JP3218478B2 - Projection exposure apparatus and method - Google Patents

Projection exposure apparatus and method

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JP3218478B2 JP23716292A JP23716292A JP3218478B2 JP 3218478 B2 JP3218478 B2 JP 3218478B2 JP 23716292 A JP23716292 A JP 23716292A JP 23716292 A JP23716292 A JP 23716292A JP 3218478 B2 JP3218478 B2 JP 3218478B2
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【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置に関し、特に半導体集積回路、液晶基板、薄膜磁気ヘッド等の製造に用いられる投影露光装置に関するものである。 The present invention relates to an projection exposure apparatus, is particularly a semiconductor integrated circuit, a liquid crystal substrate, a projection exposure apparatus used for manufacturing a thin-film magnetic heads, etc..

【0002】 [0002]

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

【0003】上記の様な方法により各収差を求め、投影光学系の結像特性を最適化していく。 [0003] determine the aberrations by a method such as described above, continue to optimize the imaging characteristics of the projection optical system. 例えば投影光学系の内部のレンズエレメントの間隔等を調整して最終的に各収差を許容値以下とする。 For example finally each aberration equal to or less than the allowable value by adjusting the spacing and the like of the lens elements within the projection optical system. ところが、各収差は常に一定ではなく、温度変化、大気圧変化及び照明光を投影光学系が吸収することによる投影光学系の温度上昇により変化し得るものである。 However, the respective aberrations always not constant, temperature change, in which the projection optical system atmospheric pressure changes and illumination light may vary with the temperature rise of the projection optical system due to absorption. 特に照明光の吸収による投影光学系の温度変化は投影光学系内部のレンズエレメントに温度分布を生じ、無視し得ない収差変化をもたらす場合がある。 In particular the temperature change of the projection optical system due to absorption of the illumination light results in temperature distribution in the lens elements within the projection optical system, can result in aberration change that can not be ignored. この様な場合、露光動作中の収差量を上記の方法でチェックするのは不可能である。 In such a case, the amount of aberration during the exposure operation is not possible to check by the above method.

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

【0005】 [0005]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術においては、求められた収差量はあくまでも予測値であり、実際の収差発生量がわからない。 In THE INVENTION It is an object of the such a prior art, the amount determined aberrations are only predicted values, do not know the actual aberration generation amount. 特に近年においては解像力を増すための技術として、輪帯状の照明、あるいは特開平4−180612号公報や特開平4−180 As a technique for increasing the resolution, particularly in recent years, lighting of the annular, or JP-A 4-180612 and JP 4-180
613号公報に開示されているような複数方向からの傾斜照明等が提案され、さらに特公昭62−50811号公報に開示されているような位相シフトマスクも提案されている。 Is oblique illumination like suggestions from multiple directions, such as disclosed in 613 JP, has also been proposed a phase shift mask as is further disclosed in Japanese Patent Publication 62-50811 Patent Publication. これらの技術を使用した場合、投影光学系内部での照明光の強度分布が異なる。 When using these techniques, the intensity distribution of the illumination light inside the projection optical system is different. このため照明エネルギーは同一でも照明条件あるいはレチクルによって発生する収差量も異なり、収差発生量の予測が困難である。 Therefore illumination energy also varies aberration amount generated by even the lighting conditions or a reticle identical, it is difficult to predict the aberration generation amount.
従って従来の収差量を予想する方法では所望の露光動作に対応ができないという問題点があった。 Thus the method for predicting the conventional aberration has a problem that can not correspond to the desired exposure operation. 本発明はこの様な従来の問題点に鑑みてなされたもので、実際の収差量の計測を可能とし、結像特性の変動に対応可能な装置 The present invention has been made in view of such conventional problems, and enables the measurement of the actual amount of aberration, adaptable system to variations in imaging characteristics
及び方法を提供することを目的とする。 Another object of the invention is to provide a method.

【0006】 [0006]

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

【0007】 [0007]

【作用】本発明においては、ステージ上に設けられた所定の開口パターンをステージ側から露光光とほぼ等しい波長の光で照明し、この照明光を投影光学系を介してマスクに入射させる。 According to the present invention, illuminated with light of a wavelength substantially equal to the exposure light a predetermined opening pattern provided on the stage from the stage side, it is incident on the mask the illumination light via the projection optical system. そしてマスクで反射された照明光を投影光学系、開口パターンを介して光電検出器に入射させる。 The illuminating light projection optical system that is reflected by the mask to be incident on the photoelectric detector through the aperture pattern. この光電検出器からの光電検出信号の波形を用いて収差量を求める。 Request aberration with reference to the waveform of the photoelectric detection signal from the photoelectric detector. たのため、テスト基板への露光、現像、測定といった手順を省くことができるとともに専用のパターンをマスク上に設ける必要がないため、実際の測定時においても逐次、収差量の変化を知ることができる。 Because of the exposure to the test substrate, developing, it is not necessary to provide on the mask dedicated pattern it is possible to omit the procedure such measurements, successively even during actual measurement, to know the change in aberration it can. この結果、収差が発生している状態で露光を行い、 As a result, subjected to exposure in a state in which the aberration is occurring,
不良品を出すという不都合はない。 There is no inconvenience that produce defective products.

【0008】 [0008]

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

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

【0010】また、図1中には投影光学系PLの最良像面に向けてピンホール、あるいはスリットの像を形成するための結像光束を光軸AXに対して斜め方向より供給する照射光学系17と、その結像光束のウェハWの表面での反射光束をスリットを介して受光する受光光学系1 [0010] The irradiation optical supplies than the oblique direction of the imaging light flux to form an image of the pinhole or slit, towards the best image plane of the projection optical system PL with respect to the optical axis AX in the figure 1 a system 17, the light receiving optical system for receiving reflected light beam on the surface of the wafer W of the imaging light beam through the slit 1
8から成る斜入射方式の合焦系(ウェハ位置検出系)が設けられている。 Focusing system of oblique incidence type (wafer position detecting system) is provided consisting of 8. この合焦系の構成等については、例えば特開昭60−168112号公報に開示されており、 The configuration of the focusing system is disclosed in JP Sho 60-168112,
ウェハ表面の結像面に対する方向(Z方向)の位置を検出し、ウェハWと投影光学系PLとの合焦状態を検出するものである。 Detecting a position in a direction (Z-direction) with respect to the image plane of the wafer surface, and detects a focus state of the wafer W and the projection optical system PL. 尚、本実施例では設計上の最良結像面が零点基準となるように、予め受光光学系18の内部に設けられた不図示の平行平板ガラス(プレーンパラレル) In addition, as best imaging plane of the design in this embodiment is the zero point reference, advance parallel plate glass (not shown) provided inside the light receiving optical system 18 (the plane parallel)
の角度が調整されて、合焦系のキャリブレーションが行われる。 Angle is adjusted, the calibration of the focusing system is performed.

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

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

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

【0014】図4は光電変換素子26からの検出信号S [0014] Figure 4 is the detection signal S from the photoelectric conversion element 26
3の出力値を縦軸とし、パターン板19のZ座標を横軸とし、開口パターン19をZ方向に移動させた場合の光電変換素子26からの出力値を示す図である。 3 of an output value on the vertical axis, the horizontal axis Z-coordinate of the pattern plate 19 is a diagram showing an output value of the aperture pattern 19 from the photoelectric conversion element 26 in the case of moving in the Z direction. パターン板19のZ方向の位置は焦点検出系の受光光学系18からの出力から求めることができる。 Position in the Z direction of the pattern plate 19 can be determined from the output from the light receiving optical system 18 of the focus detection system. 図4中で最も光電変換素子26の出力値S3が最も大きいとき(ピーク値のとき)のZ座標ZaはレチクルRとパターン板19とがほぼ共役な位置にあるときを示し、図3(b)の場合に相当する。 Z coordinate Za of 4 most when the output value S3 of the photoelectric conversion element 26 is largest in (when the peak value) indicates when the reticle R and the pattern plate 19 is in a position substantially conjugate, FIG 3 (b ) corresponds to the case of. 図4中で光電変換素子26からの出力値がピーク値から下がっている点にあるときのZ座標ZbはレチクルRとパターン板19とが共役な位置から若干ずれている時を示し、図3(a)の場合に相当する。 Z coordinate Zb when in FIG. 4 in that the output value from the photoelectric conversion element 26 is lowered from the peak value was when the reticle R and the pattern plate 19 is slightly deviated from the conjugate position, FIG. 3 It corresponds to the case of (a).

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

【0016】また、投影光学系PLの瞳面P1近傍に近いレンズエレメント44は支持部材45により固定され、駆動素子46を介して支持部材47上に設けられている。 Further, the lens elements 44 near the pupil plane P1 near the projection optical system PL is fixed by the support member 45 is provided on the support member 47 via the drive element 46. 支持部材47は投影光学系PLの鏡筒52に固定されている。 Support member 47 is fixed to the barrel 52 of the projection optical system PL. 駆動素子46はそれぞれ120°ずつ回転した位置に配置された駆動素子46a、46b、46c Drive elements 46a driving element 46 is arranged in a position rotated by 120 °, respectively, 46b, 46c
(図5では46a、46bのみ図示)からなり、各々の駆動素子は駆動素子制御部48により独立制御可能となっている。 (In FIG. 5 46a, 46b only shown) made, each of the drive elements is adapted to be independently controlled by the drive device control unit 48. 駆動素子35、46としては、例えば電歪素子,磁歪素子を用い、駆動素子に与える電圧または磁界に応じた駆動素子の変位量は予め求めておくものとする。 The driving elements 35 and 46, for example using an electrostrictive element, a magnetostrictive element, the displacement amount of the driving element according to the voltage or magnetic field applied to the drive element shall be determined in advance. ここでは図示していないが、駆動素子のヒステリシス性を考慮し、位置検出装置として容量型変位センサ, Although not shown here, taking into account the hysteresis of the driving element, capacitive displacement sensor as a position detecting device,
差動トランス等を駆動素子の近傍に設けることとする。 And providing a differential transformer or the like in the vicinity of the driving element.
これにより、駆動素子に与える電圧または磁界に対応した駆動素子の位置をモニターできるので、高精度な駆動が可能となる。 Accordingly, since it monitors the position of the drive elements corresponding to the voltage or magnetic field applied to the driving element, it is possible to accurately drive. レンズエレメン33、44の微動はレンズエレメントの間隔を変えたり、レンズエレメントを光軸AXに垂直な平面に対して傾けたり、レンズエレメントを光軸AXに垂直な平面内で移動したりするように行われる。 Tremor changing the distance between the lens elements of the lens elementary 33 and 44, a lens element or tilting with respect to a plane perpendicular to the optical axis AX, the lens elements so as to move in a plane perpendicular to the optical axis AX It takes place. このような光学要素を駆動する構成、動作については特開平4−134813号公報に詳しく開示されている。 Arrangement for driving such an optical element is disclosed in detail in JP-A-4-134813 for operation.

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

【0018】レンズエレメント37と50とは鏡筒52 The lens element 37 and the 50 barrel 52
に固定されており、気圧調整装置39はレンズエレメント33とレンズエレメント37との間のレンズ室内の空気の圧力を調整し、気圧調整装置49はレンズエレメント44とエンズエレメント50との間のレンズ室内の空気の圧力を調整する。 Is fixed to the lens chamber between the lens chamber to adjust the pressure of air, air pressure adjusting device 49 is a lens element 44 and Enz element 50 between the pressure regulator 39 lens elements 33 and the lens elements 37 to adjust the pressure of the air. このようにレンズエレメント間の空気部の圧力を変えることにより投影光学系の結像特性を変化させて収差等を補正することは特開昭60−78 Thus it by changing the imaging characteristics of the projection optical system by changing the pressure of the air portion between the lens element to correct aberrations such as JP 60-78
454に開示されている。 It is disclosed in the 454.

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

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

【0021】 [0021]

【数1】σ IL =sinθ IL /sinθ R =m・sinθ [Number 1] σ IL = sinθ IL / sinθ R = m · sinθ
IL /sinθ W一般に開口数NAが大きい程解像度は向上するが、焦点深度が浅くなる。 IL / sin [theta W is generally higher numerical aperture NA is larger resolution is improved, the depth of focus becomes shallow. 一方、σ値が小さい程に露光光ILのコヒーレンシィが良くなるため、σ値が小さくなるとパターンのエッジが強調され、σ値が大きいとパターンのエッジがぼけるが、より細いパターンの解像ができるようになる。 Meanwhile, since the coherency of the exposure light IL is improved enough σ value is small, the pattern of edge the σ value decreases emphasized, but the edge of the pattern and σ value is large blur, resolution of finer patterns become able to. 従って、σ値が変化すると、投影光学系PL Therefore, the σ value is changed, the projection optical system PL
の瞳面P1における照度分布が変化する。 Illuminance distribution will change in the pupil plane P1.

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

【0023】尚、回転板8の絞り135,136,13 [0023] In addition, the aperture of the rotating plate 8 135,136,13
7を使用するときには各開口部からの照明光束のσ値が0.1〜0.3程度となるように設定することが望ましい。 When using the 7 it is desirable that the σ value of the illuminating light beams from the respective apertures is set to be about 0.1 to 0.3. 更に、レチクルパターンの微細度(ピッチ等)に応じて絞り135〜137の各々における各開口部の位置を微調整できるように構成しておくことが望ましい。 Furthermore, it is preferable to configured to finely adjust the position of each opening in each of the 135-137 diaphragm according to the fineness of the reticle pattern (pitch, etc.). 更に、絞り133〜137を用いるときはレチクルまたはウェハ上での照度均一性が悪くなり得るのでフライアイレンズ7の各エレメントを細かくする(断面積を小さくする)ことが望ましい。 Furthermore, the (reducing the cross-sectional area) each element of the fine fly-eye lens 7 since the illuminance uniformity can be poor on the reticle or wafer when using a diaphragm 133 to 137 is desirable. さらに別のインテグレータ(フライアイ型又はロッド型)を追加して2段のインテグレータ構造としても良い。 Yet another integrator (fly's eye or rod type) may be an integrator structure added to two stages.

【0024】また絞り135〜137の使用時は光量ロスが大きいので、光ファイバー、多面プリズム等の光分割器を用いて、絞り上の各開口部に露光光を導くように構成しておくと良い。 [0024] Since the use of the diaphragm 135 to 137 has a large loss of light quantity, an optical fiber, using an optical splitter such as a polygonal prism, it may keep configured to direct exposure light on each opening on the diaphragm . また、回転板8の開口絞りの選択基準の一例としては、特に微細パターンに対しては開口絞り135,136,137(この3つの使い分けはレチクルパターンの周期性に応じて選択すれば良い)を用い、線幅が厳しくないときは開口絞り132を用い、位相シフトレチクルには例えば開口絞り133(又は開口絞り141を使用しても良い)を用いる。 As an example of aperture stop selection criteria of the rotating plate 8, in particular an aperture stop for fine pattern 135, 136 (in this three distinguish may be selected according to the periodicity of the reticle pattern) using, when the line width is less severe with the aperture stop 132, the phase shift reticle is used (also may be used, or aperture stop 141) an aperture stop 133, for example. 開口絞り13 The aperture stop 13
5は例えばX方向に配列された周期パターン、開口絞り36はY方向に配列された周期パターン、開口絞り13 5 is periodic patterns arranged in the X direction, for example, the periodic pattern aperture stop 36 is arranged in the Y direction, the aperture stop 13
7は2次元パターンに対して有効である。 7 is valid for two-dimensional pattern.

【0025】開口絞り135、136、137の開口部の最適位置については特開平4−180612号公報、 [0025] JP-A 4-180612 discloses for optimum position of the aperture of the aperture stop 135, 136,
特開平4−180613号公報や特開平4−22551 JP 4-180613 and JP 4-22551
4号公報等に開示されている。 It disclosed in No. 4 Publication. 例えば、開口絞り137 For example, an aperture stop 137
は2次元周期パターンに対して有効な開口絞りであり、 And an aperture stop effective aperture for two-dimensional periodic pattern,
開口絞り137については1つの開口部137aに着目したとき、X方向のパターンによる±1次回折光のいずれか一方とY方向のパターンによる±1次回折光のいずれか一方と0次回折光とが投影光学系PLの瞳面P1上で光軸から等距離となるように、開口部137aの位置を定める。 When the aperture stop 137 that focuses on one opening 137a, either the 0-order diffracted light projection optics either ± 1-order diffracted light by the X-direction of the pattern in the Y-direction ± by the pattern first-order diffracted light as equal distance from the optical axis on the pupil plane P1 of the system PL, define the position of the opening 137a. 他の開口部(137b〜137d)についても同様の条件で位置を定めると結局各々の開口部(13 Other openings (137B~137d) opening of each end when determining the position under the same conditions for the (13
7a〜137d)は光軸から等距離となる位置に定められる。 7A~137d) is defined to equal distance from the optical axis position.

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

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

【0028】そこで、投影光学系を構成するレンズにごくわずかの熱吸収が存在した場合、投影光学系に光を照射するとレンズを透過する光量に従って発熱が起こる。 [0028] Therefore, if a very slight heat absorption in the lens in the projection optical system was present, the heat generation takes place when irradiating light to the projection optical system in accordance with the amount of light passing through the lens.
レンズが発熱した場合、膨張とともに、多くの場合屈折率が増加する(ただし、発熱による減少の場合もある)。 If the lens is exothermic, with the expansion, in many cases the refractive index increases (although in some cases a decrease due to heating). つまり、発熱により正のパワー(屈折力)を持つ凸レンズではレンズ中央部の変形と分布屈折率レンズの効果により、レンズ中央部のパワーが周辺部に比べて増大する。 That is, heat generation by the effect of the positive power variations and the distributed refractive index lens of the lens central portion is convex with (refractive power), the power of the lens central portion is increased as compared with the periphery. 図8にこの様子を示し、図8(a)は球面収差がない状態を示し、図8(b)は球面収差を過剰補正した状態(球面収差が発生している状態)を示している。 This is illustrated in Figure 8, 8 (a) shows a state where there is no spherical aberration, FIG. 8 (b) shows a state in which over-corrected spherical aberration (the state in which spherical aberration occurs).
図8(a)のように初期状態で球面収差が補正されていた場合、光の照射後には図8(b)の斜線で示すようにレンズ32の中央部のパワーが増大し、球面収差をMだけ過剰補正した状態となるため焦点位置が変動する(ピントがぼける)。 If the spherical aberration has been corrected in the initial state as shown in FIG. 8 (a), the central portion of the power of the lens 32 as after irradiation of light indicated by oblique lines shown in FIG. 8 (b) is increased, the spherical aberration M by excessively corrected condition, and therefore the focal position is varied (focus blurs).

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

【0030】これに対して、図9(b)では球面収差過剰補正により最小錯乱円位置(図9(b)ではZ 1 )を基準としてその前後での光束径は光軸にそって非対称な直径となる。 [0030] In contrast, the light flux diameter of the before and after reference to the circle of least confusion position (FIG. 9 (b) Z 1) by FIG. 9 (b) the spherical aberration over correction asymmetrical along the optical axis the diameter. 従って図9(b)に示した様に信号光量の分布はZ 1に関して非対称となる。 Therefore distribution of the signal light intensity as shown in FIG. 9 (b) is asymmetric with respect to Z 1. 以上が光照射によりレンズが非対称に変形及び分布屈折率を持ち、フォーカス検出信号が歪むプロセスである。 Or lenses have variations and gradient index asymmetrically by light irradiation, a focus detection signal is distorted process. なおレンズには凹レンズも含まれるが、全体として凸レンズなので以上の説明が定性的に当てはまる。 Note that the lens also includes a concave lens, but the foregoing description because the convex lens as a whole is true qualitatively. その際、発生する(過剰補正による)球面収差量に従って信号の半値幅w 2は半値幅W 1と比べて大きくなるので、半値幅w 2を測定して球面収差量を測定することができる。 At that time, the half-value width w 2 of the signal according to (excessively corrected by) the spherical aberration amount generated becomes larger than the half-value width W 1, can measure the spherical aberration by measuring the half-width w 2. また、信号の非対称性も球面収差量に従って増大するため、信号の非対称性から球面収差量を測定することも可能である。 Moreover, since the asymmetry of the signal also increases in accordance with the spherical aberration, it is also possible to measure the spherical aberration amount from the asymmetry of the signal. 具体的には信号波形の左側のボトム値I 0と信号波形のピーク値P 0を挟んで右側のボトム値I 1との出力差I 2を測定することによっても球面収差の測定が可能である。 It is possible to measure the spherical aberration by measuring the output difference I 2 between the bottom value I 1 of the right sides of the peak value P 0 of the bottom value I 0 and the signal waveform of the left signal waveform in particular . また、ボトム値はボトム値I 0 、I 1だけでなく高次成分として複数のボトム値がピーク値P 0を挟んで左右に現れる。 Further, the bottom value is a plurality of bottom value as a high order component as well as the bottom value I 0, I 1 appears on the left and right sides of the peak value P 0. この左右のボトム値を複数組に渡って比較することにより高精度に球面収差量を測定することができる。 It can be measured spherical aberration with high accuracy by comparing over a bottom value of the left and right in a plurality of sets.
尚、信号の半値幅Wの変化と球面収差の発生量の関係、 The relationship of the generation amount of change and the spherical aberration of the half-value width W of the signal,
またはボトム値の差と球面収差の発生量の関係とは予め試し焼き等を行うことより求められている。 Or it is obtained from carrying out the pre-trial printing or the like to the generated amount of relationship of the difference and the spherical aberration of the bottom value. この関係は入力手段53により主制御系29に入力され、主制御系29内のメモリに記憶されているものとする。 This relationship is input by the input means 53 to the main control system 29, assumed to be stored in the memory in the main control system 29. また像面湾曲についても図2に示すような多方向の開口パターン19aを用いて像面内のピント位置を測定することにより求める。 Also determined by measuring the focus position of the image plane using the multidirectional opening pattern 19a as shown in FIG. 2 also curvature.

【0031】以上のケースでは投影レンズに軸対称に光束が当たった場合について説明した。 [0031] In the above case has been described a case where the light beam strikes the axisymmetric projection lens. しかし、マスクに一方向のパターンがある場合等は回折光が軸対称ではなく非対称に発生することになる。 However, like if there is a one-way pattern on the mask will be diffracted light generated asymmetrically not axisymmetric. 従って照射によるレンズの変形が軸に非対称に起こる場合が考えられる。 Thus deformation of the lens due to irradiation is conceivable can happen asymmetrically to the axis. つまり照射により非点収差(非点隔差)が生じる。 That astigmatism (astigmatic difference) is caused by irradiation. この場合投影パターン板19のパターン19aを同一方向に揃え、かつ、その方向を異なった少なくとも2つの方向(投影光学系の光軸を中心として放射方向とそれに垂直な方向)でフォーカス位置計測を行う様にする。 Align the pattern 19a in this case projection pattern plate 19 in the same direction, and performs the focus measuring at least two directions different to that direction (the direction perpendicular to the radial direction and it about the optical axis of the projection optical system) to like. すると非点隔差がある場合は図7に示したピーク位置Z 0の値が各々の方向で異なり、その差を計測することで非点隔差の計測が行える。 Then if there is astigmatism varies in the direction value of each peak position Z 0 shown in FIG. 7, allows the measurement of astigmatism by measuring the difference.

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

【0033】尚、球面収差やコマ収差を計測する際、パターン19aの異なった2方向での計測は図1に示すフォーカス計測系を複数備えてもよいし、パターン19a [0033] Incidentally, when measuring the spherical aberration and coma aberration, measured at different two directions of the pattern 19a is may be a plurality of focus measurement system shown in FIG. 1, the pattern 19a
に異なった方向のマークを設けておき、それらを絞り等で切り換えて選択する方法を取ってもよい。 Different may be provided in the direction of the mark may take a method of selecting by switching them stop. 次に本実施例における球面収差、コマ収差等の投影光学系PLの結像特性の計測方法について述べる。 Then the spherical aberration in the present example describes the measurement method of the imaging characteristics of the projection optical system PL such as coma. 基準部材19上の開口19aの中心が投影光学系の光軸AX上に来るようにウェハステージ15をモータ27で移動する。 Center of the opening 19a on the reference member 19 moves the wafer stage 15 to come on the optical axis AX of the projection optical system in the motor 27. このとき同時にモータ27を駆動してウェハステージ15を投影光学系PLの設計上の最良焦点位置(最良結像面)と思われる位置から予想される焦点変動量(結像特性の変動量)の数倍程度下げるか、もしくは上げるかする。 The best focus position design of the same time the motor 27 the projection optical system of the wafer stage 15 by driving the PL of focus variation amount expected from the position you think that the (best imaging plane) (variation in imaging characteristics) either lower the order of a few times, or either raise. これは、例えば焦点深度(±DOF)の2倍程度(2・DO This, for example, focal about twice the depth (± DOF) (2 · DO
F)下げるか、もしくは上げるかしてもよい。 F) or lowering, or may be or raise. また、同時に開口19及び投影光学系PLを介してレチクルRの裏面(パターン面)を照明する。 Further, to illuminate the back surface of the reticle R (pattern surface) through the simultaneous opening 19 and the projection optical system PL. レチクルRから反射した照明光は再び投影光学系PL、開口19を通った後、 After passing through the projection optical system PL, an opening 19 again illumination light reflected from the reticle R,
レンズ25、ミラー24、レンズ23、光ファイバ20 Lens 25, a mirror 24, lens 23, optical fiber 20
を介して光電検出器26に入射する。 Through the incident on the photoelectric detector 26. その後この状態でウェハステージ15を、上方(あるいは下方)に前述した予想される焦点変動量の2倍程度走査する。 Then the wafer stage 15 in this state, is about twice the scanning of the upper (or lower) the focus variation amount expected previously described. このとき収差検出部28は、光電検出器26の出力と合焦系の受光光学系18の出力を同時に、例えばウェハステージ1 In this case the aberration detection section 28, the output of the photoelectric detector 26 and the output of the focusing system of the light receiving optical system 18 at the same time, for example, the wafer stage 1
5の単位移動量(例えば0.02μm)ごとにサンプリングしてA/D変換し、図4に示すような関係を得る。 Unit moving distance of 5 (e.g., 0.02 [mu] m) A / D conversion by sampling every obtain the relationship shown in FIG.
そして、前述の如く光電変換素子26からの信号波形に基づいて、その対称性等から収差を計測する。 Then, based on the signal waveform from the photoelectric conversion element 26 as described above, to measure the aberration from the symmetry and the like.

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

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

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

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

【0038】次に、収差検出系により求まる焦点位置のキャリブレーションの補正を行う方法について説明を行う。 Next, a description is given of how to calibrate the correction of the focal position determined by the aberration detection system. 前記の様に基準パターン板19を用いて焦点位置計測を行うことができる。 It is possible to perform focal position measurement using the reference pattern plate 19 as described above. 通常パターン板19のパターンは実際に露光する線幅と一致させているが、露光するパターンは大小様々で必ずしも一致しているとは限らない。 Although the pattern of normal pattern plate 19 is made to coincide with the line width of actual exposure, the pattern to be exposed is not necessarily to be large and small necessarily coincide. この場合に照明光吸収によって球面収差が発生すると線幅により焦点位置が異なり実露光パターンの焦点位置を焦点位置計測の結果が一致しないという問題がある。 In this case the result of the focus position measurement the focal position of the actual exposure pattern varies the focal position by the line width when the spherical aberration is generated by the illumination light absorption in there is a problem that does not match. ここで、露光線幅と球面収差の量がわかれば補正が可能である。 Here, it is possible to correct Knowing the amount of exposure line width and spherical aberration. 線幅に関しては、例えばキーボード等から入力する方法、あるいはレチクルバーコード等で書き込み、読み取る方法が考えられる。 For the line width, for example, a write process to enter from the keyboard or the reticle bar codes or the like, a method of reading is considered. 球面収差と焦点位置ずれ量に関しては予め測定、あるいはシュミレーションにより関係を求めておき、テーブルあるいは数式の形で記憶しておけばよい。 Measured in advance with respect to the spherical aberration and the focal position shift amount, or to previously obtain a relation by simulation, it may be stored in the form of a table or formula. あるいは、球面収差量が焦点検出へ及ぼす影響が充分無視できる許容値を設けておき、許容値以上の場合は焦点位置計測を行わず、例えば露光動作を中断して投影光学系が充分冷却されるのを待つ方法も考えられる。 Alternatively, may be provided a tolerance spherical aberration is negligible enough Influence to focus detection, without the focal position measurement in the case of more than the allowable value, the projection optical system can be sufficiently cooled for example by interrupting the exposure operation It is also conceivable to wait for.

【0039】このように、投影光学系PLの収差を光電変換素子26からの信号波形に基づいて実際に計測できるので、特別なマスクを用いてパターンを露光する等の手間がかからず、実際の装置使用時において簡単に収差量がわかる。 [0039] Thus, since the aberration of the projection optical system PL can be actually measured based on the signal waveform from the photoelectric conversion element 26, it takes the hassle such that exposing a pattern using a special mask, actual easily aberration seen during device use. この実測した収差に基づいて、収差発生時の露光動作の中止、収差量による焦点検出系の誤差補正、あるいは収差のリアルタイムの補正等を行うことができる。 Based on the actually measured aberrations can be performed cessation of exposure operation at the time of aberration, error correction of the focus detection system according to the aberration amount, or real-time aberration correction and the like.

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

【0041】 [0041]

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

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

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

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

【図3】図2の開口パターンを使って焦点位置が求まる原理を説明する図である。 [3] with an opening pattern of FIG. 2 is a diagram for explaining a principle of determined focal position.

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

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

【図6】照明条件の違いにより収差量が異なることを説明する図である。 6 is a diagram aberration amount due to the difference in illumination conditions are described different.

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

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

【図9】(a)収差がない状態の光電変換素子26からの信号波形を示す図である。 Is a diagram showing signal waveforms from 9 (a) of the absence aberration photoelectric conversion element 26. (b)球面収差がある状態の光電変換素子26からの信号波形を示す図である。 (B) is a diagram showing signal waveforms from the photoelectric conversion elements 26 in a state where there is a spherical aberration.

【図10】 コマ収差を計測するのに使用する開口パターンを説明する図である。 10 is a diagram of the opening pattern is described to be used to measure coma.

【図11】(a)S像でコマ収差がある状態の光電変換素子26からの信号波形を示す図である。 11 (a) is a diagram showing signal waveforms from the photoelectric conversion elements 26 in a state where there is a coma S image. (b)M像でコマ収差がない状態の光電変換素子26からの信号波形を示す図である。 (B) is a diagram showing signal waveforms from the photoelectric conversion element 26 of the absence of coma M images.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

8、21…回転板 15…ウェハステージ 17…照射光学系 18…受光光学系 19…パターン板 19a…開口パターン 20…光ファイバー 26…光電変換素子 28…収差検出系 29…主制御系 R…レチクル W…ウェハ 8,21 ... rotary plate 15 ... wafer stage 17 ... illumination optical system 18 ... light-receiving optical system 19 ... pattern plate 19a ... aperture pattern 20 ... optical fiber 26 ... photoelectric conversion element 28 ... aberration detection system 29 ... main control system R ... reticle W ... wafer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ,DB名) H01L 21/027 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (58) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) H01L 21/027

Claims (10)

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