの反射光束DL’1、DL’2に対する傾きを変更することにより、第1、第2の光検出器S1、S2に入射する反射光DL’1、DL’2の、その受光面上での位置を図4における矢印A,A’方向にシフトさせることができる。本実施形態では、この平行平板ガラスの傾斜角が、主制御装置50によって不図示の駆動系を介して制御され、第1、第2の光検出器S1、S2のキャリブレーション(原点の再設定)が行われるようになっている。   The light receiving optical system 70 includes a light receiving objective lens, a parallel plate glass (both not shown), and the like. In this case, by changing the inclination of the parallel flat glass with respect to the reflected light beams DL′1 and DL′2, the reflected lights DL′1 and DL′2 incident on the first and second photodetectors S1 and S2 are changed. The position on the light receiving surface can be shifted in the directions of arrows A and A ′ in FIG. In this embodiment, the inclination angle of the parallel flat glass is controlled by the main controller 50 via a drive system (not shown), and the calibration of the first and second photodetectors S1 and S2 (reset of the origin) is performed. ) Is to be performed.

前記第1、第2の光検出器S1、S2としては、例えばラインセンサ、1次元又は2次元CCDなどの受光位置を検出可能な受光素子が用いられている。この場合、第1、第2の光検出器S1,S2は、その位置関係が変動しないように、同一の固定部材に固定されている。   As the first and second photodetectors S1 and S2, a light receiving element capable of detecting a light receiving position such as a line sensor, a one-dimensional or two-dimensional CCD is used. In this case, the first and second photodetectors S1 and S2 are fixed to the same fixing member so that the positional relationship does not fluctuate.

第1の光検出器S1は、図4に示されるように、照射系160aから照射される検出光DLのレチクルRの上面での反射光DL’1を受光し、その検出信号を前述のコントローラ40に出力する。第2の光検出器S2は、レチクルRの下面(パターン面)で反射された検出光DLの反射光DL’2を受光し、その検出信号をコントローラ40に出力する。   As shown in FIG. 4, the first photodetector S1 receives the reflected light DL′1 on the upper surface of the reticle R of the detection light DL irradiated from the irradiation system 160a, and sends the detection signal to the controller described above. Output to 40. The second photodetector S 2 receives the reflected light DL ′ 2 of the detection light DL reflected by the lower surface (pattern surface) of the reticle R, and outputs the detection signal to the controller 40.

前記コントローラ40は、第1の光検出器S1の出力(前記反射光DL’1の受光情報)に基づいて前記3つの検出点それぞれにおけるレチクルRのパターン面と反対側の面のZ軸方向に関する位置情報を算出するとともに、第1、第2の光検出器S1、S2の出力(前記反射光DL’1、DL’2の受光情報)に基づいて前記各検出点におけるレチクルRの厚みを算出し、先に算出した位置情報とレチクルRの厚みの情報とに基づいて各検出点におけるパターン面の光軸方向(Z軸方向)の位置を算出し、その算出結果の情報を主制御装置50に出力する。なお、コントローラ40による算出方法については、後に更に詳述する。   The controller 40 relates to the Z-axis direction of the surface opposite to the pattern surface of the reticle R at each of the three detection points based on the output of the first photodetector S1 (light reception information of the reflected light DL′1). The position information is calculated, and the thickness of the reticle R at each detection point is calculated based on the outputs of the first and second photodetectors S1 and S2 (light reception information of the reflected lights DL′1 and DL′2). Then, the position of the pattern surface at each detection point in the optical axis direction (Z-axis direction) is calculated based on the previously calculated position information and information on the thickness of the reticle R, and information on the calculation result is used as the main controller 50. Output to. The calculation method by the controller 40 will be described in detail later.

図1に戻り、前記投影光学系PLは、例えば両側テレセントリックな縮小系が用いられている。この投影光学系PLの投影倍率は例えば1/4、1/5あるいは1/6等である。このため、前記の如くして、照明光ILによりレチクルR上のスリット状照明領域IARが照明されると、投影光学系PLを介してその照明領域IAR内の回路パターンの縮小像が照明領域IARと共役なウエハW上の照明光ILの照射領域(以下、「露光領域」と呼ぶ)IAに形成される。   Returning to FIG. 1, the projection optical system PL uses, for example, a double telecentric reduction system. The projection magnification of the projection optical system PL is, for example, 1/4, 1/5, or 1/6. Therefore, as described above, when the slit-shaped illumination area IAR on the reticle R is illuminated by the illumination light IL, a reduced image of the circuit pattern in the illumination area IAR is illuminated via the projection optical system PL. Is formed in an irradiation area (hereinafter referred to as an “exposure area”) IA of the illumination light IL on the wafer W which is conjugate with the wafer W.

投影光学系PLとしては、複数枚、例えば10〜20枚程度の屈折光学素子(レンズ素子)13のみから成る屈折系が用いられている。この投影光学系PLを構成する複数枚のレンズ素子13のうち、物体面側(レチクルR側)の複数枚(ここでは、説明を簡略化するために4枚とする)のレンズ素子131,132,133,134は、結像特性補正コントローラ48によって外部から駆動可能な可動レンズとなっている。結像特性補正コントローラ48では、不図示の駆動素子に対する印加電圧を独立して調整することにより、レンズ素子131〜134のそれぞれを投影光学系PLの光軸方向であるZ軸方向にシフト駆動、及びXY面に対する傾斜方向(すなわちX軸回りの回転方向(θx方向)及びY軸回りの回転方向(θy方向)に駆動可能(チルト可能)な構成となっている。 As the projection optical system PL, a refraction system including only a plurality of, for example, about 10 to 20 refractive optical elements (lens elements) 13 is used. Of a plurality of lens elements 13 that constitute the projection optical system PL, a plurality of the object plane side (reticle R side) (here, four in order to simplify the description) lens elements 13 1, Reference numerals 13 2 , 13 3 , and 13 4 are movable lenses that can be driven from the outside by the imaging characteristic correction controller 48. The imaging characteristic correction controller 48 shifts each of the lens elements 13 1 to 13 4 in the Z-axis direction, which is the optical axis direction of the projection optical system PL, by independently adjusting the voltage applied to a drive element (not shown). The driving and tilting directions with respect to the XY plane (namely, the rotation direction around the X axis (θx direction) and the rotation direction around the Y axis (θy direction) are possible (tiltable).

なお、レンズ素子131〜134に限らず、投影光学系PLの瞳面近傍、又は像面側に配置されるレンズ素子、あるいは投影光学系PLの収差、特にその非回転対称成分を補正する収差補正板(光学プレート)などを駆動可能に構成しても良い。更に、それらの駆動可能な光学素子の自由度(移動可能な方向)は3つに限られるものではなく1つ、2つあるいは4つ以上でも良い。 In addition to the lens elements 13 1 to 13 4 , the aberration of the lens element disposed in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system PL or in the image plane side, or the projection optical system PL, particularly its non-rotationally symmetric component, is corrected. An aberration correction plate (optical plate) or the like may be driven. Furthermore, the degrees of freedom (movable directions) of these drivable optical elements are not limited to three, but may be one, two, or four or more.

前記ウエハステージWST上にはウエハホルダ25を介してウエハWが真空吸着により固定されている。ウエハステージWSTは、投影光学系PLの下方に配置され、リニアモータあるいは平面モータ、ボイスコイルモータ(VCM)等を含むウエハステージ駆動部56により、XY平面内方向(θz方向を含む)に駆動可能であるとともに、Z軸方向及びXY面に対する傾斜方向(X軸回りの回転方向(θx方向)及びY軸回りの回転方向(θy方向))にも微小駆動可能となっている。   On wafer stage WST, wafer W is fixed by vacuum suction via wafer holder 25. Wafer stage WST is disposed below projection optical system PL and can be driven in the XY plane (including the θz direction) by wafer stage drive unit 56 including a linear motor, a planar motor, a voice coil motor (VCM), and the like. In addition, it can be finely driven in the Z-axis direction and the tilt directions with respect to the XY plane (the rotation direction around the X axis (θx direction) and the rotation direction around the Y axis (θy direction)).

ウエハステージWSTのXY平面内での位置(Z軸回りの回転(θz回転)を含む)は、ウエハステージWSTに固定された移動鏡52Wを介してウエハレーザ干渉計(以下、「ウエハ干渉計」と略述する)54Wによって、例えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出されている。   The position of wafer stage WST in the XY plane (including rotation around the Z axis (θz rotation)) is transferred to a wafer laser interferometer (hereinafter referred to as “wafer interferometer”) via moving mirror 52W fixed to wafer stage WST. 54W, for example, is always detected with a resolution of about 0.5 to 1 nm.

なお、実際には、移動鏡はX軸に直交する反射面を有するX移動鏡と、Y軸に直交する反射面を有するY移動鏡とが設けられ、これに対応してウエハ干渉計もX方向位置計測用のXレーザ干渉計とY方向位置計測用のYレーザ干渉計とが設けられているが、図1ではこれらが代表して移動鏡52W、ウエハ干渉計54Wとして図示されている。なお、例えば、ウエハテーブル18の端面を鏡面加工して反射面(移動鏡52Wの反射面に相当)を形成しても良い。また、Xレーザ干渉計及びYレーザ干渉計は測長軸を複数有する多軸干渉計であり、ウエハステージWSTのX、Y位置の他、回転(ヨーイング(Z軸回りの回転であるθz回転)、ピッチング(X軸回りの回転であるθx回転)、ローリング(Y軸回りの回転であるθy回転))も計測可能となっている。従って、以下の説明ではウエハ干渉計54Wによって、ウエハステージWSTのX、Y、θz、θy、θxの5自由度方向の位置が計測されるものとする。また、多軸干渉計は45°傾いてウエハステージWSTに設置される反射面を介して、投影光学系PLが載置される架台(不図示)に設置される反射面にレーザビームを照射し、投影光学系PLの光軸方向(Z軸方向)に関する相対位置情報を検出するようにしても良い。   In practice, the moving mirror is provided with an X moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the X axis and a Y moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the Y axis. An X-laser interferometer for measuring the directional position and a Y-laser interferometer for measuring the Y-direction position are provided. In FIG. 1, these are representatively shown as a movable mirror 52W and a wafer interferometer 54W. For example, the end surface of the wafer table 18 may be mirror-finished to form a reflecting surface (corresponding to the reflecting surface of the movable mirror 52W). The X laser interferometer and the Y laser interferometer are multi-axis interferometers having a plurality of measurement axes, and in addition to the X and Y positions of the wafer stage WST, rotation (yawing (θz rotation that is rotation around the Z axis)) , Pitching (θx rotation that is rotation around the X axis), and rolling (θy rotation that is rotation around the Y axis)) can also be measured. Therefore, in the following description, it is assumed that the position of wafer stage WST in the X, Y, θz, θy, and θx directions of five degrees of freedom is measured by wafer interferometer 54W. Further, the multi-axis interferometer irradiates the laser beam on the reflecting surface installed on the gantry (not shown) on which the projection optical system PL is placed via the reflecting surface installed on the wafer stage WST with an inclination of 45 °. The relative position information regarding the optical axis direction (Z-axis direction) of the projection optical system PL may be detected.

ウエハ干渉計54Wによって検出されたウエハステージWSTの位置情報(又は速度情報)は主制御装置50に供給される。主制御装置50は、ウエハステージWSTの上記位置情報(又は速度情報)に基づいて、ウエハステージ駆動部56を介してウエハステージWSTの位置を制御する。   Position information (or speed information) of wafer stage WST detected by wafer interferometer 54W is supplied to main controller 50. Main controller 50 controls the position of wafer stage WST via wafer stage drive unit 56 based on the position information (or speed information) of wafer stage WST.

また、ウエハステージWST上面のウエハWの近傍に、基準マーク板FMが、その表面がウエハWの表面と同じ高さとなる状態で固定されている。この基準マーク板FMの表面には遮光膜が形成され、その遮光膜中に、図3(B)に示されるように、Y軸方向に伸びたスリット状開口パターン22x及びX軸方向に伸びたスリット状開口パターン22yが形成されている。これらのスリット状開口パターン(以下、「スリット」と略述する)は、投影光学系PLの結像特性(ディストーション、倍率、ベストフォーカス、像面湾曲など)を計測するための空間像計測用スリットである。   Further, in the vicinity of wafer W on the upper surface of wafer stage WST, fiducial mark plate FM is fixed in a state where the surface thereof is the same height as the surface of wafer W. A light-shielding film is formed on the surface of the reference mark plate FM, and the slit-shaped opening pattern 22x extending in the Y-axis direction and the X-axis direction extend in the light-shielding film as shown in FIG. A slit-shaped opening pattern 22y is formed. These slit-like opening patterns (hereinafter abbreviated as “slits”) are aerial image measurement slits for measuring the imaging characteristics (distortion, magnification, best focus, field curvature, etc.) of the projection optical system PL. It is.

基準マーク板FMのスリット22xの下方のウエハステージWSTの内部には、図3(C)に示されるように、レンズ29a及び例えばフォト・マルチプライヤ・チューブ(PMT)から成る光電検出器29b等が設けられている。この場合、スリット22xを通過した照明光ILは、ウエハステージWST内部でレンズ29aを介して光電検出器29bにより受光される。同様に、ウエハステージWSTの内部のスリット22yの下方にもスリット22yを通過した照明光ILを受光する光電検出器が固定され、これらの光電検出器の検出信号が図1の主制御装置50に供給されている。なお、少なくとも光電検出器29bをウエハステージWSTの外部に配置し、基準マーク板FMを透過した照明光ILを光電検出器29bに導くように構成しても良い。   Inside the wafer stage WST below the slit 22x of the reference mark plate FM, as shown in FIG. 3C, there are a lens 29a and a photoelectric detector 29b composed of, for example, a photomultiplier tube (PMT). Is provided. In this case, the illumination light IL that has passed through the slit 22x is received by the photoelectric detector 29b through the lens 29a inside the wafer stage WST. Similarly, photoelectric detectors that receive illumination light IL that has passed through slits 22y are also fixed below slits 22y inside wafer stage WST, and detection signals from these photoelectric detectors are sent to main controller 50 in FIG. Have been supplied. Note that at least the photoelectric detector 29b may be arranged outside the wafer stage WST so that the illumination light IL transmitted through the reference mark plate FM is guided to the photoelectric detector 29b.

本実施形態では、図3(A)に示される基準板RFM上の例えば評価用マークFRM1,1の投影像のX座標(又はY座標)を検出する際には、主制御装置50が、基準マーク板FMのスリット22x(又はスリット22y)がその評価用マークFRM1,1の投影像を横切るように、ウエハステージ駆動部56を介してウエハステージWSTをX軸方向(又はY軸方向)に走査し、その走査中に光電検出器29bの検出信号をウエハステージWSTのX座標(又はY座標)に対応させてサンプリングする。その後、主制御装置50は、例えばその検出信号を所定の閾値で2値化したときのスライス点の中点の座標として、評価用マークFRM1,1のX座標(又はY座標)を検出する。 In the present embodiment, when detecting, for example, the X coordinate (or Y coordinate) of the projection image of the evaluation mark FRM 1,1 on the reference plate RFM shown in FIG. Wafer stage WST is moved in the X-axis direction (or Y-axis direction) via wafer stage drive unit 56 so that slit 22x (or slit 22y) of reference mark plate FM crosses the projected image of mark FRM 1,1 for evaluation. During the scanning, the detection signal of the photoelectric detector 29b is sampled in correspondence with the X coordinate (or Y coordinate) of the wafer stage WST. Thereafter, main controller 50 detects, for example, the X coordinate (or Y coordinate) of evaluation mark FRM 1,1 as the coordinate of the midpoint of the slice point when the detection signal is binarized with a predetermined threshold. .

また、評価用マークFRM1,1の投影像の像面の位置(ベストフォーカス位置)を検出するためには、主制御装置50は、ウエハステージWST(基準マーク板FM)のZ軸方向の位置(Z位置)を所定ピッチでステップ的に変化させ、各Z位置でスリット22xで投影像を走査したときに得られる検出信号のコントラストをそれぞれ検出し、コントラストが最も高くなるときの基準マーク板FMのZ位置を、その投影像のベストフォーカス位置として検出する。このようなベストフォーカス位置の検出を、種々の像高の評価用マークについて行うことで、各評価用マークのベストフォーカス位置の最小自乗近似面を算出することで、像面をも求めることが可能である。 Further, in order to detect the position (best focus position) of the image plane of the projection image of evaluation mark FRM 1,1 , main controller 50 determines the position of wafer stage WST (reference mark plate FM) in the Z-axis direction. (Z position) is changed stepwise at a predetermined pitch, and the contrast of the detection signal obtained when the projection image is scanned by the slit 22x at each Z position is detected, and the reference mark plate FM when the contrast becomes the highest Is detected as the best focus position of the projected image. By detecting the best focus position for evaluation marks of various image heights, it is possible to obtain the image plane by calculating the least square approximation surface of the best focus position of each evaluation mark. It is.

また、本実施形態の露光装置100では、図1に示されるように、照射系60a及び受光系60bから成る光軸AX方向に関するウエハWの位置を計測する斜入射方式の多点焦点位置検出系(60a,60b)が設けられている。照射系60aは、主制御装置50によってそのオン・オフが制御される光源を有しており、投影光学系PLの結像面に向けて多数のピンホール又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ウエハWの表面に照射する。受光系60bは、それらの結像光束がウエハW表面で反射することによって発生する反射光束を受光し、主制御装置50に対して焦点ずれを検出するための焦点ずれ信号(デフォーカス信号)、例えばSカーブ信号を送信する。なお、この多点焦点位置検出系(60a、60b)と、同様の多点焦点位置検出系の詳細な構成は、例えば特開平6−283403号公報(対応する米国特許第5,448,332号)等に開示されているため、その詳細説明は省略する。   Further, in the exposure apparatus 100 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, an oblique incidence type multi-point focal position detection system that measures the position of the wafer W in the optical axis AX direction, which includes an irradiation system 60a and a light receiving system 60b. (60a, 60b) are provided. The irradiation system 60a has a light source whose ON / OFF is controlled by the main control device 50, and forms a large number of pinholes or slit images toward the image plane of the projection optical system PL. The image light beam is applied to the surface of the wafer W from an oblique direction with respect to the optical axis AX. The light receiving system 60b receives a reflected light beam generated by reflecting the imaged light beam on the surface of the wafer W, and detects a defocus signal (defocus signal) for detecting a defocus to the main controller 50. For example, an S curve signal is transmitted. The detailed configuration of the multipoint focal position detection system (60a, 60b) and the same multipoint focal position detection system is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-283403 (corresponding US Pat. No. 5,448,332). ) Etc., and detailed description thereof is omitted.

さらに、露光装置100は、ウエハステージWST上に保持されたウエハW上のアライメントマーク及び基準マーク板FM上に形成された基準マークの位置計測等に用いられるオフ・アクシス(off-axis)方式のアライメント系ALGを備えている。このアライメント系ALGとしては、例えばウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標の像とを撮像素子(CCD等)を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のFIA(Field Image Alignment)系のセンサが用いられる。なお、FIA系に限らず、コヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出したり、その対象マークから発生する2つの回折光(例えば同次数)を干渉させて検出したりするアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。   Further, the exposure apparatus 100 is an off-axis method used for measuring the positions of the alignment marks on the wafer W held on the wafer stage WST and the reference marks formed on the reference mark plate FM. An alignment system ALG is provided. As this alignment system ALG, for example, the target mark is irradiated with a broadband detection light beam that does not sensitize the resist on the wafer, and the target mark image formed on the light receiving surface by the reflected light from the target mark and an index (not shown) An image processing type FIA (Field Image Alignment) type sensor that captures the image of the image using an image sensor (CCD or the like) and outputs the imaged signals is used. In addition to the FIA system, the target mark is irradiated with coherent detection light to detect scattered light or diffracted light generated from the target mark, or two diffracted lights (for example, of the same order) generated from the target mark. Of course, it is possible to use an alignment sensor that detects the interference by interfering with each other singly or in an appropriate combination.

前記制御系は、図1中、前記主制御装置50によって主に構成される。主制御装置50は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リード・オンリ・メモリ)、RAM(ランダム・アクセス・メモリ)等からなるいわゆるワークステーション(又はマイクロコンピュータ)等から構成され、前述した種々の制御動作を行う他、装置全体を統括して制御する。   The control system is mainly configured by the main controller 50 in FIG. The main controller 50 includes a so-called workstation (or microcomputer) including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. In addition to performing the above control operation, the entire apparatus is controlled in an integrated manner.

主制御装置50は、例えば走査露光動作が的確に行われるように、レチクル干渉計54R、ウエハ干渉計54Wの計測値をモニタしつつ、レチクルステージ駆動部30、ウエハステージ駆動部56をそれぞれ介して、レチクルステージRST(レチクルR)、ウエハステージWST(ウエハW)との同期走査を制御する。すなわち、本実施形態では、レチクルステージ駆動部30、ウエハステージ駆動部56及び主制御装置50によって、レチクルRとウエハWとを所定の走査方向に同期して駆動する駆動系が構成されている。また、主制御装置50は、ウエハステージWST(ウエハW)のステッピングなども制御する。   The main controller 50 monitors the measurement values of the reticle interferometer 54R and the wafer interferometer 54W, for example, so that the scanning exposure operation can be performed accurately, and the reticle controller 50 and the wafer stage driver 56 respectively. Controls synchronous scanning with reticle stage RST (reticle R) and wafer stage WST (wafer W). In other words, in this embodiment, the reticle stage driving unit 30, the wafer stage driving unit 56, and the main controller 50 constitute a driving system that drives the reticle R and the wafer W in synchronization with a predetermined scanning direction. Main controller 50 also controls stepping of wafer stage WST (wafer W).

次に、コントローラ40による、例えば、レチクルRの下面(パターン面)のZ軸方向(光軸AX方向)の位置の算出の原理について、図4に基づいて説明する。図4では、一例として受光光学系70の倍率Dが1の場合が示されている。   Next, the principle of calculating the position of the lower surface (pattern surface) of the reticle R in the Z-axis direction (optical axis AX direction) by the controller 40 will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a case where the magnification D of the light receiving optical system 70 is 1 as an example.

前提として、後述するようにして、光検出器S1、S2のキャリブレーションが行われ、コントローラ40は、光検出器S1の受光面上の基準点(以下「第1の基準点」と呼ぶ)、第2の光検出器S2の受光面上の基準点(以下、「第2の基準点」と呼ぶ)の座標をメモリ内に記憶している。   As a premise, the photodetectors S1 and S2 are calibrated as will be described later, and the controller 40 has a reference point (hereinafter referred to as a “first reference point”) on the light receiving surface of the photodetector S1. The coordinates of a reference point on the light receiving surface of the second photodetector S2 (hereinafter referred to as “second reference point”) are stored in the memory.

レチクルRの下面(パターン面)のZ軸方向(光軸AX方向)の位置情報の計測に際しては、図4に示されるように、照射系160aから検出光DLがレチクルRに入射角αで照射される。そして、この検出光DLは、レチクルRの上面でその一部が反射角αで反射されるとともに、残りはレチクルRの上面で屈折され、射出角βでレチクルRを形成するガラス素材の内部に入射する。このガラス素材の内部に入射した光は入射角βでパターン面に入射し、パターン面で反射角βで反射され、その反射光DL’2は再度レチクルRの上面で屈折された後、受光光学系70を介して、第2の光検出器S2で受光される。一方、レチクルRの上面で反射された反射光DL’1は、受光光学系70を介して第1の光検出器S1で受光される。   When measuring position information in the Z-axis direction (optical axis AX direction) of the lower surface (pattern surface) of the reticle R, as shown in FIG. 4, the detection light DL is irradiated from the irradiation system 160a onto the reticle R at an incident angle α. Is done. A part of the detection light DL is reflected on the upper surface of the reticle R at a reflection angle α, and the rest is refracted on the upper surface of the reticle R, and enters the inside of the glass material forming the reticle R at the emission angle β. Incident. The light incident on the inside of the glass material enters the pattern surface at an incident angle β, is reflected by the pattern surface at the reflection angle β, and the reflected light DL′2 is refracted again by the upper surface of the reticle R, and then receives light. The light is received by the second photodetector S2 via the system 70. On the other hand, the reflected light DL ′ 1 reflected by the upper surface of the reticle R is received by the first photodetector S 1 via the light receiving optical system 70.

また、図4の幾何学的関係から、反射光DL’1と反射光DL’2との受光光学系70通過後の距離δ(すなわち、反射光DL’1の光検出器S1の受光面上の入射位置と、反射光DL’2の光検出器S2の受光面上の入射位置との関係)は、レチクルRの厚さをtとして、次式(1)のように表せる。   Further, from the geometric relationship of FIG. 4, the distance δ of the reflected light DL′1 and the reflected light DL′2 after passing through the light receiving optical system 70 (that is, on the light receiving surface of the photodetector S1 of the reflected light DL′1). The relationship between the incident position of the reflected light DL′2 and the incident position of the reflected light DL′2 on the light receiving surface of the photodetector S2) can be expressed by the following equation (1), where t is the thickness of the reticle R.

δ=2t・tanβ・cosα ……(1)
上式(1)より、
t=δ/(2tanβ・cosα) ……(2)
が得られる。
δ = 2t · tanβ · cosα (1)
From the above equation (1),
t = δ / (2 tan β · cos α) (2)
Is obtained.

なお、投影倍率Dの受光光学系を用いる場合、距離δ、厚さtは、それぞれ次の式(3)、式(4)で表せる。   When a light receiving optical system having a projection magnification D is used, the distance δ and the thickness t can be expressed by the following expressions (3) and (4), respectively.

δ=2D・t・tanβ・cosα ……(3)
t=δ/(2D・tanβ・cosα) ……(4)
入射角αは、予め設定された値であり、既知である。また、出射角βは、入射角αとレチクルRを形成する素材の屈折率nとに依存し、n=sinα/sinβの関係から導き出せる値であり、定数である。投影倍率Dも既知の値である。
δ = 2D · t · tanβ · cosα (3)
t = δ / (2D · tanβ · cosα) (4)
The incident angle α is a preset value and is known. The exit angle β depends on the incident angle α and the refractive index n of the material forming the reticle R, and is a value that can be derived from the relationship n = sin α / sin β, and is a constant. The projection magnification D is also a known value.

従って、1/(2D・tanβ・cosα)=Kなる係数に置き換えることができ、結果的に、レチクルRの厚さtは、次式(5)で表せる。   Therefore, it can be replaced with a coefficient of 1 / (2D · tan β · cos α) = K. As a result, the thickness t of the reticle R can be expressed by the following equation (5).

t=Kδ ……(5)
なお、光検出器S1の受光面上の第1の基準点と光検出器S2の受光面上の第2の基準点との位置関係は既知であり、反射光DL’1の光検出器S1の受光面上の入射位置は、光検出器S1の出力より第1の基準点を原点とする座標として得られ、反射光DL’2の光検出器S2の受光面上の入射位置は、光検出器S2の出力より第2の基準点を原点とする座標として得られる。この結果、光検出器S1の出力と光検出器S2の出力とに基づいて、距離δが得られる。
t = Kδ (5)
The positional relationship between the first reference point on the light receiving surface of the photodetector S1 and the second reference point on the light receiving surface of the photodetector S2 is known, and the photodetector S1 of the reflected light DL′1. Is obtained as coordinates with the first reference point as the origin from the output of the light detector S1, and the incident position of the reflected light DL′2 on the light receiving surface of the light detector S2 is a light beam. From the output of the detector S2, it is obtained as coordinates with the second reference point as the origin. As a result, the distance δ is obtained based on the output of the photodetector S1 and the output of the photodetector S2.

そこで、コントローラ40では、光検出器S1の出力と光検出器S2の出力とに基づいて距離δを算出し、この算出したδと式(5)とに基づいて、レチクルRの厚さを算出する。   Therefore, the controller 40 calculates the distance δ based on the output of the photodetector S1 and the output of the photodetector S2, and calculates the thickness of the reticle R based on the calculated δ and Equation (5). To do.

また、コントローラ40では、光検出器S1の出力に基づいて、レチクルRの上面のZ位置情報、すなわち基準板RFMの上面のZ位置を基準とするレチクルR上面のZ位置Zrを、算出する。   Further, the controller 40 calculates the Z position information of the upper surface of the reticle R, that is, the Z position Zr of the upper surface of the reticle R based on the Z position of the upper surface of the reference plate RFM, based on the output of the photodetector S1.

そして、コントローラ40では、次式(6)に基づいて、レチクルRのパターン面のZ位置情報Zpを、基準板RFMの上面のZ位置を基準として算出する。   Then, the controller 40 calculates the Z position information Zp of the pattern surface of the reticle R on the basis of the Z position of the upper surface of the reference plate RFM based on the following equation (6).

Zp=Zr−t ……(6)
ここで、Zrは、レチクルRの上面が基準板RFMの上面より+Z側にある場合には正、レチクルRの上面が基準板RFMの上面より−Z側にある場合には負の値である。通常、レチクルRは、自重によりその中央部が下方に突出するように撓むので、Zrは通常は負の値になるものと思われる。
Zp = Zr-t (6)
Here, Zr is positive when the upper surface of the reticle R is on the + Z side with respect to the upper surface of the reference plate RFM, and is negative when the upper surface of the reticle R is on the −Z side with respect to the upper surface of the reference plate RFM. . Normally, the reticle R bends so that its central portion protrudes downward due to its own weight, so that Zr is normally considered to be a negative value.

次に、前述した位置検出装置を構成する第1、第2の光検出器S1、S2のキャリブレーション動作及びこれとともに行われる、投影光学系PLの結像特性の調整動作等について説明する。   Next, the calibration operation of the first and second photodetectors S1 and S2 constituting the above-described position detection device, the adjustment operation of the imaging characteristics of the projection optical system PL performed together with this, and the like will be described.

主制御装置50は、レチクルステージRSTを駆動して基準板RFMをスリット状照明領域IARに移動して、基準板RFMに照射系160aから検出光DLを照射する。これにより、基準板RFM上面のY軸方向の中央の線上のX軸方向の中央部の個の計測点に検出光DL1、DL2、DL3が照射され、それぞれの基準板RFMの上面、下面での反射光DL’1、DL’2が受光系160bを構成する各光検出器でそれぞれ受光される。このとき、コントローラ40は、主制御装置50からの指示に基づき、反射光DL’1の各光検出器S1の受光面上での入射位置が、受光面上の原点に一致するようにそれぞれの受光光学系70内の平行平板ガラスの角度を調整することで、各光検出器S1のキャリブレーションを行う。コントローラ40では、このときの各光検出器S1の原点の座標を、光検出器S1の受光面上の第1の基準点の座標として記憶する。 Main controller 50 drives reticle stage RST to move reference plate RFM to slit-shaped illumination area IAR, and irradiates reference plate RFM with detection light DL from irradiation system 160a. As a result, the detection light beams DL 1 , DL 2 , DL 3 are irradiated to the individual measurement points in the center in the X-axis direction on the center line in the Y-axis direction on the upper surface of the reference plate RFM, and the upper surface of each reference plate RFM Reflected lights DL′1 and DL′2 on the lower surface are received by the respective photodetectors constituting the light receiving system 160b. At this time, based on an instruction from the main controller 50, the controller 40 sets each incident position of the reflected light DL′1 on the light receiving surface of each photodetector S1 to coincide with the origin on the light receiving surface. Each photodetector S1 is calibrated by adjusting the angle of the parallel flat glass in the light receiving optical system 70. In the controller 40, the coordinates of the origin of each photodetector S1 at this time are stored as the coordinates of the first reference point on the light receiving surface of the photodetector S1.

また、コントローラ40では、上記の各平行平板ガラスの角度調整の直後に、それぞれの第2の光検出器S2の出力に基づき、第2の光検出器S2の受光面上の反射光DL’2の入射位置の座標を、第2の光検出器S2の受光面上の第2の基準点の座標として記憶する。これにより、位置検出装置を構成する第1、第2の光検出器S1、S2のキャリブレーション動作が終了する。   Further, in the controller 40, immediately after the angle adjustment of each parallel plate glass, the reflected light DL′2 on the light receiving surface of the second photodetector S2 is based on the output of the second photodetector S2. Are stored as the coordinates of the second reference point on the light receiving surface of the second photodetector S2. Thereby, the calibration operation of the first and second photodetectors S1 and S2 constituting the position detection device is completed.

上記の第1、第2の光検出器S1、S2のキャリブレーション動作と並行して、主制御装置50は、基準板RFMを照明光ILで照明する。これにより、図3(A)に示される基準板RFMの評価用マークFRM1,1〜FRM2,5の像が投影光学系PLを介してウエハステージWST側に投影される。そこで、主制御装置50は、前述したように基準マーク板FMのZ位置を変えながら、所定の複数(3個以上)の評価用マークの像をスリット22x(図3(B)参照)で走査して、検出信号のコントラストより各像のベストフォーカス位置を求め、これらのベストフォーカス位置より例えば最小自乗法によって最適な像面(合わせ面)を決定する。 In parallel with the calibration operations of the first and second photodetectors S1 and S2, the main controller 50 illuminates the reference plate RFM with the illumination light IL. As a result, the images of evaluation marks FRM 1,1 to FRM 2,5 on the reference plate RFM shown in FIG. 3A are projected onto the wafer stage WST side via the projection optical system PL. Therefore, main controller 50 scans a predetermined plurality (three or more) of evaluation mark images with slits 22x (see FIG. 3B) while changing the Z position of reference mark plate FM as described above. Then, the best focus position of each image is obtained from the contrast of the detection signal, and the optimum image plane (matching plane) is determined from these best focus positions by, for example, the least square method.

また、そのように基準マーク板FMのZ位置を変える際に、主制御装置50は、多点焦点位置検出系(60a、60b)によってそれら複数の評価用マークの像の近傍の計測点での面位置情報(Z位置情報)を検出しておき、それら複数の像のベストフォーカス位置での面位置情報を求める。更に主制御装置50は、その最適な像面上での多点焦点位置検出系(60a、60b)の各計測点の面位置情報(予め設定した多点焦点位置検出系(60a、60b)の検出原点に対するオフセット量)をウエハステージ駆動部56に供給する。   Further, when changing the Z position of the reference mark plate FM in such a manner, the main controller 50 uses the multi-point focal position detection system (60a, 60b) at the measurement points near the images of the plurality of evaluation marks. Surface position information (Z position information) is detected, and surface position information at the best focus position of the plurality of images is obtained. Further, the main controller 50 determines the surface position information of each measurement point of the multipoint focal position detection system (60a, 60b) on the optimum image plane (the preset multipoint focal position detection system (60a, 60b)). The offset amount with respect to the detection origin) is supplied to the wafer stage drive unit 56.

なお、上記のオフセット量を供給する代わりに、例えば照射系60aからの検出光の入射角、又は受光系60b内で再結像されるスリット像の位置をそのオフセットを相殺するようにずらしてもよい。   Instead of supplying the offset amount, for example, the incident angle of the detection light from the irradiation system 60a or the position of the slit image re-imaged in the light receiving system 60b may be shifted so as to cancel the offset. Good.

その後、露光時にウエハWの表面が露光領域にある状態で、ウエハステージ駆動部56は、多点焦点位置検出系(60a、60b)から供給されるフォーカス信号より得られるデフォーカス量からそのオフセットを差し引いた値がそれぞれ0となるようにウエハステージWSTのZ位置、及び傾斜角を制御する。これによって、ウエハWの表面は、基準板RFMの下面の投影光学系PLによる像面を近似する平面、即ち最適な像面(合わせ面)に正確に合わせ込まれるようになる。   Thereafter, in a state where the surface of the wafer W is in the exposure region at the time of exposure, the wafer stage drive unit 56 calculates the offset from the defocus amount obtained from the focus signal supplied from the multipoint focus position detection system (60a, 60b). The Z position and tilt angle of wafer stage WST are controlled so that the subtracted values are 0, respectively. As a result, the surface of the wafer W is accurately aligned with a plane that approximates the image plane by the projection optical system PL on the lower surface of the reference plate RFM, that is, an optimal image plane (matching plane).

次いで、主制御装置50では、図1の結像特性補正コントローラ48を介してその像面湾曲を補正する。但し、ここでは可動レンズ131〜134の駆動によって像面湾曲も或る程度変えられるものとしている。この際に、平均的なフォーカス位置も変化するため、主制御装置50では残留するフォーカス位置の変化量ΔZ’を算出し、ウエハステージ駆動部56に対してウエハWの表面のZ位置の目標値を−ΔZ’だけ変化させる。これによって、レチクルRのパターン面の撓みによる像面湾曲、及びデフォーカスが補正されて、ウエハWの表面が高精度にレチクルRのパターン面に対する実際の像面に合わせ込まれる。 Next, the main controller 50 corrects the curvature of field via the imaging characteristic correction controller 48 of FIG. However, here, it is assumed that the curvature of field can be changed to some extent by driving the movable lenses 13 1 to 13 4 . At this time, since the average focus position also changes, the main controller 50 calculates the amount of change ΔZ ′ of the remaining focus position, and the target value of the Z position on the surface of the wafer W with respect to the wafer stage drive unit 56. Is changed by −ΔZ ′. As a result, the curvature of field and defocus due to the bending of the pattern surface of the reticle R are corrected, and the surface of the wafer W is adjusted to the actual image surface with respect to the pattern surface of the reticle R with high accuracy.

なお、レチクルRのパターン面の変形によってディストーションも変化する場合には、結像特性補正コントローラ48を介してそのディストーションの補正も行う。   When the distortion changes due to the deformation of the pattern surface of the reticle R, the distortion is also corrected through the imaging characteristic correction controller 48.

上述のようにして構成された露光装置100では、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で、レチクルアライメント及びアライメント系ALGのべスライン計測、ウエハアライメント(EGAなど)、並びにステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われる。   In exposure apparatus 100 configured as described above, reticle alignment and alignment system ALG base line measurement, wafer alignment (such as EGA), and step-and-scan methods are performed in the same procedure as a normal scanning stepper. An exposure operation is performed.

本実施形態の露光装置100では、上記のステップ・アンド・スキャン方式の露光動作中、特に走査露光中に、位置検出装置を構成する照射系160a、受光系160bによって、スリット状照明領域IARに位置するレチクルRのパターン面のZ位置情報が、前述の3つの検出点のそれぞれで検出され、各検出点における面位置情報が、コントローラ40によってリアルタイムで算出され、主制御装置50に供給される。また、走査露光中には、多点焦点位置検出系(60a,60b)からの検出信号も主制御装置50に供給される。   In the exposure apparatus 100 of the present embodiment, during the above-described step-and-scan exposure operation, in particular, during scanning exposure, the irradiation system 160a and the light-receiving system 160b constituting the position detection apparatus are positioned in the slit-shaped illumination area IAR. The Z position information of the pattern surface of the reticle R to be detected is detected at each of the three detection points described above, and the surface position information at each detection point is calculated in real time by the controller 40 and supplied to the main controller 50. During scanning exposure, detection signals from the multipoint focal position detection system (60a, 60b) are also supplied to the main controller 50.

そこで、主制御装置50では、コントローラ40からの面位置情報に基づいてレチクルステージの基準面からのZ軸方向の変位及び傾斜量(主としてY軸回りの回転量)をリアルタイムで算出し、それら変位及び傾斜量が零となるように、レチクルステージ駆動部30を介してレチクルステージRSTのZ位置及び傾斜を制御する。これと同時に、主制御装置50は、多点焦点位置検出系(60a,60b)からの検出信号に基づいて、ウエハW上の露光領域IA部分の表面の近似平面を算出し、この近似平面が投影光学系PLの焦点深度の範囲内に一致するように、ウエハステージ駆動部56を介してウエハステージWSTのZ軸方向、θx方向、及びθy方向に微小駆動することで、ウエハWのフォーカス・レベリング制御を行う。   Therefore, main controller 50 calculates in real time the displacement and tilt amount (mainly the amount of rotation about the Y axis) from the reference plane of the reticle stage based on the surface position information from controller 40, and these displacements. Further, the Z position and tilt of the reticle stage RST are controlled via the reticle stage drive unit 30 so that the tilt amount becomes zero. At the same time, main controller 50 calculates an approximate plane of the surface of the exposure area IA on wafer W based on the detection signal from the multipoint focal position detection system (60a, 60b). By finely driving the wafer stage WST in the Z-axis direction, the θx direction, and the θy direction via the wafer stage drive unit 56 so as to be within the range of the focal depth of the projection optical system PL, Perform leveling control.

以上説明したように、本実施形態の露光装置100は、投影光学系PLの視野(特に露光領域IA)内の3つの評価点に対応するレチクルR上の3点に投影光学系PLと反対側(レチクルRの上側)から検出光DLを照射し、その検出光DLのレチクルRからの反射光に基づいて、レチクルRのパターン面の前記3つの評価点に対応する検出点における投影光学系PLの光軸方向に関する位置情報を検出する位置検出装置(160a,160b,40)を備えている。このため、レチクルRと投影光学系PLとの間の空間が少なくても、この位置検出装置(160a,160b,40)により支障なく検出点における投影光学系PLの光軸方向に関する位置情報(面位置情報)が検出される。また、この位置検出装置(160a,160b,40)は、レチクルRと投影光学系PLとの間の空間が少なくても、それによって配置の自由度が制限されることがない。   As described above, the exposure apparatus 100 of the present embodiment has three points on the reticle R corresponding to the three evaluation points in the field of view (particularly the exposure area IA) of the projection optical system PL on the side opposite to the projection optical system PL. The projection optical system PL at the detection point corresponding to the three evaluation points on the pattern surface of the reticle R is irradiated with the detection light DL from (on the upper side of the reticle R) and based on the reflected light from the reticle R of the detection light DL. Are provided with position detecting devices (160a, 160b, 40) for detecting position information relating to the optical axis direction. For this reason, even if there is little space between the reticle R and the projection optical system PL, position information (surfaces) regarding the optical axis direction of the projection optical system PL at the detection point without any trouble by this position detection device (160a, 160b, 40). Position information) is detected. Further, even if there is little space between the reticle R and the projection optical system PL, the position detection devices (160a, 160b, 40) do not limit the degree of freedom of arrangement.

また、本実施形態の露光装置100によると、主制御装置50により、パターンの転写時(走査露光時)に、位置検出装置(160a,160b,40)で検出された各検出点での面位置情報に基づいて、レチクルRのZ位置及び傾斜(主として非走査方向に関する傾斜)が制御される。このように、露光装置100によると、レチクルRの変形とレチクルRの光軸方向の位置変化とを総合した、パターン面の露光対象の領域の真の面位置情報を得ることができ、この面位置情報に基づいてレチクルRのZ位置及び傾斜(主として非走査方向に関する傾斜)が制御されることで、パターン面のZ軸方向位置及び傾斜が変動するのを防止することができる。特に、本実施形態では、走査露光中に、レチクルRのZ位置及び傾斜を計測することができるので、レチクルステージRSTの走査速度、及び加速度の変化がどのような場合であっても、またレチクルステージRSTの姿勢が変化しても、特に支障なく、かつ正確にパターン面の露光対象の領域の真の面位置情報を得ることができる。また、主制御装置50が、このレチクルRのZ位置及び傾斜と並行して前述のウエハWのフォーカス・レベリング制御を行うことで、デフォーカスによる露光不良のない高精度なウエハ上へのレチクルRのパターンの転写が可能になる。   Further, according to the exposure apparatus 100 of the present embodiment, the surface position at each detection point detected by the position detection apparatus (160a, 160b, 40) by the main controller 50 during pattern transfer (scan exposure). Based on the information, the Z position and tilt (mainly tilt in the non-scanning direction) of the reticle R are controlled. As described above, according to the exposure apparatus 100, the true surface position information of the exposure target area of the pattern surface can be obtained by combining the deformation of the reticle R and the position change of the reticle R in the optical axis direction. By controlling the Z position and tilt of the reticle R (mainly tilt in the non-scanning direction) based on the position information, it is possible to prevent the position and tilt of the pattern surface from changing in the Z-axis direction. In particular, in the present embodiment, since the Z position and tilt of the reticle R can be measured during scanning exposure, the reticle stage RST can be measured regardless of the change in the scanning speed and acceleration of the reticle stage RST. Even if the posture of the stage RST changes, the true surface position information of the exposure target area of the pattern surface can be obtained accurately and without any particular trouble. Further, the main controller 50 performs the focus / leveling control of the wafer W described above in parallel with the Z position and tilt of the reticle R, so that the reticle R onto the wafer with high accuracy without exposure failure due to defocusing. The pattern can be transferred.

なお、上記実施形態では、位置検出装置(160a,160b,40)を用いて、レチクルRの厚さ計測を行うものとしたが、本発明がこれに限定されるものではなく、レチクルRの厚さ又は厚さの分布を実測して、その実測結果を、レチクルごとに、そのレチクル番号等とともにメモリに記憶しておいても良い。この場合には、位置検出装置で計測したレチクルRのパターン面のZ位置情報とその既知のレチクルの厚さ情報とに基づいて、レチクルRのパターン面のZ位置を各検出点毎に算出すれば良い。   In the above embodiment, the thickness of the reticle R is measured using the position detection devices (160a, 160b, 40). However, the present invention is not limited to this, and the thickness of the reticle R is not limited thereto. The thickness or thickness distribution may be measured, and the measurement result may be stored in a memory together with the reticle number and the like for each reticle. In this case, the Z position of the pattern surface of the reticle R is calculated for each detection point based on the Z position information of the pattern surface of the reticle R measured by the position detection device and the thickness information of the known reticle. It ’s fine.

また、上記実施形態では、斜入射方式の位置検出装置を用いて、レチクルRのパターン面の面位置情報を算出する関係から、レチクル上面の検出点とパターン面の検出点とのY位置は僅かながらずれている。しかるに、レチクルは平坦度の良好なガラス板から成るので、上記の検出点間のY位置のずれが、厚さ計測に与える影響は無視できる程度に小さく、計測された厚さは、レチクルのパターン面の検出点の位置でのレチクルの厚さとみなしても問題は無い。   Further, in the above embodiment, the Y position between the detection point on the reticle upper surface and the detection point on the pattern surface is slightly different from the relationship of calculating the surface position information on the pattern surface of the reticle R using the position detection device of the oblique incidence method. It is shifted. However, since the reticle is made of a glass plate with good flatness, the influence of the deviation of the Y position between the detection points on the thickness measurement is negligibly small. The measured thickness is the pattern of the reticle. There is no problem even if it is regarded as the thickness of the reticle at the position of the detection point on the surface.

但し、このような誤差をも解消するために、例えば、事前に、レチクルRを一度スキャンし、光検出器S1、S2の出力データを、所定のサンプリング間隔でサンプリングし、それらのサンプリングしたデータを同一のY位置の光検出器S1、S2の出力データの組に再構成し、その再構成したデータからレチクルRの正確な厚さ分布を算出することとしても良い。   However, in order to eliminate such an error, for example, the reticle R is scanned once in advance, the output data of the photodetectors S1 and S2 is sampled at a predetermined sampling interval, and the sampled data is obtained. It is also possible to reconstruct the output data sets of the photodetectors S1 and S2 at the same Y position and calculate the exact thickness distribution of the reticle R from the reconstructed data.

また、上記実施形態では、位置検出装置の検出点をスリット状照明領域IAR内に、非走査方向に3点配置するものとし、各検出点におけるパターン面の面位置情報に基づいて、レチクルRのZ位置及びθy回転を制御するものとしたが、スキャン中にサンプリング間隔Δs毎に取得した、各検出点における時刻sの面位置情報と、各検出点における時刻s−Δsの面位置情報とに基づいて、レチクルステージRST(レチクルR)のθx回転をも制御しても良い。   Further, in the above embodiment, three detection points of the position detection device are arranged in the slit-like illumination area IAR in the non-scanning direction, and based on the surface position information of the pattern surface at each detection point, the reticle R Although the Z position and the θy rotation are controlled, the surface position information at the time s at each detection point and the surface position information at the time s−Δs at each detection point acquired at each sampling interval Δs during the scan. Based on this, the θx rotation of reticle stage RST (reticle R) may also be controlled.

あるいは、位置検出装置の検出点をスリット状の照明領域IAR内にXY2次元方向に所定間隔で設定しても良い。あるいは、例えば投影光学系PLの光軸上の検出点のみを設け、レチクルRのZ位置のみを制御しても良い。また、前述の位置検出装置では、照明領域IAR内に少なくとも1つの検出点を設定する代わりに、あるいはそれと組み合わせて、±Y方向に関する照明領域IARの外側にそれぞれ少なくとも1つの検出点を設定しても良い。   Alternatively, the detection points of the position detection device may be set in the slit-shaped illumination area IAR at predetermined intervals in the XY two-dimensional direction. Alternatively, for example, only the detection point on the optical axis of the projection optical system PL may be provided, and only the Z position of the reticle R may be controlled. Further, in the above-described position detection device, at least one detection point is set outside the illumination area IAR in the ± Y direction instead of or in combination with at least one detection point in the illumination area IAR. Also good.

なお、走査露光中に、位置検出装置(160a,160b,40)から得られるレチクルRのパターン面の位置情報に基づき、レチクルステージRSTのZ位置及び傾斜を制御する代わりに、あるいはそれと組み合わせて、ウエハステージWSTをZ軸方向、θx及びθy方向に微動しても良い。また、多点焦点位置検出系(60a,60b)の検出結果に基づいて、ウエハステージWSTを駆動する代わりに、あるいはそれと組み合わせて、レチクルステージRSTを駆動しても良い。すなわち、レチクルRのパターン面、及びウエハWの表面それぞれのZ軸方向の変位及び傾斜量による、露光領域IA内におけるレチクルRのパターン像(投影光学系PLの結像面)とウエハWの表面との相対的な偏差が投影光学系PLの焦点深度の範囲内に収まるように、位置検出装置(160a,160b,40)と多点焦点位置検出系(60a,60b)の両方の検出結果に基づいて、レチクルステージRSTとウエハステージWSTの少なくとも一方を駆動すれば良い。また、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとの少なくとも一方を駆動する代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば投影光学系PLの少なくとも1つの光学素子を移動することでその光学特性を調整して、露光領域IA内で投影光学系PLの結像面とウエハWの表面とを焦点深度の範囲内で一致させるようにしても良い。   Note that instead of controlling the Z position and tilt of the reticle stage RST based on the positional information on the pattern surface of the reticle R obtained from the position detection device (160a, 160b, 40) during scanning exposure, or in combination therewith, Wafer stage WST may be finely moved in the Z-axis direction, θx and θy directions. Further, based on the detection result of the multipoint focal position detection system (60a, 60b), reticle stage RST may be driven instead of or in combination with wafer stage WST. That is, the pattern image of the reticle R (imaging plane of the projection optical system PL) and the surface of the wafer W in the exposure area IA according to the displacement and inclination amounts of the pattern surface of the reticle R and the surface of the wafer W in the Z-axis direction, respectively. In the detection results of both the position detection devices (160a, 160b, 40) and the multipoint focus position detection system (60a, 60b) so that the relative deviation is within the range of the focal depth of the projection optical system PL. Based on this, at least one of reticle stage RST and wafer stage WST may be driven. Further, instead of driving at least one of reticle stage RST and wafer stage WST, or in combination with it, for example, by moving at least one optical element of projection optical system PL, the optical characteristics thereof are adjusted, and the exposure region Within the IA, the image plane of the projection optical system PL and the surface of the wafer W may be matched within the range of the depth of focus.

また、上記実施形態で説明した位置検出装置(160a、160b、40)の構成は、一例であり、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、受光系160bを構成する光検出器は、CCDセンサなどの大面積の受光面を有する単一の光検出器(受光素子)によって構成することも勿論可能である。また、上記実施形態では位置検出装置の検出点に対応する前述の露光領域IA内の評価点を、多点焦点位置検出系の検出点(検出光の照射位置)とほぼ一致させても良い。   Moreover, the structure of the position detection apparatus (160a, 160b, 40) demonstrated by the said embodiment is an example, and this invention is not limited to this. For example, the photodetector constituting the light receiving system 160b can of course be constituted by a single photodetector (light receiving element) having a large area light receiving surface such as a CCD sensor. In the above embodiment, the evaluation point in the exposure area IA corresponding to the detection point of the position detection device may be substantially coincident with the detection point (detection light irradiation position) of the multipoint focal position detection system.

なお、上記実施形態の露光装置における投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系PLは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。   In the exposure apparatus of the above embodiment, the magnification of the projection optical system may be not only a reduction system but also an equal magnification and an enlargement system, and the projection optical system PL is not only a refraction system but also any of a reflection system and a catadioptric system. However, the projected image may be either an inverted image or an erect image.

また、上記実施形態では、照明光ILとしてArFエキシマレーザ光を用いる場合について説明したが、これに限らず、波長が170nm以下の光、例えばF2レーザ光(波長157nm)、Kr2レーザ光(波長146nm)等の他の真空紫外光を用いても良い。更に、g線、i線、KrFエキシマレーザなどを用いても良い。 In the above embodiment, ArF excimer laser light is used as the illumination light IL. However, the present invention is not limited to this. Light having a wavelength of 170 nm or less, for example, F 2 laser light (wavelength 157 nm), Kr 2 laser light ( Other vacuum ultraviolet light such as a wavelength of 146 nm) may be used. Further, a g-line, i-line, KrF excimer laser, or the like may be used.

また、例えば、真空紫外光として上記各光源から出力されるレーザ光に限らず、DFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(Er)(又はエルビウムとイッテルビウム(Yb)の両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。   Further, for example, not only laser light output from each of the above light sources as vacuum ultraviolet light, but also single wavelength laser light in the infrared region or visible region oscillated from a DFB semiconductor laser or fiber laser, for example, erbium (Er) A harmonic that is amplified by a fiber amplifier doped with erbium and ytterbium (Yb) and wavelength-converted into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used.

なお、例えば国際公開WO99/49504号パンプレットなどに開示される、投影光学系PLとウエハとの間に液体(例えば純水など)が満たされる液浸型露光装置、あるいはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置、又はプロキシミティ方式の露光装置なども、本発明を好適に適用できる。すなわち、露光装置の種類や露光波長、レチクルの材質などに関係なく、レチクルの裏面側からパターン面と裏面の両方に検出光を照射することが可能なレチクル、及びそのレチクルを使用する露光装置であれば本発明を好適に適用することができる。   An immersion type exposure apparatus or a step-and-stitch method disclosed in, for example, International Publication WO99 / 49504, where a liquid (for example, pure water) is filled between the projection optical system PL and the wafer. The present invention can also be suitably applied to such an exposure apparatus or a proximity type exposure apparatus. That is, in a reticle that can irradiate detection light from the back side of the reticle to both the pattern surface and the back side regardless of the type of exposure apparatus, exposure wavelength, reticle material, and the like, and an exposure apparatus that uses the reticle. If present, the present invention can be suitably applied.

なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより、上記各実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。   An illumination optical system and projection optical system composed of a plurality of lenses are incorporated into the exposure apparatus body for optical adjustment, and a reticle stage and wafer stage made up of a number of mechanical parts are attached to the exposure apparatus body to provide wiring and piping. , And further performing general adjustment (electrical adjustment, operation check, etc.), the exposure apparatus of each of the above embodiments can be manufactured. The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.

なお、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、及び撮像素子(CCDなど)、マイクロマシン、有機EL、DNAチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、DUV(遠紫外)光やVUV(真空紫外)光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のX線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク(ステンシルマスク、メンブレンマスク)が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。   The present invention is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, but is used for manufacturing a display including a liquid crystal display element. An exposure apparatus for transferring a device pattern onto a glass plate and a device used for manufacturing a thin film magnetic head. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a pattern onto a ceramic wafer, and an exposure apparatus that is used for manufacturing an imaging device (CCD or the like), micromachine, organic EL, DNA chip, and the like. Further, in order to manufacture reticles or masks used in not only microdevices such as semiconductor elements but also light exposure apparatuses, EUV exposure apparatuses, X-ray exposure apparatuses, electron beam exposure apparatuses, etc., glass substrates or silicon wafers, etc. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern. Here, in an exposure apparatus using DUV (far ultraviolet) light, VUV (vacuum ultraviolet) light, or the like, a transmission type reticle is generally used. As a reticle substrate, quartz glass, fluorine-doped quartz glass, meteorite, Magnesium fluoride or quartz is used. Further, in a proximity type X-ray exposure apparatus or an electron beam exposure apparatus, a transmission mask (stencil mask, membrane mask) is used, and a silicon wafer or the like is used as a mask substrate.

《デバイス製造方法》
図5には、デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の製造例のフローチャートが示されている。図5に示されるように、まず、ステップ201(設計ステップ)において、デバイスの機能・性能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計等)を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ202(マスク製作ステップ)において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ203(ウエハ製造ステップ)において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
<Device manufacturing method>
FIG. 5 shows a flowchart of a manufacturing example of a device (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin film magnetic head, a micromachine, etc.). As shown in FIG. 5, first, in step 201 (design step), device function / performance design (for example, circuit design of a semiconductor device) is performed, and pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step 202 (mask manufacturing step), a mask on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step 203 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.

次に、ステップ204(ウエハ処理ステップ)において、ステップ201〜ステップ203で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ205(デバイス組立てステップ)において、ステップ204で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ205には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程(チップ封入)等の工程が必要に応じて含まれる。   Next, in step 204 (wafer processing step), using the mask and wafer prepared in steps 201 to 203, an actual circuit or the like is formed on the wafer by lithography or the like as will be described later. Next, in step 205 (device assembly step), device assembly is performed using the wafer processed in step 204. Step 205 includes processes such as a dicing process, a bonding process, and a packaging process (chip encapsulation) as necessary.

最後に、ステップ206(検査ステップ)において、ステップ205で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。   Finally, in step 206 (inspection step), inspections such as an operation confirmation test and durability test of the device created in step 205 are performed. After these steps, the device is completed and shipped.

図6には、半導体デバイスにおける、上記ステップ204の詳細なフロー例が示されている。図6において、ステップ211(酸化ステップ)においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ212(CVDステップ)においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ213(電極形成ステップ)においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ214(イオン打ち込みステップ)においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ211〜ステップ214それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。   FIG. 6 shows a detailed flow example of step 204 in the semiconductor device. In FIG. 6, in step 211 (oxidation step), the surface of the wafer is oxidized. In step 212 (CVD step), an insulating film is formed on the wafer surface. In step 213 (electrode formation step), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition. In step 214 (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Each of the above-described steps 211 to 214 constitutes a pre-processing process at each stage of the wafer processing, and is selected and executed according to a necessary process at each stage.

ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ215(レジスト形成ステップ)において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ216(露光ステップ)において、上で説明した露光装置及びその露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ217(現像ステップ)においては露光されたウエハを現像し、ステップ218(エッチングステップ)において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ219(レジスト除去ステップ)において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。   At each stage of the wafer process, when the above pre-process is completed, the post-process is executed as follows. In this post-processing process, first, in step 215 (resist formation step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step 216 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred to the wafer by the exposure apparatus and the exposure method described above. Next, in step 217 (development step), the exposed wafer is developed, and in step 218 (etching step), the exposed members other than the portion where the resist remains are removed by etching. In step 219 (resist removal step), the resist that has become unnecessary after the etching is removed.

これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。   By repeatedly performing these pre-processing steps and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程(ステップ216)において上記実施形態の露光装置が用いられるので、ウエハ上にレチクルのパターンを高精度に転写することができ、結果的に高集積度のデバイスの生産性(歩留まりを含む)を向上させることが可能となる。   If the device manufacturing method of this embodiment described above is used, the exposure apparatus of the above embodiment is used in the exposure step (step 216), so that the pattern of the reticle can be transferred onto the wafer with high accuracy, and as a result. In addition, the productivity (including yield) of highly integrated devices can be improved.

本発明の露光装置は、リソグラフィ工程において、マスクのパターンを物体上に転写するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法はマイクロデバイスの製造に適している。   The exposure apparatus of the present invention is suitable for transferring a mask pattern onto an object in a lithography process. The device manufacturing method of the present invention is suitable for manufacturing micro devices.

本発明の一実施形態の露光装置の構成を一部断面して概略的に示す図である。1 is a view schematically showing a partial cross section of a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1中のレチクルステージを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the reticle stage in FIG. 図3(A)は図1の基準板RFMを示す底面図、図3(B)は図1の基準マーク板FMを示す平面図、図3(C)は基準マーク板FM下方のウエハステージ内部の検出系を示す図である。3A is a bottom view showing the reference plate RFM of FIG. 1, FIG. 3B is a plan view showing the reference mark plate FM of FIG. 1, and FIG. 3C is the inside of the wafer stage below the reference mark plate FM. It is a figure which shows the detection system. レチクルRの下面(パターン面)のZ軸方向(光軸AX方向)の位置の算出の原理について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of calculation of the position of the Z-axis direction (optical-axis AX direction) of the lower surface (pattern surface) of the reticle R. 本発明のデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the device manufacturing method of this invention. 図5のステップ216の詳細例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detailed example of step 216 of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

30…レチクルステージ駆動部(駆動系の一部)、40…コントローラ(算出装置、位置検出装置の一部)、50…主制御装置(制御装置、駆動系の一部)、56…ウエハステージ駆動部(駆動系の一部)、100…露光装置、R…レチクル(マスク)、160a…照射系(位置検出装置の一部)、160b…受光系(位置検出装置の一部)、PL…投影光学系、W…ウエハ(物体)、DL…検出光、S1…第1の光検出器(受光素子)、S2…第2の光検出器(受光素子)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Reticle stage drive part (a part of drive system), 40 ... Controller (a part of a calculation apparatus and a position detection apparatus), 50 ... Main controller (a control apparatus, a part of a drive system), 56 ... Wafer stage drive Part (part of drive system), 100 ... exposure device, R ... reticle (mask), 160a ... irradiation system (part of position detection device), 160b ... light reception system (part of position detection device), PL ... projection Optical system, W ... wafer (object), DL ... detection light, S1 ... first photodetector (light receiving element), S2 ... second photodetector (light receiving element).

Claims (7)

マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して物体上に転写する露光装置であって、
前記投影光学系の視野内の少なくとも1つの評価点に対応する前記マスク上の少なくとも1点に前記投影光学系と反対側から検出光を照射し、その検出光の前記マスクからの反射光に基づいて、前記パターンが形成された前記マスクのパターン面の前記少なくとも1つの評価点に対応する検出点における前記投影光学系の光軸方向に関する位置情報を検出する位置検出装置と;
前記パターンの転写時に、前記位置検出装置で検出された前記位置情報に基づいて、前記マスクのパターン像と前記物体との前記光軸方向の相対的な位置関係を制御する制御装置と;を備える露光装置。
An exposure apparatus for transferring a pattern formed on a mask onto an object via a projection optical system,
At least one point on the mask corresponding to at least one evaluation point in the field of view of the projection optical system is irradiated with detection light from the side opposite to the projection optical system, and the detection light is based on reflected light from the mask. A position detecting device for detecting position information regarding the optical axis direction of the projection optical system at a detection point corresponding to the at least one evaluation point on the pattern surface of the mask on which the pattern is formed;
A control device that controls a relative positional relationship between the pattern image of the mask and the object in the optical axis direction based on the position information detected by the position detection device when the pattern is transferred. Exposure device.
前記位置検出装置は、
前記検出光を前記投影光学系の光軸に対して所定角度傾斜した方向から前記マスクに照射する照射系と;
その検出光の前記マスクの前記パターン面及びその反対側の面それぞれからの第1、第2の反射光を受光する受光系と;
前記受光系からの前記第1、第2の反射光の少なくとも一方の受光情報に基づいて所定の演算を行い、前記パターン面の前記少なくとも1つの検出点における前記光軸方向に関する位置情報を算出する算出装置と;を有することを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
The position detection device includes:
An irradiation system for irradiating the mask with the detection light from a direction inclined by a predetermined angle with respect to the optical axis of the projection optical system;
A light receiving system for receiving first and second reflected light from the pattern surface of the mask and the opposite surface of the mask of the detection light;
A predetermined calculation is performed based on light reception information of at least one of the first and second reflected lights from the light receiving system, and position information regarding the optical axis direction at the at least one detection point of the pattern surface is calculated. The exposure apparatus according to claim 1, further comprising: a calculation device.
前記受光系は、前記第1、第2の反射光をそれぞれ受光する受光素子を有し、
前記算出装置は、前記第2の反射光の受光情報に基づいて前記少なくとも1つの検出点における前記マスクのパターン面と反対側の面の前記光軸方向に関する位置情報を算出するとともに、前記第1、第2の反射光の受光情報に基づいて前記検出点における前記マスクの厚みを算出し、前記算出した前記位置情報と前記マスクの厚みの情報とに基づいて前記少なくとも1つの検出点における前記パターン面の前記光軸方向の位置を算出することを特徴とする請求項2に記載の露光装置。
The light receiving system includes a light receiving element that receives the first and second reflected lights,
The calculation device calculates position information regarding the optical axis direction of the surface opposite to the pattern surface of the mask at the at least one detection point based on light reception information of the second reflected light, and the first The thickness of the mask at the detection point is calculated based on the light reception information of the second reflected light, and the pattern at the at least one detection point is calculated based on the calculated position information and information on the thickness of the mask. The exposure apparatus according to claim 2, wherein a position of the surface in the optical axis direction is calculated.
前記算出装置は、前記受光素子の受光面上における前記第1、第2の反射光の入射点間の距離と、前記検出光の前記マスクに対する入射角と、前記マスクの屈折率とに基づいて、前記検出点における前記マスクの厚みを算出することを特徴とする請求項3に記載の露光装置。   The calculation device is based on a distance between incident points of the first and second reflected light on a light receiving surface of the light receiving element, an incident angle of the detection light with respect to the mask, and a refractive index of the mask. The exposure apparatus according to claim 3, wherein a thickness of the mask at the detection point is calculated. 前記位置検出装置は、前記投影光学系の視野内の複数の評価点に個別に対応する前記マスク上の複数点に前記投影光学系と反対側から検出光をそれぞれ照射し、それぞれの検出光の前記マスクからの反射光に基づいて、前記複数の評価点に個別に対応する複数の検出点における前記パターン面の前記光軸方向に関する位置情報を検出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の露光装置。   The position detection device irradiates a plurality of points on the mask individually corresponding to a plurality of evaluation points in a field of view of the projection optical system, respectively, with detection light from the opposite side of the projection optical system. The position information regarding the optical axis direction of the pattern surface at a plurality of detection points individually corresponding to the plurality of evaluation points is detected based on reflected light from the mask. The exposure apparatus according to any one of the above. 前記マスクと前記物体とを所定の走査方向に同期して駆動する駆動系を更に備え、
前記複数の検出点は、少なくとも前記走査方向に直交する非走査方向に離れて配置されていることを特徴とする請求項5に記載の露光装置。
A drive system that drives the mask and the object in synchronization with a predetermined scanning direction;
The exposure apparatus according to claim 5, wherein the plurality of detection points are arranged apart from each other at least in a non-scanning direction orthogonal to the scanning direction.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して物体上に転写する工程を含むデバイス製造方法。
A device manufacturing method including a step of transferring a pattern formed on a mask onto an object via a projection optical system using the exposure apparatus according to claim 1.
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