JPH04302131A - Projection exposure system - Google Patents

Projection exposure system

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Publication number
JPH04302131A
JPH04302131A JP3066489A JP6648991A JPH04302131A JP H04302131 A JPH04302131 A JP H04302131A JP 3066489 A JP3066489 A JP 3066489A JP 6648991 A JP6648991 A JP 6648991A JP H04302131 A JPH04302131 A JP H04302131A
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JP
Japan
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stage
light
optical axis
focus
photosensitive substrate
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Application number
JP3066489A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobutaka Umagome
伸貴 馬込
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To continue the servo-alignment of a Z stage while collecting the data on the shifting range and the velosity characteristics of the Z stage previ ously set up to increase the focal length as the offset of an AF sensor in the focus servo state based upon the detection signal from a surface position detec tor (AF sensor). CONSTITUTION:A halving 12 is controlled to be tilted having the previously specified velosity characteristics during the exposure step with the closed loop (feed back) of an autofocus (AF) mechanism in the servo state (hereinafter to be referred to as 'focus servo state'). When the halving 12 is thus tilted in the focus servo state, the focus offset amount is follow-fluctuated corresponding to the tilting degree. Resultantly, a Z stage 20 is follow-shifted in the optic axial direction corresponding to the tilting degree of the halving 12. That is, the AF mechanism can constantly and continuously tracts the surface of a wafer W as a focal point.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は感光基板上に微小パター
ンを投影露光する際、投影光学系の見かけ上の焦点深度
を増加させる露光法を可能にした投影露光装置に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus that enables an exposure method that increases the apparent depth of focus of a projection optical system when projecting and exposing a minute pattern onto a photosensitive substrate.

【0002】0002

【従来の技術】                  
                         
             従来、この種の投影露光装
置として、例えば特開昭63−64037号公報に開示
されているものが知られている。この公報には、半導体
ウェハの表面に形成されたレジスト層と、レチクルパタ
ーンを投影する投影光学系の像面とを相対的に光軸方向
に移動させて多重露光することで、現像されたレジスト
像が、あたかも焦点深度の大きい投影光学系を介して転
写されたような像質をもつことが開示されている。この
場合、上記公報に示された装置では、第1の露光を行っ
た後、ウェハを保持するZステージを光軸方向に一定量
だけ移動させてから、同一レチクルパターンで第2の露
光を行っている。さらに、Zステージの光軸方向のステ
ップ位置は2点以上であってもよいことが示されている
[Conventional technology]

Conventionally, as this type of projection exposure apparatus, one disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-64037 is known. This publication describes that the resist layer formed on the surface of the semiconductor wafer and the image plane of the projection optical system that projects the reticle pattern are moved relative to each other in the optical axis direction and multiple exposure is performed, thereby developing the resist layer. It is disclosed that the image has an image quality as if it were transferred through a projection optical system with a large depth of focus. In this case, in the apparatus disclosed in the above publication, after performing the first exposure, the Z stage that holds the wafer is moved by a certain amount in the optical axis direction, and then the second exposure is performed using the same reticle pattern. ing. Furthermore, it is shown that the step position of the Z stage in the optical axis direction may be two or more points.

【0003】これと同様に、見かけ上の焦点深度を拡大
する効果が得られる手法として、特開昭58−1744
6号公報に開示されたように、ウェハ上の1ショットの
露光動作中にウェハを光軸方向に振動させる方法も知ら
れている。この場合、上記公報には振動の波形が明記さ
れていないが、一般的な正弦波状の振動と考えると、そ
の振動振幅や周波数を適当な値に設定することで、上記
特開昭63−64037号公報と全く同様に焦点深度の
拡大効果が得られる。
[0003] Similarly, as a method to obtain the effect of enlarging the apparent depth of focus, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-1744
As disclosed in Japanese Patent No. 6, a method of vibrating a wafer in the optical axis direction during one shot exposure operation on the wafer is also known. In this case, although the waveform of the vibration is not specified in the above publication, considering that it is a general sine wave vibration, by setting the vibration amplitude and frequency to appropriate values, it is possible to The effect of expanding the depth of focus can be obtained in exactly the same way as in the publication.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】ところが上記2つの従
来技術のうち、光軸方向に互いに分離した複数点の夫々
で露光を行う方法では、ウェハ上の1ショットの露光を
完了するためのシャッターの開閉動作回数が増えること
になり、必然的にスループットが低くなるといった問題
が生じる。またウェハを振動させながら露光する方法に
おいては、シャッターの開閉が1回でよいが、その代わ
りにシャッターの開時間中の振動周期数が丁度整数倍に
なるように設定する必要がある。さらに上記2つの従来
技術において、振動方式であれば振動中心を光軸方向の
どの位置に正確に設定するのか、離散的な光軸方向の位
置毎に露光する方式であれば、その離散的な面の位置を
ウェハ面に対してどのように保証するのかについての明
確な開示もない。このため従来技術においては、光軸方
向(Z方向)の制御精度やスループットの点で、はなは
だ不満足なものになっていた。
However, among the above two conventional techniques, in the method of performing exposure at each of a plurality of points separated from each other in the optical axis direction, it is difficult to adjust the shutter speed to complete one shot of exposure on the wafer. This increases the number of opening/closing operations, which inevitably causes a problem of lower throughput. Furthermore, in the method of exposing the wafer while vibrating the wafer, the shutter only needs to be opened and closed once, but instead it is necessary to set the number of vibration cycles during the opening time of the shutter to be exactly an integral multiple. Furthermore, in the above two conventional technologies, if the vibration method is used, it is difficult to accurately set the center of vibration at which position along the optical axis direction, and if it is a method that exposes at each discrete position in the optical axis direction, the discrete There is also no clear disclosure as to how the position of the surface is guaranteed relative to the wafer surface. For this reason, the conventional technology is extremely unsatisfactory in terms of control accuracy in the optical axis direction (Z direction) and throughput.

【0005】本発明はこのような要求に基づいて成され
たもので、スループットの向上を図るとともに、光軸方
向の位置制御精度、再現性等を格段に向上させた投影露
光装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made based on these requirements, and aims to provide a projection exposure apparatus that not only improves throughput but also significantly improves position control accuracy, reproducibility, etc. in the optical axis direction. purpose.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明では、マスク(R)のパターンを感光基板(
W)に結像投影する投影光学系(PL)と、感光基板(
W)を保持して投影光学系(PL)の光軸方向に移動可
能なZステージ(20)と、Zステージを駆動するモー
タ(19)と、感光基板(W)の表面と投影光学系(P
L)の所定結像面との光軸方向の相対的な位置ずれ量を
検出して該位置ずれ量に応じた検出信号を出力する表面
位置検出手段(1〜11,14〜17)と、表面位置検
出手段からの検出信号が所定の値と一致するようにモー
タ(19)をサーボ制御する制御手段(18)とを備え
、感光基板の表面と所定結像面との光軸方向の位置を所
定の関係に設定してパターンを感光基板(W)に露光す
る投影露光装置において、表面位置検出手段(1〜11
,14〜17)からの検出信号の値が、感光基板(W)
の表面と所定結像面との実際の位置ずれ量に対して所定
のオフセット量(MS)を含むように、表面位置検出手
段を補正する補正手段(12,13)と;パターンの感
光基板への露光動作の開始時点から終了時点までの間に
、前記オフセット量(MS)を所定の範囲に渡って所定
の速度特性で変化させるためのデータを記憶する記憶手
段(304)と;露光動作の開始に伴って記憶手段(3
04)のデータを補正手段(12,13)に印加する手
段(308,310)とを備え、露光動作の間に、制御
手段(18)によってサーボ制御された状態でZステー
ジ(19)を光軸方向に移動させることとした。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, the pattern of the mask (R) is formed on the photosensitive substrate (
A projection optical system (PL) that forms and projects an image onto a photosensitive substrate (
A Z stage (20) that can hold the surface of the photosensitive substrate (W) and move in the optical axis direction of the projection optical system (PL), a motor (19) that drives the Z stage, and a P
surface position detection means (1 to 11, 14 to 17) that detects the amount of relative positional deviation in the optical axis direction with respect to the predetermined image forming plane of L) and outputs a detection signal according to the amount of positional deviation; control means (18) for servo-controlling a motor (19) so that the detection signal from the surface position detection means coincides with a predetermined value; In a projection exposure apparatus that exposes a pattern onto a photosensitive substrate (W) by setting a predetermined relationship between
, 14 to 17), the value of the detection signal from the photosensitive substrate (W)
correction means (12, 13) for correcting the surface position detection means so as to include a predetermined offset amount (MS) with respect to the actual positional deviation amount between the surface of the pattern and the predetermined image forming plane; storage means (304) for storing data for changing the offset amount (MS) over a predetermined range with predetermined speed characteristics between the start and end of the exposure operation; At the start, storage means (3
04) to the correction means (12, 13), and during the exposure operation, the Z stage (19) is servo-controlled by the control means (18). It was decided to move it in the axial direction.

【0007】[0007]

【作用】本発明は基板の表面位置を検出するフォーカス
センサーのオフセットを制御し、Zステージは常にフォ
ーカスゼロ点に追い込みつつ、フォーカスオフセットを
露光動作中に順次変化させることによって移動するZス
テージのZ位置で基板を連続露光することを技術的要素
とし、精度の向上とZ移動範囲の拡大をはかっている。
[Operation] The present invention controls the offset of the focus sensor that detects the surface position of the substrate, and while the Z stage is always driven to the focus zero point, the Z stage is moved by sequentially changing the focus offset during the exposure operation. The technical element is to continuously expose the substrate at different positions to improve accuracy and expand the Z movement range.

【0008】[0008]

【実施例】図1は本発明で使用する投影露光装置の概要
を示すものであり、照明系の最終段を構成するコンデン
サーレンズCLは、半導体焼きつけ用の回路パターンが
描画されているレチクルRに均一な照度の照明光を照射
する。1/5、又は1/10の縮小投影レンズPLはレ
チクルRのパターンを両側テレセントリックな条件でウ
ェハW上に投影露光する。ウェハWには不図示の感光層
(フォトレジスト)が塗布されており、ウェハホルダー
を含むZステージ20上に吸着されている。このZステ
ージは投影レンズPLの光軸AX方向(Z方向)に微動
可能にXYステージ21上に設けられる。Zステージ2
0は、通常は正しいフォーカス面(投影レンズPLのレ
チクルRとの共役面)にウェハWの表面を位置合わせを
するために使用され、XYステージ21はレチクルRの
投影像とウェハWを光軸AXと垂直な面内で位置決めし
たりするために2次元移動する。このZステージ20は
投影レンズPLの分解能(開口数N.A.)が向上する
に従って減少する有効焦点範囲内により高い精度でウェ
ハWの表面位置決めできるように、例えば0.1μm以
下の分解能で移動制御される。
[Embodiment] Figure 1 shows an outline of a projection exposure apparatus used in the present invention. Emits illumination light with uniform illuminance. A 1/5 or 1/10 reduction projection lens PL projects and exposes the pattern of the reticle R onto the wafer W under telecentric conditions on both sides. A photosensitive layer (photoresist) (not shown) is applied to the wafer W, and the wafer W is attracted onto a Z stage 20 including a wafer holder. This Z stage is provided on the XY stage 21 so as to be able to move slightly in the optical axis AX direction (Z direction) of the projection lens PL. Z stage 2
0 is normally used to align the surface of the wafer W with the correct focus plane (the conjugate plane of the projection lens PL with the reticle R), and the XY stage 21 aligns the projected image of the reticle R and the wafer W with the optical axis. Two-dimensional movement is performed for positioning within a plane perpendicular to AX. This Z stage 20 moves at a resolution of, for example, 0.1 μm or less so that the surface of the wafer W can be positioned with higher accuracy within the effective focal range that decreases as the resolution (numerical aperture N.A.) of the projection lens PL improves. controlled.

【0009】また投影レンズPLは使用環境下での大気
圧、気温、及びウェハ処理時の露光パワー、照射光量等
々でフォーカス位置や倍率(ディストーション)等の光
学性能が変動することが知られている。そのため本実施
例の装置では、それら環境条件や露光条件の情報S11
を入力して、投影レンズPLの光学性能の変動を算出す
る変動量モニター100と、その算出された変動量に応
じて投影レンズPL内の空気圧を調整する圧力調整器1
02とを設け、光学性能の変動を補正するようにしてい
る。
It is also known that the optical performance of the projection lens PL, such as the focus position and magnification (distortion), varies depending on the atmospheric pressure and temperature in the usage environment, the exposure power during wafer processing, the amount of irradiation light, etc. . Therefore, in the apparatus of this embodiment, the information S11 regarding these environmental conditions and exposure conditions is
a fluctuation amount monitor 100 that calculates the fluctuation in optical performance of the projection lens PL by inputting the following information, and a pressure regulator 1 that adjusts the air pressure in the projection lens PL according to the calculated fluctuation amount.
02 is provided to correct variations in optical performance.

【0010】図2は、図1の投影露光装置に設けられる
斜入射光式の自動焦点合わせ機構を示し、図3は図2の
装置中の制御系のハードウェアとソフトウェアの機構を
まとめたブロック図である。まず図2に基づいて、自動
焦点合わせ(以下、AFとする)機構について説明する
。ウェハW上のレジスト層に対して非感光性で、広い波
長幅を有する照明光ILはスリット板1を一様に照明す
る。スリット板1のスリットを通った光はレンズ系2、
ミラー3、絞り4、投射レンズ5、及びミラー6を介し
て、ウェハWに斜めに入射する結像光束となる。これに
よって、ウェハW上の投影レンズPLの光軸AXが通る
位置、すなわちレチクルRのパターン像の投影領域の中
央には1次元のスリット像が形成される。ウェハWで反
射した反射光はミラー7、対物レンズ8、リレーレンズ
9、振動ミラー10、及び平行平板ガラス12を介して
受光用のスリット板14上に結像する。すなわち、ウェ
ハWが光軸方向の所定位置(合焦位置)にきたとき、送
光用のスリット板1、ウェハW、及び受光用のスリット
板14の3点が相互に共役になるように設定されている
。また、以上の走光用スリット板1から受光用スリット
板14までの系は、投影レンズPLに対して微動するこ
となく配置されている。ここで、ウェハWが投影レンズ
PLの最良結像面に一致している(合焦している)とす
ると、受光用スリット板14上のスリット像は、振動ミ
ラー10の作用で受光用スリット板14のスリットを中
心に振動することになる。ウェハWが合焦位置からずれ
ると、スリット板14上のスリット像の振動中心は、ス
リット板14のスリットから変位してくる。 フォトマルチプライヤー(PMT)15は受光用スリッ
ト板14を通ってきた光量を光電検出し、その光電信号
は同期検波回路(以下PSDとする)17に出力される
。また発振器(OSC.)16は、振動ミラー10を駆
動するアクチュエータ(M−DRV)11へ周波数fの
交流ドライブ信号を出力するとともに、PSD17へ周
波数fの基準信号を出力する。PSD17は、OSC.
 16からの基準信号とPMT15からの光電信号とを
入力して、基準信号に対して光電信号を同期検波する。
FIG. 2 shows an oblique incident light type automatic focusing mechanism provided in the projection exposure apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is a block diagram summarizing the hardware and software mechanisms of the control system in the apparatus of FIG. It is a diagram. First, an automatic focusing (hereinafter referred to as AF) mechanism will be described based on FIG. 2. The illumination light IL, which is insensitive to the resist layer on the wafer W and has a wide wavelength range, illuminates the slit plate 1 uniformly. The light passing through the slit of the slit plate 1 passes through the lens system 2,
An imaging light beam obliquely enters the wafer W via the mirror 3, the aperture 4, the projection lens 5, and the mirror 6. As a result, a one-dimensional slit image is formed at a position on the wafer W through which the optical axis AX of the projection lens PL passes, that is, at the center of the projection area of the pattern image of the reticle R. The reflected light reflected by the wafer W passes through the mirror 7, the objective lens 8, the relay lens 9, the vibrating mirror 10, and the parallel flat glass 12, and forms an image on the slit plate 14 for light reception. That is, when the wafer W comes to a predetermined position (focusing position) in the optical axis direction, the three points of the light transmitting slit plate 1, the wafer W, and the light receiving slit plate 14 are set to be conjugate with each other. has been done. Further, the above-described system from the light traveling slit plate 1 to the light receiving slit plate 14 is arranged without slight movement with respect to the projection lens PL. Here, assuming that the wafer W matches the best image forming plane of the projection lens PL (is in focus), the slit image on the light receiving slit plate 14 is formed on the light receiving slit plate by the action of the vibrating mirror 10. It will vibrate around 14 slits. When the wafer W deviates from the focused position, the center of vibration of the slit image on the slit plate 14 is displaced from the slit of the slit plate 14. A photomultiplier (PMT) 15 photoelectrically detects the amount of light passing through the light receiving slit plate 14, and the photoelectric signal is output to a synchronous detection circuit (hereinafter referred to as PSD) 17. Further, the oscillator (OSC.) 16 outputs an AC drive signal of frequency f to the actuator (M-DRV) 11 that drives the vibrating mirror 10, and outputs a reference signal of frequency f to the PSD 17. PSD17 is OSC.
The reference signal from PMT 16 and the photoelectric signal from PMT 15 are input, and the photoelectric signal is synchronously detected with respect to the reference signal.

【0011】この同期検波は、従来からよく知られてい
る光電顕微鏡のものと同じであって、スリット板14上
で振動するスリット像の振動中心が、スリット板14の
スリット中心と一致したとき、PMT15の光電信号は
、OSC.16の発振信号の周波数fの丁度2倍の周波
数(2f)となり、PSD17の検波出力は零になる。 この状態からずれると、PSD17はそのずれの方向、
すなわち、ウェハWの位置が合焦位置に対して、どちら
に変位したかによって、極性が異なる検波出力を発生す
る。
This synchronous detection is the same as that of a conventionally well-known photoelectron microscope, and when the center of vibration of the slit image vibrating on the slit plate 14 coincides with the center of the slit of the slit plate 14, The photoelectric signal of PMT15 is OSC. The frequency (2f) is exactly twice the frequency f of the oscillation signal of PSD 16, and the detection output of PSD 17 becomes zero. When it deviates from this state, the PSD 17 moves in the direction of the deviation.
That is, a detection output having a different polarity is generated depending on which direction the position of the wafer W is displaced with respect to the in-focus position.

【0012】従ってPSD17の検波出力は、合焦状態
では零、ウェハWが例えば投影レンズPL側に近づいた
ときに正、そしてウェハWが投影レンズPLから遠ざか
ったときに負となる連続した電圧変化を示す。検波出力
は通常、Sカーブ信号とも呼ばれ、零点近傍には、電圧
変化とウェハWのZ方向の位置変化との関係がほぼリニ
アになる範囲が存在し、この範囲を自動焦点合わせのた
めのサーボ制御に使う。
Therefore, the detection output of the PSD 17 is a continuous voltage change that is zero in the focused state, becomes positive when the wafer W approaches the projection lens PL, and becomes negative when the wafer W moves away from the projection lens PL. shows. The detection output is usually also called an S-curve signal, and there is a range near the zero point in which the relationship between voltage change and positional change in the Z direction of the wafer W is almost linear, and this range is used for automatic focusing. Used for servo control.

【0013】さて、Zステージ20は、XYステージ2
1上に設けられたモータ19を駆動回路(Z−DRV)
18によってサーボ制御することで移動される。Z−D
RV18は、PSD17からの検波出力を偏差情報とし
て入力し、その検波出力が零になるようにモータ19を
駆動する。以上、振動ミラー10、M−DRV11、ス
リット板14、PMT15、OSC.16、PSD17
、Z−DRV18、モータ19、及びZステージ20に
よって、自動焦点合わせの閉ループ制御系が構成される
Now, the Z stage 20 is the XY stage 2.
A drive circuit (Z-DRV) for the motor 19 provided on the
It is moved by servo control by 18. Z-D
The RV 18 inputs the detected output from the PSD 17 as deviation information, and drives the motor 19 so that the detected output becomes zero. As described above, the vibrating mirror 10, M-DRV11, slit plate 14, PMT15, OSC. 16, PSD17
, Z-DRV 18, motor 19, and Z stage 20 constitute a closed-loop control system for automatic focusing.

【0014】ところで、平行平板ガラス(以下、ハービ
ングと呼ぶ)12は、ウェハWからの反射光束を、スリ
ット板14上のスリット像の振動方向にシフトさせるよ
うに傾けるもので、モータとエンコーダを含む駆動部(
D−DRV)13で駆動される。ハービング12は焦点
合わせすべき面を光軸AX方向に所定量だけシフトさせ
る、オフセット機構として働き、どれくらいのフォーカ
スオフセットを与えるかは、主制御ユニット(MCU)
30からの信号DSによって制御される。尚、MCU3
0は、H−DRV13内に設けられたハービング12の
傾き量をモニターするエンコーダ信号ESを入力し、こ
の信号ESによってモニターされるフォーカスオフセッ
ト量が目標値に達したか否かを比較し、その差に応じて
駆動用の信号DSをH−DRV13に出力する。
By the way, the parallel flat glass (hereinafter referred to as harbing) 12 is tilted so as to shift the reflected light flux from the wafer W in the vibration direction of the slit image on the slit plate 14, and includes a motor and an encoder. Drive part(
D-DRV) 13. The harving 12 works as an offset mechanism that shifts the surface to be focused by a predetermined amount in the direction of the optical axis AX, and how much focus offset to give is determined by the main control unit (MCU).
It is controlled by the signal DS from 30. Furthermore, MCU3
0 inputs the encoder signal ES that monitors the amount of inclination of the harving 12 provided in the H-DRV 13, compares whether the amount of focus offset monitored by this signal ES has reached the target value, and A driving signal DS is output to the H-DRV 13 according to the difference.

【0015】このハービング12を用いた光学的なフォ
ーカスオフセットの設定は、PSD17の検波出力に電
気的なオフセットを加える方式よりも格段に広い範囲で
オフセットを加えることができる。通常、ハービング1
2は、各種フォーカスオフセット用として使われており
、1つはオペレータが任意に決めるプロセスオフセット
である。その他、装置固有のオフセットとしては、図1
に示した変動量モニター100で算出された情報S12
のうち焦点変動に関する情報f2 (t)と、大気圧変
化に関する情報とを入力することもある。
Optical focus offset setting using the harving 12 allows offset to be applied over a much wider range than the method of adding an electrical offset to the detection output of the PSD 17. Normally, Herbing 1
2 is used for various focus offsets, and one is a process offset arbitrarily determined by the operator. Other equipment-specific offsets are shown in Figure 1.
Information S12 calculated by the fluctuation amount monitor 100 shown in
Of these, information f2 (t) regarding focus fluctuations and information regarding atmospheric pressure changes may be input.

【0016】さて、本発明の実施例では、投影レンズP
Lの見かけ上の焦点深度を増大させる方法として、先の
特開昭58−17446号公報と同様に、1回の露光動
作中(シャッター開放中)にZステージ20を所定の速
度特性で光軸方向に連続移動させる。ただし上記公報と
異なる点は、1回の露光動作でのZステージ20の移動
は下から上、もしくは上から下への一方向のみにした点
である。これはスループットを最大限に高めるためであ
る。
Now, in the embodiment of the present invention, the projection lens P
As a method of increasing the apparent depth of focus of L, the Z stage 20 is moved along the optical axis at a predetermined speed characteristic during one exposure operation (while the shutter is open), as in the previous Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-17446. Continuously move in the direction. However, the difference from the above publication is that the Z stage 20 moves only in one direction from bottom to top or from top to bottom in one exposure operation. This is to maximize throughput.

【0017】さらに本発明の実施例では、先に述べたA
F機構の閉ループ制御(フィードバック)を働かせた状
態(以下、フォーカスサーボ状態とする)で、露光動作
中にハービング12を予め決められた速度特性で傾ける
ように制御する。このようにフォーカスサーボ状態でハ
ービング12を傾けていくと、それに追従してフォーカ
スオフセット量が変化し、その結果Zステージ20がハ
ービング12の傾き量に対応して光軸方向に追従移動す
る。すなわち、図2のAF機構がウェハW上の表面(も
しくはレジスト層の内部の面)を常に合焦点としてとら
え続けていくため、投影レンズPLの最良結像面に対す
るオフセット量がエンコーダの情報ESから正確に求ま
り、極めて精密な制御が可能になる。このようなハービ
ング12の制御は、図2のMCU30に加えられる情報
f1 (t)によって行われる。そこで以下、図3を参
照してMCU30内部の各ユニットの機能を説明する。
Furthermore, in the embodiment of the present invention, the above-mentioned A
In a state in which the closed loop control (feedback) of the F mechanism is activated (hereinafter referred to as a focus servo state), the harving 12 is controlled to be tilted at a predetermined speed characteristic during the exposure operation. When the harving 12 is tilted in the focus servo state in this way, the focus offset amount changes accordingly, and as a result, the Z stage 20 moves in the optical axis direction in accordance with the amount of inclination of the harving 12. In other words, since the AF mechanism in FIG. 2 always captures the surface of the wafer W (or the internal surface of the resist layer) as the focal point, the amount of offset with respect to the best imaging plane of the projection lens PL is determined from the encoder information ES. It can be determined accurately and extremely precise control is possible. Such control of the harving 12 is performed by information f1 (t) added to the MCU 30 in FIG. Therefore, the functions of each unit inside the MCU 30 will be explained below with reference to FIG.

【0018】図3において、MCU30は外部に基本デ
ータ記憶部(メモリ)33が接続されており、ここには
図4に示すような規格化された基本データが記憶されて
いる。図4の横軸は記憶部33のメモリアドレスを表し
、縦軸は予め実験等で決めたハービング12の駆動特性
(もしくはZステージ20の光軸方向の位置変化特性)
に対応したレベルを表す。本実施例では記憶部33のア
ドレスAD1 〜AD4 に基本データが格納されてい
るものとし、そのデータは図4に示すように、アドレス
ADcに記憶されたレベル(数値)K0 を中心に点対
称な曲線の波形となるように設定される。すなわちアド
レスAD1 近傍とアドレスAD4 近傍とで変化率を
ともに小さくし、中心のアドレスADc近傍では変化率
を大きくしてある。そしてスタート点(又はエンド点)
のアドレスAD1 の数値をK2 、エンド点(又はス
タート点)のアドレスAD4 の数値をK1 としたと
き、(K1 +K2 )/2=K0 になるように設定
される。そして、図4のデータが、先に述べた情報f1
 (t) となってMCU30内の駆動データ作成部3
04、又は補正データ作成部302に送られる。MCU
30内のタイマー300は、予め求められている1回の
露光動作時間の間に、記憶部33のアドレスをAD1 
からAD4 までを順番にアクセスするようなクロック
カウンタを有する。またタイマー300のクロックカウ
ントは露光開始(シャッターの開放開始時点)と同時に
スタートする。補正データ作成部302は、オペレータ
によって設定されたZステージ20の1回の移動幅に対
して、図4の基本データのレベルを補正演算するもので
ある。その演算結果は補正データ記憶部306に図4と
同様のフォーマットで記憶される。尚、タイマー300
は1回の露光時間中にカウントする数値をアドレスAD
1 〜AD4 の個数に一義的に対応させる必要がある
ため、プログラマブルなもの(ハードウェアカウンタ、
又はソフトウェアによるカウンタ)になっている。
In FIG. 3, a basic data storage section (memory) 33 is externally connected to the MCU 30, and standardized basic data as shown in FIG. 4 is stored here. The horizontal axis of FIG. 4 represents the memory address of the storage unit 33, and the vertical axis represents the drive characteristics of the harving 12 (or the position change characteristics of the Z stage 20 in the optical axis direction) determined in advance through experiments etc.
represents the level corresponding to In this embodiment, it is assumed that basic data is stored in addresses AD1 to AD4 of the storage unit 33, and as shown in FIG. It is set to have a curved waveform. That is, the rate of change is made small in both the vicinity of the address AD1 and the vicinity of the address AD4, and the rate of change is made large in the vicinity of the central address ADc. and the start point (or end point)
When the numerical value of the address AD1 is K2, and the numerical value of the end point (or starting point) address AD4 is K1, the setting is made so that (K1 + K2)/2=K0. Then, the data in FIG. 4 is the information f1 mentioned earlier.
(t) Then, the drive data creation section 3 in the MCU 30
04 or is sent to the correction data creation unit 302. MCU
A timer 300 in the storage section 30 changes the address of the storage section 33 to AD1 during one exposure operation time determined in advance.
It has a clock counter that sequentially accesses from AD4 to AD4. Further, the clock count of the timer 300 starts at the same time as the exposure starts (when the shutter starts opening). The correction data creation unit 302 performs a correction calculation on the level of the basic data shown in FIG. 4 with respect to one movement width of the Z stage 20 set by the operator. The calculation result is stored in the correction data storage section 306 in a format similar to that shown in FIG. In addition, timer 300
is the value counted during one exposure time at the address AD.
Since it is necessary to uniquely correspond to the number of 1 to AD4, a programmable device (hardware counter,
or a software counter).

【0019】また、別のデータ補正方法として、基本デ
ータに対する補正量(補正乗数等)のみを補正データ作
成部302で算出して、補正データ記憶部306に記憶
してもよい。この場合は基本データ(図4)のカーブの
形を細く修正する必要もあるので、アドレスAD1 〜
AD4 の夫々の基本データレベルに対応した補正乗数
を、記憶部306内のアドレス空間に作成する。
As another data correction method, only the correction amount (correction multiplier, etc.) for the basic data may be calculated by the correction data creation section 302 and stored in the correction data storage section 306. In this case, it is necessary to correct the shape of the curve of the basic data (Figure 4) to make it thinner, so address AD1 ~
A correction multiplier corresponding to each basic data level of AD4 is created in the address space in the storage unit 306.

【0020】駆動データ作成部304は、先の光学特性
の変動のうち焦点変化に対応した情報(オフセット量)
f2 (t)と、補正データ記憶部306に記憶された
データとを読み込んで、加減算を行い、その結果をデジ
タル−アナログ変換器(DAC)308に順次出力する
。 この出力動作はタイマー300のクロックカウンタに同
期して行われ、DAC308はZステージ20の光軸方
向の時間的な位置変化に対応した電圧MSを目標値とし
てサーボアンプ310に出力する。このサーボアンプ3
10の出力が前述の信号DSとなってH−DRV13内
のモータに供給される。またH−DRV13内のエンコ
ーダからの信号ESはアップダウンカウンタ312でカ
ウントアップ(又はカウントダウン)され、その数値は
DAC314によってリアルタイムにアナログ電圧に変
換され、偏差信号としてサーボアンプ310のフィード
バック入力に印加される。これによってハービング12
もサーボアンプ310、エンコーダ、カウンタ312、
DAC314等による閉ループ制御系で傾き量が順次変
化していく。尚、補正データ記憶部306内に補正乗数
のみが記憶されている場合、駆動データ作成部304は
基本データf1 (t)と記憶部306からの補正乗数
とをタイマー300に同期して同時に読み込んで乗算し
た後、その乗算値に焦点変動に関する情報f2 (t)
を加算(又は減算)した結果を、DAC308に出力す
る。
[0020] The drive data creation unit 304 generates information (offset amount) corresponding to the change in focus among the fluctuations in the optical characteristics described above.
f2 (t) and the data stored in the correction data storage unit 306 are read, addition and subtraction are performed, and the results are sequentially output to the digital-to-analog converter (DAC) 308. This output operation is performed in synchronization with the clock counter of the timer 300, and the DAC 308 outputs the voltage MS corresponding to the temporal position change of the Z stage 20 in the optical axis direction to the servo amplifier 310 as a target value. This servo amplifier 3
The output of 10 becomes the aforementioned signal DS and is supplied to the motor in the H-DRV 13. Further, the signal ES from the encoder in the H-DRV 13 is counted up (or counted down) by an up/down counter 312, and the value is converted into an analog voltage in real time by a DAC 314, and is applied to the feedback input of the servo amplifier 310 as a deviation signal. Ru. With this, Harbing 12
Servo amplifier 310, encoder, counter 312,
The amount of inclination is sequentially changed by a closed loop control system using a DAC 314 or the like. Note that when only the correction multiplier is stored in the correction data storage section 306, the drive data creation section 304 simultaneously reads the basic data f1 (t) and the correction multiplier from the storage section 306 in synchronization with the timer 300. After multiplication, the multiplied value is given information about focus fluctuation f2 (t)
The result of adding (or subtracting) is output to the DAC 308.

【0021】次に本実施例の動作を、図5、図6、図7
を参照して説明するが、本実施例で最終的に必要とする
光軸方向の滞在確率を図7のようにする。滞在確率とは
Zステージ20が光軸方向に移動するとき、光軸方向の
微小距離ΔZを、どれくらいの時間Δtで通るかを意味
するもので、数学上の微分値dt/dzと同等である。 従ってZステージ20が等速に移動する場合の滞在確率
は一定値になる。図7で横軸は滞在確率の大きさを表し
、縦軸は光軸方向(Z)の位置を表す。この図7で、Z
方向の中点+ΔZfはZステージ20の移動範囲の中点
、すなわち図4中のレベルK0 (アドレスADc)に
相当する。Zステージ20の移動範囲は図7中の位置+
ΔZ1 から位置−ΔZ2 までの間であり、中点+Δ
Zfから±ΔDだけZ方向に離れた2点に滞在確率の極
大値が存在する。この2ヶ所の極大値はほぼ揃っている
ことが望ましく、また距離±ΔDを投影レンズPL自体
の焦点深度(±D0f)と同程度、もしくはそれ以上に
設定すると、多重焦点露光法と同等に見かけ上の深度を
拡大することができることが、実験によって確認されて
いる。
Next, the operation of this embodiment will be explained with reference to FIGS. 5, 6, and 7.
As will be explained with reference to FIG. 7, the final required staying probability in the optical axis direction in this embodiment is as shown in FIG. The staying probability means how long it takes Δt to pass through a minute distance ΔZ in the optical axis direction when the Z stage 20 moves in the optical axis direction, and is equivalent to the mathematical differential value dt/dz. . Therefore, the staying probability when the Z stage 20 moves at a constant speed is a constant value. In FIG. 7, the horizontal axis represents the magnitude of the stay probability, and the vertical axis represents the position in the optical axis direction (Z). In this figure 7, Z
The midpoint +ΔZf in the direction corresponds to the midpoint of the movement range of the Z stage 20, that is, the level K0 (address ADc) in FIG. The movement range of the Z stage 20 is the position + in FIG.
It is between ΔZ1 and position -ΔZ2, and the midpoint +Δ
The local maximum values of the stay probability exist at two points separated from Zf by ±ΔD in the Z direction. It is desirable that the maximum values at these two locations are almost the same, and if the distance ±ΔD is set to the same level as or greater than the depth of focus (±D0f) of the projection lens PL itself, the appearance will be the same as that of the multifocal exposure method. Experiments have confirmed that the depth above can be expanded.

【0022】さて、図7の分布を得るためには、露光動
作時のシャッターの開閉特性や、1ショット当たりの全
露光時間を予め求めておく必要がある。これらのデータ
は図1の投影露光装置内に設けられている露光量モニタ
ー(光量積分器)や、Zステージ20のウェハW載置部
以外の部分に設けられた照度センサーを使うことによっ
て容易に求めることができる。
Now, in order to obtain the distribution shown in FIG. 7, it is necessary to obtain in advance the opening/closing characteristics of the shutter during the exposure operation and the total exposure time per shot. These data can be easily obtained by using the exposure amount monitor (light amount integrator) provided in the projection exposure apparatus shown in FIG. You can ask for it.

【0023】図5(C)に示した照度特性IPは、ウェ
ハ面上に与える照度の時間変化を表したもので、時刻T
1 でシャッターが開き始めて時刻T2 で全開となり
、時刻T3 でシャッターの閉動作が始まり、時刻T4
 でシャッターの閉成が完了して1ショットの露光が終
わる。次の時刻T5 〜T8 での特性はウェハW上の
別のショットに対する同様の露光を意味する。
The illuminance characteristic IP shown in FIG.
The shutter begins to open at time 1, fully opens at time T2, starts closing at time T3, and closes at time T4.
The shutter closes and the exposure for one shot ends. The characteristics at the next time T5 to T8 mean similar exposure to another shot on the wafer W.

【0024】このようなシャッターの特性を考慮して、
基本データf1 (t)、あるいは補正された同等のデ
ータの読み出しは、図5(A)に示すように同期させる
。 すなわち、図5(C)で時間(T2 −T1 )と時間
(T4 −T3 )が等しいとすると、データf1 (
t)中の中心レベルK0 のアドレスADcがアクセス
されるタイミングは、時刻T1 (又はT2 )と時刻
T4(又はT3 )との中間点に合わされる。従って、
時刻T1 は図4中のアドレスAD1 のアクセスタイ
ミングと一致させ、時刻T4 はアドレスAD4 のア
クセスタイミングと一致させる。さらに時刻T2 を図
4中のアドレスAD2 (データの変化率が時間ととも
に増大し始める点)のアクセスタイミングと一致させ、
時刻T3 を図4中のアドレスAD3 (データの変化
率が時間とともに減少し始める点)のアクセスタイミン
グと一致させる。
[0024] Considering the characteristics of such a shutter,
The reading of the basic data f1 (t) or corrected equivalent data is synchronized as shown in FIG. 5(A). That is, if time (T2 - T1) and time (T4 - T3) are equal in FIG. 5(C), data f1 (
The timing at which the address ADc at the center level K0 in t) is accessed is set to the midpoint between time T1 (or T2) and time T4 (or T3). Therefore,
Time T1 is made to match the access timing of address AD1 in FIG. 4, and time T4 is made to match the access timing of address AD4. Furthermore, time T2 is made to match the access timing of address AD2 in FIG. 4 (the point at which the rate of change of data begins to increase with time),
Time T3 is made to coincide with the access timing of address AD3 in FIG. 4 (the point at which the rate of change of data begins to decrease with time).

【0025】図5(A)は基本データf1 (t)のみ
によって得られるウェハ面のZ方向の位置変化に対応し
ていて、0点はベストフォーカス位置を意味する。ただ
し実際のベストフォーカス位置は、図5(B)に示すよ
うに、情報f2 (t)に応じたオフセット量+ΔZf
を加えた位置である。ここではオフセット量+ΔZfを
一定のように示したが、時々刻々変化する(ただしデー
タf1 (t)の変化よりは十分にゆるやか)場合もあ
る。駆動データ作成部304は、この図5(A)と図5
(B)の特性を加算して図6のようなデータを作る。こ
れによってZステージ20は、フォーカスオフセット量
+ΔZfを中点として上下に対称的な量だけ移動する。 尚、図6ではデータf1 (t)とf2 (t)をその
まま加算して信号MSとしているが、データf1 (t
)は先に述べたように必要に応じて補正される。また図
6中の時刻Tcは図4のアドレスADcのアクセスタイ
ミングに対応している。
FIG. 5A corresponds to a change in the position of the wafer surface in the Z direction obtained only by the basic data f1 (t), and 0 point means the best focus position. However, the actual best focus position is determined by the offset amount +ΔZf according to the information f2 (t), as shown in FIG. 5(B).
This is the position where . Although the offset amount +ΔZf is shown here as being constant, it may change from moment to moment (however, it may change much more slowly than the change in the data f1 (t)). The drive data creation unit 304 generates the data in FIG.
Add the characteristics in (B) to create data as shown in Figure 6. As a result, the Z stage 20 moves vertically by a symmetrical amount with the focus offset amount +ΔZf as the midpoint. In addition, in FIG. 6, the data f1 (t) and f2 (t) are directly added to form the signal MS, but the data f1 (t)
) is corrected as necessary as mentioned above. Further, time Tc in FIG. 6 corresponds to the access timing of address ADc in FIG.

【0026】こうして時刻T1 からT4 までの間で
1ショットの露光が終了すると、XYステージ21が次
のショットの露光のためにステッピングする。時刻T4
 からT5 の間は、そのステッピング時間である。さ
て、次のショットに対しては、各記憶部33、306の
アドレスをAD4 からAD1 に向けて逆にアクセス
していくことによって、Zステージ20を先のショット
のときと逆方向に移動させることができる。
When one shot of exposure is thus completed between time T1 and time T4, the XY stage 21 steps for exposure of the next shot. Time T4
to T5 is the stepping time. Now, for the next shot, the Z stage 20 can be moved in the opposite direction from the previous shot by accessing the address of each storage unit 33, 306 in the reverse direction from AD4 to AD1. Can be done.

【0027】以上のようにして各ショットの露光を行え
ば、1ショット当たりのシャッターの開閉は1回でよく
、かつZステージ20の移動も一方向に1回だけでよく
、従来の露光方法よりも格段にスループットが上がる。 しかもAF機構によって移動中のウェハ面を常にモニタ
ーしているため、光軸方向のウェハWの位置制御が極め
て正確になるといった効果が得られる。また、図5(A
)、又は図6に示した特性は、Zステージ20のZ方向
移動の速度特性と一義的に関係付けられ、Zステージ2
0の速度特性は図5(c)の照度変化と同様の台形状に
なる。
If each shot is exposed as described above, the shutter only needs to be opened and closed once for each shot, and the Z stage 20 only needs to be moved once in one direction, which is faster than the conventional exposure method. Throughput is also significantly increased. Moreover, since the AF mechanism constantly monitors the surface of the moving wafer, the position of the wafer W in the optical axis direction can be controlled extremely accurately. In addition, Fig. 5 (A
), or the characteristics shown in FIG. 6 are uniquely related to the speed characteristics of the Z-direction movement of the Z stage 20,
The speed characteristic at 0 has a trapezoidal shape similar to the illuminance change in FIG. 5(c).

【0028】以上、本発明の実施例では、ハービング1
2が信号MSに応答してサーボ制御されるとともに、既
存のAF機構も零メソッドでサーボ制御を行っているた
め、Zステージ20の移動量が比較的大きい場合でも、
系としての安定性が高く、しかも高精度の位置制御が可
能である。先にも述べたように、ハービング12の傾き
でオフセットを加える方法以外にPSD17の検波出力
(Sカーブ信号)に電気的にオフセットを加える方法も
あるが、以下で説明するような問題が生じる。図8はP
SD17のSカーブ信号の波形例で、横軸はウェハWの
合焦点(零点)からのずれ量ΔFを表し、縦軸は信号電
圧Vを表す。図8中の実線のSカーブ特性PV1 はオ
フセットのない理想的な状態で得られるもので、零クロ
ス点を挟んで光軸方向にほぼ対称的な範囲±ΔF1 内
で信号電圧はほぼリニアになっている。この±ΔF1 
の範囲がサーボ可能な範囲になる。一般に同期検波で得
られるSカーブ信号をサーボ系に使う場合、零クロス点
への追い込み精度は、±ΔF1 の範囲内の電圧変化が
ある程度以上に急峻になればサーボ系の感度向上に伴っ
て高くなる。しかしながら±ΔF1 のリニア領域の電
圧変化を急峻にすることは、それだけサーボ可能範囲2
ΔF1 を狭くすることにつながる。このサーボ可能範
囲2ΔF1 は、ウェハW上のフラットネスの範囲や局
所的な凹凸を想定しつつ、感度が低くならない程度に定
められている。
As described above, in the embodiment of the present invention, Harbing 1
2 is servo-controlled in response to the signal MS, and the existing AF mechanism is also servo-controlled using the zero method, so even if the amount of movement of the Z stage 20 is relatively large,
The system has high stability and can perform highly accurate position control. As mentioned above, in addition to the method of adding an offset using the slope of the harving 12, there is also a method of electrically adding an offset to the detection output (S curve signal) of the PSD 17, but this causes problems as described below. Figure 8 shows P
In the waveform example of the S-curve signal of SD17, the horizontal axis represents the deviation amount ΔF of the wafer W from the in-focus point (zero point), and the vertical axis represents the signal voltage V. The S-curve characteristic PV1 shown by the solid line in Figure 8 is obtained in an ideal state with no offset, and the signal voltage is approximately linear within a range of ±ΔF1 that is approximately symmetrical in the optical axis direction across the zero crossing point. ing. This ±ΔF1
The range becomes the range where servo is possible. Generally, when using an S-curve signal obtained by synchronous detection in a servo system, the accuracy of tracking to the zero cross point will increase as the sensitivity of the servo system improves if the voltage change within the range of ±ΔF1 becomes steeper than a certain level. Become. However, making the voltage change in the linear region of ±ΔF1 steeper means that the servo possible range 2
This leads to narrowing ΔF1. This servo-enabled range 2ΔF1 is determined to such an extent that the sensitivity does not decrease while assuming the range of flatness and local unevenness on the wafer W.

【0029】さて、このようなSカーブ信号にΔV0f
の電圧オフセットを加えてみると、図8の破線に示すよ
うに、Sカーブ特性は全体に電圧軸方向にシフトする。 この破線のSカーブ特性PV2 の電圧の零点は、−Δ
F方向にΔOfだけシフトする。すなわち、このΔOf
がフォーカスオフセットに相当し、フォーカスサーボ系
は元々の零点からΔOfだけマイナスの位置にウェハ表
面を位置決めする。ところが図8から明らかなように、
破線のSカーブ特性PV2 の電圧零点から−ΔF方向
のリニア領域はほとんど消失してしまう。このことはフ
ォーカスサーボ系が安定に働かなくなることを意味する
。従って電気的なオフセットを加えられる範囲は極めて
狭い範囲に限られることになる。
Now, for such an S curve signal, ΔV0f
When a voltage offset of is added, the entire S-curve characteristic shifts in the voltage axis direction, as shown by the broken line in FIG. The zero point of the voltage of this broken line S curve characteristic PV2 is -Δ
Shift by ΔOf in the F direction. That is, this ΔOf
corresponds to a focus offset, and the focus servo system positions the wafer surface at a position minus ΔOf from the original zero point. However, as is clear from Figure 8,
The linear region in the -ΔF direction from the voltage zero point of the S-curve characteristic PV2 indicated by the broken line almost disappears. This means that the focus servo system no longer works stably. Therefore, the range to which electrical offset can be applied is limited to an extremely narrow range.

【0030】一方、本実施例で示した光学的なオフセッ
トでは、実線のSカーブ特性PV1 を、そのまま±Δ
F方向(光軸方向)に平行移動させることになるため、
フォーカスサーボ系の安定性が損なわれることはない。 従って、ハービング12を使用すると、光電検出すべき
スリット像に影響を与えない限り、かなり広い範囲で安
定なフォーカスオフセットを加えることができるのであ
る。
On the other hand, in the optical offset shown in this embodiment, the S curve characteristic PV1 of the solid line is changed to ±Δ
Since it will be moved parallel to the F direction (optical axis direction),
The stability of the focus servo system is not compromised. Therefore, by using the harbing 12, it is possible to apply a stable focus offset over a fairly wide range as long as it does not affect the slit image to be photoelectrically detected.

【0031】以上の実施例で、ハービング12はAF機
構のうち受光系側に設けられるようにしたが、投光系側
のスリット板1とレンズ系2の間、又は投射レンズ5と
ミラー6の間等に設けても、全く同様の効果が得られる
。さらに光学的なオフセットの与え方として、投光系内
のミラー3の傾き、又は振動ミラー10の振動中心での
反射方向をピエゾ素子によって微小に変化させるように
してもよい。
In the above embodiment, the harving 12 is provided on the light receiving system side of the AF mechanism, but it is provided between the slit plate 1 and the lens system 2 on the projection system side, or between the projection lens 5 and the mirror 6. Exactly the same effect can be obtained even if it is provided between the two. Further, as a method of providing an optical offset, the inclination of the mirror 3 in the light projecting system or the direction of reflection at the vibration center of the vibrating mirror 10 may be slightly changed using a piezo element.

【0032】焦点検出回路として同期検波方式でないス
タティックな方式にも本発明は適用できる。例えば振動
ミラー10は固定ミラーとし、受光用のスリット板14
の位置に2分割の光ディテクターを配置し、その光ディ
テクターの分割ライン(不感帯)の幅よりも広い幅でス
リット板1のスリット像を投影するようにし、2分割デ
ィテクターの両素子の出力信号の差動をとることによっ
ても、Sカーブ信号と同様の波形が得られる。
The present invention can also be applied to a static type focus detection circuit other than the synchronous detection type. For example, the vibrating mirror 10 is a fixed mirror, and a slit plate 14 for receiving light is used.
A two-split optical detector is placed at the position of , and the slit image of the slit plate 1 is projected with a width wider than the dividing line (dead zone) of the optical detector, so that the output signals of both elements of the two-split detector are A waveform similar to the S-curve signal can also be obtained by using a differential signal.

【0033】図9は光軸方向の3点で滞在確率に極大値
を持たせる場合を示し、ステップ9(A)はZステージ
20の時間に対するZ方向の位置変化の特性f3 (t
)を示し、図9(B)はそれによって得られる滞在確率
の分布である。この場合、3つの極大点は光軸方向に2
ΔD(2D0f)ずつ間隔をあけるようにするとよい。 そして中央の極大点はZ方向の位置を+ΔZfのベスト
フォーカス面に設定する。ここでも、特性f3 (t)
に従ったZステージ20の移動は1回の露光動作時間(
時刻T1 からT4まで)中に行われるため、中間の時
刻TcではZステージ20の速度を1度減速させる必要
がある。 この特性f3 (t)についても、最適なカーブをシミ
ュレーションや実験等で求めて、基本データとして記憶
部33に格納される。
FIG. 9 shows a case where the stay probability has a maximum value at three points in the optical axis direction, and step 9 (A) is a characteristic f3 (t
), and FIG. 9(B) shows the distribution of the stay probability obtained thereby. In this case, the three maximum points are 2 in the optical axis direction.
It is preferable to leave an interval of ΔD (2D0f). The position of the central maximum point in the Z direction is set to the best focus plane of +ΔZf. Again, the characteristic f3 (t)
The movement of the Z stage 20 according to the following is one exposure operation time (
(from time T1 to time T4), it is necessary to reduce the speed of the Z stage 20 by one degree at the intermediate time Tc. Regarding this characteristic f3 (t), an optimal curve is also obtained through simulation, experiment, etc., and is stored in the storage unit 33 as basic data.

【0034】ところで、図4に示した基本データは標準
的なウェハ露光条件に合わせて作られているため、シャ
ッターの開閉動作特性の装置間の差や、極端な露光時間
の設定等によっては図4のデータカーブを修正する必要
がある。そこで図10、図11を参照していくつかの修
正例を示すが、ここでは滞在確率分布上の2点に極大値
をもたせるものとする。図10(A)は露光時間が極端
に短い場合のウェハ上での照度変化を示し、図11(A
)は露光時間が長い場合の照度変化を示す。まず露光時
間が短いと言うことは、シャッターの全開時間(T3 
−T2 )がほとんどないか、もしくは零の場合を意味
する。この場合、Zステージ20のベストフォーカス面
ΔZfの通過速度は、ほぼ最高速に設定される。図10
(B)は、Zステージ20のZ方向の位置と時間tとの
関係を示し、露光時間(T4 −T1 )の中心点の時
刻Tcにベストフォーカス位置ΔZfを通過するように
最高速の特性によって決まる直線L1 を設定する。次
に時刻T1 でほぼ位置ΔZ1 を通り、直線L1 よ
りも傾きの小さい直線L2 と、時刻T4 でほぼ位置
ΔZ2 を通り、直線L1 よりも傾きの小さい直線L
3 (実際はL2 とL3 の傾きを等しくする)とを
設定する。このとき、シャッターの開放動作時間(T2
−T1 )と閉成動作時間(T4 −T3 )とが等し
いものとし、各動作時間が全開時間(T3 −T2 )
よりも長いものとすると、直線L1 とL2 の交点、
及び直線L1 とL3 の交点はいずれも全開時間の外
側(動作時間中)に存在することもある。Zステージ2
0の速度はこれら直線L1 、L2 、L3 に沿うよ
うに制御されるが、実際は、時刻T1 よりも前の時刻
TsでZステージ20(ハービング12)の移動をスタ
ートし、完全に停止(速度零)するのは時刻T4 より
も後の時刻Teにストップするように、折れ線部分をな
めらかなカーブに修正して基本データとして記憶する。 尚、図10(B)の場合、直線L2 、L3 の傾きは
零であってもよいが、ある程度の傾きを持たせた方がZ
ステージ20の駆動制御上は好ましい。一方、図11(
A)のように露光時間が長い場合、Zステージ20の移
動特性は図11(B)に示すように時刻Tcでベストフ
ォーカス位置ΔZfを通る直線L1 ’と、時刻T1 
で位置ΔZ1 を通る直線L2 ’と、時刻T4 で位
置ΔZ2 を通る直線L3 ’とで近似される。シャッ
ターの全開時間が長い場合、直線L1 ’とL2 ’の
交点と直線L1 ’とL3 ’の交点とは全開時間内の
中央近くに位置する。また直線L1 ’の傾きはZステ
ージ20の最高速に合わせてもよいが、全開時間が長い
ことから、最高速よりも低い速度にしてもよい。
By the way, since the basic data shown in FIG. 4 is created based on standard wafer exposure conditions, the data may vary depending on differences in shutter opening/closing operating characteristics between devices, extreme exposure time settings, etc. 4 data curve needs to be corrected. Therefore, some modification examples will be shown with reference to FIGS. 10 and 11, but here it is assumed that two points on the stay probability distribution have maximum values. FIG. 10(A) shows the illuminance change on the wafer when the exposure time is extremely short, and FIG. 11(A)
) shows the change in illuminance when the exposure time is long. First of all, short exposure time means shutter full-open time (T3
-T2) is almost non-existent or zero. In this case, the passing speed of the best focus plane ΔZf of the Z stage 20 is set to approximately the maximum speed. Figure 10
(B) shows the relationship between the position of the Z stage 20 in the Z direction and the time t, and shows the relationship between the position of the Z stage 20 in the Z direction and the time t. Set the determined straight line L1. Next, at time T1, a straight line L2 passes approximately the position ΔZ1 and has a slope smaller than the straight line L1, and at time T4, a straight line L2 passes approximately the position ΔZ2 and has a slope smaller than the straight line L1.
3 (actually, the slopes of L2 and L3 are set to be equal). At this time, the shutter opening operation time (T2
-T1) and the closing operation time (T4 -T3) are equal, and each operation time is the fully open time (T3 -T2).
If the length is longer than , then the intersection of straight lines L1 and L2,
and the intersection of straight lines L1 and L3 may both exist outside the fully open time (during the operating time). Z stage 2
The speed of Z stage 20 (Harving 12) is controlled along these straight lines L1, L2, and L3, but in reality, the Z stage 20 (harving 12) starts moving at time Ts, which is earlier than time T1, and completely stops (speed reaches zero). ) is to correct the polygonal line portion into a smooth curve so as to stop at time Te, which is after time T4, and store it as basic data. In the case of FIG. 10(B), the slopes of the straight lines L2 and L3 may be zero, but it is better to give them a certain slope to improve Z.
This is preferable in terms of drive control of the stage 20. On the other hand, Fig. 11 (
When the exposure time is long as in A), the movement characteristics of the Z stage 20 are a straight line L1' passing through the best focus position ΔZf at time Tc and a time T1 as shown in FIG.
It is approximated by a straight line L2' passing through the position ΔZ1 at time T4, and a straight line L3' passing through the position ΔZ2 at time T4. When the full-open time of the shutter is long, the intersection of straight lines L1' and L2' and the intersection of straight lines L1' and L3' are located near the center of the full-open time. Further, the slope of the straight line L1' may be set to match the maximum speed of the Z stage 20, but since the fully open time is long, it may be set to a speed lower than the maximum speed.

【0035】以上の図10(B)、図11(B)の特性
から、Zステージ20の移動開始時、及び停止時の速度
特性に若干の差異があるため、これら差異のある特性カ
ーブのいくつかを基準データとして記憶部33に記憶し
ておくとよい。また以上の各実施例では、記憶部33に
予めデータを記憶しておくとしたが、図10(B)、図
11(B)で説明したような折れ線近似を用いた数値計
算で最適な特性を算出してもよい。さらに、上記投影露
光装置はシャッターによって露光量を制御するものであ
るが、パルスレーザを光源とした露光装置(エキシマス
テッパー等)では、光源からのパルス数と各パルス毎の
光量微調とによって露光制御を行っている。この場合で
も、本発明は全く同様に適用でき、同等の効果を得るこ
とができる。
From the characteristics shown in FIGS. 10(B) and 11(B), there are some differences in the speed characteristics when the Z stage 20 starts moving and when it stops. It is preferable to store this in the storage unit 33 as reference data. Furthermore, in each of the above embodiments, data is stored in advance in the storage unit 33, but the optimum characteristics can be determined by numerical calculation using the polygonal line approximation as explained in FIG. 10(B) and FIG. 11(B). may be calculated. Furthermore, the projection exposure apparatus described above controls the exposure amount using a shutter, but in an exposure apparatus using a pulsed laser as a light source (such as an excimer stepper), exposure control is performed by the number of pulses from the light source and fine adjustment of the light amount for each pulse. It is carried out. Even in this case, the present invention can be applied in exactly the same way and the same effects can be obtained.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、Zステー
ジの位置決めを正確にかつリアルタイムでサーボし続け
ることができる。しかも、Zステージ可動範囲も長くと
れ、レジスト厚やウェハの表面の反射率変化によるZス
テージの非線型な動きが防止されるから、光軸方向の位
置制御が極めて正確になり、焦点深度の拡大効果が常に
安定に得られる。
As described above, according to the present invention, the positioning of the Z stage can be accurately and continuously servoed in real time. Furthermore, the Z stage movable range can be extended, and nonlinear movement of the Z stage due to changes in resist thickness or wafer surface reflectance is prevented, making position control in the optical axis direction extremely accurate and increasing the depth of focus. The effect is always stable.

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

【図1】  本発明の実施例に好適な投影露光装置の全
体の構成図で、
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a projection exposure apparatus suitable for an embodiment of the present invention.

【図2】  本発明の実施例によるフォーカストラッキ
ング方式を実現するための構成図、
[Fig. 2] A configuration diagram for realizing a focus tracking method according to an embodiment of the present invention,

【図3】  主制御系の機能をブロック化した図、[Figure 3] Block diagram of main control system functions,

【図
4】  基本データ記憶部に記憶されたデータ列、
[Figure 4] Data strings stored in the basic data storage unit,

【図
5】  フォーカスオフセットと露光動作との関係を示
すチャート図、
[Figure 5] Chart diagram showing the relationship between focus offset and exposure operation,

【図6】  実際のフォーカスオフセットの時間変化を
表すチャート図、
[Figure 6] A chart showing the actual change in focus offset over time.

【図7】  Zステージの移動により得られる滞在確率
の一例を示すグラフ、
[Figure 7] A graph showing an example of the stay probability obtained by moving the Z stage,

【図8】  同期検波出力に電気的オフセットを与えた
ときの様子を示すグラフ、
[Figure 8] Graph showing what happens when an electrical offset is applied to the synchronous detection output,

【図9】  光軸方向の3点に滞在確率上の極大値をも
たせたときの様子を示すグラフ、
[Figure 9] A graph showing the situation when the maximum value of the stay probability is given to three points in the optical axis direction.

【図10】  Zステージの速度特性の決め方を示すグ
ラフ、
[Figure 10] Graph showing how to determine the speed characteristics of the Z stage,

【図11】  Zステージの速度特性の決め方を示すグ
ラフである。
FIG. 11 is a graph showing how to determine the speed characteristics of the Z stage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

PL  投影レンズ R  レチクル W  ウエハ IL  オートフォーカス系の光束 1  送光スリット 10  振動ミラー 11  ミラー駆動アンプ 12  フォーカスオフセット用のハービング13  
ハービング用ドライバー 14  受光用スリット 15  フォトマル 17  フォーカス位置検出用の同期検波回路18  
Zステージドライバー 19  Zステージ移動用モータ 20  Zステージ 21  XYステージ 30  主制御系 33  基本データ記憶部
PL Projection lens R Reticle W Wafer IL Autofocus system light beam 1 Light transmission slit 10 Oscillating mirror 11 Mirror drive amplifier 12 Harving 13 for focus offset
Harving driver 14 Light receiving slit 15 Photomultiple 17 Synchronous detection circuit 18 for focus position detection
Z stage driver 19 Z stage movement motor 20 Z stage 21 XY stage 30 Main control system 33 Basic data storage unit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  マスクのパターンを感光基板に結像投
影する投影光学系と、該感光基板を保持して前記投影光
学系の光軸方向に移動可能なZステージと、該Zステー
ジを駆動するモータと、前記感光基板の表面と前記投影
光学系の所定結像面との光軸方向の相対的な位置ずれ量
を検出して該位置ずれ量に応じた検出信号を出力する表
面位置検出手段と、該表面位置検出手段からの検出信号
が所定の値と一致するように前記モータをサーボ制御す
る制御手段とを備え、前記感光基板の表面と前記所定結
像面との光軸方向の位置を所定の関係に設定して前記パ
ターンを前記感光基板に露光する投影露光装置において
、前記表面位置検出手段からの検出信号の値が、前記感
光基板の表面と前記所定結像面との実際の位置ずれ量に
対して所定のオフセット量を含むように、前記表面位置
検出手段を補正する補正手段と;前記パターンの感光基
板への露光動作の開始時点から終了時点までの間に、前
記オフセット量を所定の範囲に渡って所定の速度特性で
変化させるためのデータを記憶する記憶手段と;前記露
光動作の開始に伴って前記記憶手段のデータを前記補正
手段に印加する手段とを備え、前記露光動作の間に、前
記制御手段によってサーボ制御された状態で前記Zステ
ージを前記光軸方向に移動させることを特徴とする投影
露光装置。
1. A projection optical system that images and projects a pattern of a mask onto a photosensitive substrate; a Z stage that holds the photosensitive substrate and is movable in the optical axis direction of the projection optical system; and a Z stage that drives the Z stage. a motor, and a surface position detection means for detecting a relative positional deviation amount in the optical axis direction between the surface of the photosensitive substrate and a predetermined imaging plane of the projection optical system and outputting a detection signal according to the positional deviation amount. and control means for servo-controlling the motor so that the detection signal from the surface position detection means coincides with a predetermined value, the position of the surface of the photosensitive substrate and the predetermined imaging plane in the optical axis direction In a projection exposure apparatus that exposes the pattern onto the photosensitive substrate by setting the patterns in a predetermined relationship, the value of the detection signal from the surface position detection means is based on the actual relationship between the surface of the photosensitive substrate and the predetermined image forming plane. a correction means for correcting the surface position detection means so as to include a predetermined offset amount with respect to the amount of positional deviation; storage means for storing data for changing the speed at a predetermined speed characteristic over a predetermined range; and means for applying data in the storage means to the correction means upon the start of the exposure operation; A projection exposure apparatus characterized in that during an exposure operation, the Z stage is moved in the optical axis direction under servo control by the control means.
【請求項2】  前記表面位置検出手段は、前記感光基
板の表面に斜めに光束を照射する投光系と、該光束の前
記表面からの反射光を受光して、その受光位置の変化を
光電的に検出する受光系とで構成され;前記補正手段は
、前記投光系から前記受光系までの光路中に配置されて
、前記光束、もしくは前記反射光を前記受光系の受光位
置検出方向に関してオフセットさせる可動光学素子と、
該可動光学素子を駆動する第2のモータと、前記記憶手
段のデータに基づいて前記第2のモータをサーボ制御す
る第2の制御手段とを含むことを特徴とする請求項1に
記載の投影露光装置。
2. The surface position detection means includes a light projecting system that obliquely irradiates a light beam onto the surface of the photosensitive substrate, and a photoelectric sensor that receives reflected light of the light beam from the surface and detects a change in the light receiving position. the correction means is arranged in the optical path from the light projecting system to the light receiving system, and the correction means is arranged in the optical path from the light projecting system to the light receiving system to adjust the light flux or the reflected light with respect to the light receiving position detection direction of the light receiving system. a movable optical element for offsetting;
2. Projection according to claim 1, comprising: a second motor that drives the movable optical element; and second control means that servo-controls the second motor based on data in the storage means. Exposure equipment.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5640227A (en) * 1993-12-06 1997-06-17 Nikon Corporation Exposure apparatus and exposure method for minimizing defocusing of the transferred pattern
KR100387763B1 (en) * 2000-03-24 2003-06-18 아남반도체 주식회사 Enhanced exposer and method for leveling wafer in the exposer
JP2017537319A (en) * 2014-11-27 2017-12-14 シャンハイ マイクロ エレクトロニクス イクイプメント(グループ)カンパニー リミティド Amplitude monitor system, focusing leveling device, and defocus amount detection method

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JP2017537319A (en) * 2014-11-27 2017-12-14 シャンハイ マイクロ エレクトロニクス イクイプメント(グループ)カンパニー リミティド Amplitude monitor system, focusing leveling device, and defocus amount detection method

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