JPH05243121A - Surface position setting device - Google Patents

Surface position setting device

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JPH05243121A
JPH05243121A JP4044723A JP4472392A JPH05243121A JP H05243121 A JPH05243121 A JP H05243121A JP 4044723 A JP4044723 A JP 4044723A JP 4472392 A JP4472392 A JP 4472392A JP H05243121 A JPH05243121 A JP H05243121A
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signal
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sensitivity
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Shinji Wakamoto
信二 若本
Yuji Imai
裕二 今井
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • G03F9/7026Focusing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To maintain a fixed range of allowable deviation at all times even when the sensitivity of detection is changed by a method wherein the sensitivity such as the changing rate inclination and the like of the level of deviation signal against the actual amount of positional deviation is computed, and a correction operation is conducted in accordance with the changing rate or the inclination based on the tolerance value on the changing level of the deviation signal. CONSTITUTION:A processor 118 outputs an instruction to a drive control roller 116 to change a tilt angle of a plane parallel 12 by a very small amount within the prescribed range. When the plane parallel 12 is tilted at a very small specific amount the measured value (value corresponding to the angular position of plane parallel 12 is read in and stored in a memory 108. The level of detection signal FS is converted into a digital value every time of inversion timing, and it is stored in the memory successively. Then, the sensitivity at the zero point of the detection signal is computed by the method of least squares, and an arithmetic operation for correction is conducted by comparing the measured sensitivity with the standard sensitivity.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子、又は液晶表
示素子等を製造する過程で扱われるマスク、レチクル、
ウェハ、ガラスプレート等の基板の表面を所定の基準面
に対して位置設定する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mask, a reticle, a mask used in the process of manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device or the like.
The present invention relates to a device for positioning the surface of a substrate such as a wafer or a glass plate with respect to a predetermined reference plane.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のこの種の面位置設定装置は、プロ
キシミティ・ギャップ設定、フォーカス合わせ、レベリ
ング合わせ等で広く使われており、多くの場合、マスク
やレチクル上のパターンを感光基板としてのウェハやプ
レート上の所定領域に転写する装置、いわゆる露光装置
に組み込まれている。面位置を設定するためには、合わ
せようとする対象基板の全面、又は所定の局所部分の高
さ位置を高精度に計測する必要がある。図1は、基板上
の局所部分の高さ位置を、基準となる仮想的な面(基準
面)に対する偏差量として検出する斜入射光式の面位置
設定装置の従来構成を示す。この構成は、一例として特
開昭58−113706号公報に開示されたものと同等
であり、図1ではウェハWの面位置を設定するものとす
る。図1において投影光学系1はレチクルのパターンを
ウェハW上に結像投影する。レチクルのパターン像は光
軸AXと垂直な最良結像面(ベストフォーカス面)内に
最もコントラストが高い状態で形成される。
2. Description of the Related Art Conventional surface position setting devices of this type are widely used for proximity / gap setting, focus adjustment, leveling adjustment, etc. In many cases, a pattern on a mask or reticle is used as a photosensitive substrate. It is incorporated in a so-called exposure apparatus, which is an apparatus for transferring to a predetermined area on a wafer or plate. In order to set the surface position, it is necessary to measure the height position of the entire surface of the target substrate to be aligned or a predetermined local portion with high accuracy. FIG. 1 shows a conventional configuration of an oblique incident light type surface position setting device that detects a height position of a local portion on a substrate as a deviation amount from a virtual surface (reference surface) serving as a reference. This configuration is equivalent to that disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-113706, for example, and the surface position of the wafer W is set in FIG. In FIG. 1, a projection optical system 1 image-projects a reticle pattern onto a wafer W. The pattern image of the reticle is formed with the highest contrast in the best image plane (best focus plane) perpendicular to the optical axis AX.

【0003】Zステージ20はウェハWを載置してXY
ステージ21上で光軸AX方向(Z方向)に微動して、
ウェハW上の特定のショット領域の表面をベストフォー
カス面と合致させる。さて、ウェハWの表面の高さ位
置、すなわちベストフォーカス面に対するショット領域
表面のZ方向の偏差量を検出するために、斜入射光式の
オートフォーカス検出系としての投光器LSU、投光用
の結像レンズ系L1 、受光用の結像レンズ系L2 、及び
受光器RVUが設けられる。
A Z stage 20 mounts a wafer W on the XY
Finely move on the stage 21 in the optical axis AX direction (Z direction),
The surface of a specific shot area on the wafer W is matched with the best focus surface. Now, in order to detect the height position of the surface of the wafer W, that is, the deviation amount of the surface of the shot area in the Z direction from the best focus surface, a projector LSU as an oblique-incidence light type auto-focus detection system and a connection for projection. An image lens system L 1 , an image forming lens system L 2 for receiving light, and a light receiver RVU are provided.

【0004】投光器LSUはレンズ系L1 を介してウェ
ハWの表面に斜め方向から結像光束を投射し、受光器R
VUはウェハWでの正反射光束をレンズ系L2 を介して
受光する。そして受光器RVUは反射光束の受光位置に
応じて変化する光電信号をフォーカス誤差検出回路FD
に出力する。通常、投光器LSUからの結像光束は投影
光学系PLの光軸AXの位置近傍に投射され、正反射光
束が受光器RVU内の検出中心点に合致するように受光
されたとき、ウェハWの表面(厳密には投光器LSUか
らの光束が投射されている部分表面)がベストフォーカ
ス面に一致するように設定されている。
The light projector LSU projects an image-forming light beam from the oblique direction onto the surface of the wafer W through the lens system L 1 , and the light receiver RSU.
The VU receives the specularly reflected light beam from the wafer W via the lens system L 2 . Then, the light receiver RVU outputs a photoelectric signal that changes according to the light receiving position of the reflected light beam to the focus error detection circuit FD.
Output to. Normally, the imaging light flux from the light projector LSU is projected in the vicinity of the position of the optical axis AX of the projection optical system PL, and when the regular reflection light flux is received so as to match the detection center point in the light receiver RVU, the wafer W The surface (strictly speaking, the partial surface on which the light flux from the projector LSU is projected) is set so as to match the best focus surface.

【0005】誤差検出回路FDは受光器RVUからの信
号に基づいて、ベストフォーカス面に対するウェハ表面
のZ方向の位置偏差量に比例したレベルの偏差信号を算
出して、Zステージ20の駆動部(以下、Z−DRVと
する)18へ送出する。Z−DRV18は偏差信号のレ
ベルが予め定められた目標値(零、又は一定値)になる
ようにZステージ20をサーボ制御する。この際、Z−
DRV18内には偏差信号のレベルが目標値に対してど
れぐらいの差をもっているかを検出して、その差が許容
範囲内に入ったか否かを判定する回路も設けられてい
る。これは、目標値に対してわずかな幅で許容範囲を設
定することでサーボ制御の安定化と高速化とをはかるた
めである。
The error detection circuit FD calculates a deviation signal of a level proportional to the amount of positional deviation in the Z direction of the wafer surface with respect to the best focus surface, based on the signal from the light receiver RVU, and drives the Z stage 20 ( Hereinafter, it will be referred to as Z-DRV) 18. The Z-DRV 18 servo-controls the Z stage 20 so that the level of the deviation signal becomes a predetermined target value (zero or a constant value). At this time, Z-
The DRV 18 is also provided with a circuit that detects how much the difference signal level differs from the target value and determines whether the difference is within the allowable range. This is because the servo control is stabilized and the speed is increased by setting the allowable range with a slight width with respect to the target value.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図1に示した装置にお
いては、フォーカス誤差検出回路FDが出力する偏差信
号のレベル変化は、ベストフォーカス面の近傍範囲では
ウェハWの表面のZ方向の位置変化に比例したものとな
っている。その比例定数は、図1の斜入射光式の検出系
による面位置の検出感度に相当し、ウェハのZ方向の位
置偏差量をΔZ(μm)としたときの偏差信号上でのレ
ベル変化量を電圧でΔVとすると、検出感度(傾き)は
ΔV/ΔZで定義される。
In the apparatus shown in FIG. 1, the level change of the deviation signal output from the focus error detection circuit FD is caused by the position change of the surface of the wafer W in the Z direction in the vicinity of the best focus surface. It is proportional to. The proportional constant corresponds to the surface position detection sensitivity of the oblique incident light type detection system in FIG. 1, and the level change amount on the deviation signal when the position deviation amount of the wafer in the Z direction is ΔZ (μm). Is the voltage ΔV, the detection sensitivity (slope) is defined by ΔV / ΔZ.

【0007】このΔV/ΔZの数値が大きければ検出感
度が高くなり、Zステージ20のサーボ制御時の応答性
が高まる反面、サーボ系の安定性に問題が生ずることも
ある。逆に検出感度が低くなるとサーボ系の追い込み精
度が低くなるといった問題が生じる。この種のサーボ系
では応答性、安定性、追い込み精度のいずれもが最も良
好になるように設定されているが、複数台の露光装置内
の面位置検出系間でみると、検出感度そのものは必ずし
も揃っているとは限らない。すなわち号機差が生じてい
ることが多い。このためサーボ制御時の目標値に対する
許容範囲を、偏差信号のレベル上で同一に設定したとし
ても、検出感度(傾き、変化率)のちがいによって、Z
方向の実際の位置偏差上での許容幅は号機毎に異なるこ
とになる。このためある露光装置でフォーカス合わせを
行なって露光した結果がよくても、そのときのフォーカ
ス合わせのパラメータ設定の条件がそのまま別の露光装
置では再現しないことが起るといった問題点が生じた。
If the value of ΔV / ΔZ is large, the detection sensitivity is high, and the responsiveness at the time of servo control of the Z stage 20 is enhanced, but the stability of the servo system may be problematic. On the other hand, if the detection sensitivity becomes low, there is a problem that the precision of the servo system becomes low. In this type of servo system, the response, stability, and drive-in accuracy are all set to be the best, but when you look at the surface position detection systems in multiple exposure devices, the detection sensitivity itself is Not all of them are always available. That is, there are many machine differences. Therefore, even if the permissible range with respect to the target value during servo control is set to be the same on the level of the deviation signal, due to the difference in detection sensitivity (inclination, change rate), Z
The allowable width on the actual position deviation of the direction will differ for each machine. Therefore, there is a problem in that even if the result of performing exposure by performing focusing with one exposure apparatus is good, the condition of the parameter setting for focusing at that time may not be reproduced as it is with another exposure apparatus.

【0008】これは、多数の露光装置を用いた製造ライ
ンにおいてはデバイス製造時の精度管理上で極めて重大
な問題となる。また近年、ウェハW上の1つのショット
領域(投影光学系PLによって1回で露光される領域)
内の多数点のZ方向の位置ずれを同時に検出する多点オ
ートフォーカス系(以下、多点AF系とする)も考えら
れている。この場合、ショット領域内に設定される多数
の測定点毎に、フォーカス誤差検出回路によって偏差信
号を出力させることになるので、各測定点毎の検出感度
(ΔV/ΔZ)が揃っていないと、測定点毎にサーボ系
で制御するときの許容位置偏差範囲が異なることにな
り、多点AF系を使用した利点が半減するといった同様
の問題が生じる。
This is a very serious problem in accuracy control during device manufacturing in a manufacturing line using a large number of exposure apparatuses. Further, in recent years, one shot area on the wafer W (area exposed at one time by the projection optical system PL)
A multipoint autofocus system (hereinafter referred to as a multipoint AF system) that simultaneously detects positional deviations of a large number of points in the Z direction is also considered. In this case, since the deviation signal is output by the focus error detection circuit for each of a large number of measurement points set in the shot area, if the detection sensitivity (ΔV / ΔZ) at each measurement point is not uniform, The allowable position deviation range when controlled by the servo system is different for each measurement point, which causes the same problem that the advantage of using the multipoint AF system is reduced by half.

【0009】そこで本発明は、面位置を検出する系の検
出感度(傾き、変化率)が異なる場合、あるいは経時的
に検出感度が変化した場合でも、常に一定の許容偏差範
囲を維持することのできる面位置設定装置を提供するこ
とを目的とする。
Therefore, the present invention can maintain a constant allowable deviation range even when the detection sensitivity (inclination, rate of change) of the system for detecting the surface position is different or when the detection sensitivity changes over time. An object of the present invention is to provide a surface position setting device that can be used.

【0010】[0010]

【課題を解決する為の手段】そこで本発明においては、
斜入射光式の面位置検出系、又は複数の測定点の高さ位
置の検出系で得られる偏差信号の感度、すなわち実際の
位置偏差量に対する偏差信号のレベルの変化率、傾き等
の感度を算出する手段と、偏差信号のレベル変化上での
許容値を算出された変化率、又は傾きに応じて補正する
手段とを設けるようにした。
Therefore, in the present invention,
The sensitivity of the deviation signal obtained by the oblique incident light type surface position detection system or the detection system of the height position of multiple measurement points, that is, the rate of change of the deviation signal level with respect to the actual position deviation amount, the sensitivity such as inclination A means for calculating and a means for correcting the permissible value on the level change of the deviation signal according to the calculated change rate or inclination are provided.

【0011】さらに多点AF系においては、上述の算出
手段と補正手段との機能を、多点の各測定点毎に適用さ
せるようにした。
Further, in the multipoint AF system, the functions of the above-mentioned calculation means and correction means are applied to each of the multipoint measurement points.

【0012】[0012]

【作用】本発明では、面の位置偏差を表わす偏差信号の
レベル変化特性を検出し、そのレベル変化上の傾き(変
化率)を演算により求めるようにしたので、経時的な変
動があったとしても常に正確な傾き(変化率)が求ま
る。そして傾きに応じて変化してしまう位置偏差許容範
囲を一定にするために、偏差信号のレベル変化特性上で
の許容範囲を補正するようにしたので、号機差によらず
どの露光装置でも同等のフォーカス追い込み精度に統一
することが可能になる。また多点AF系においては、各
測定点毎の位置偏差許容範囲を一様に揃えることができ
るので、各測定点に対して個別に設定されるフォーカス
オフセットを加味したフォーカス合わせ、例えば像面傾
斜、像面湾曲を考慮した最適なフーォカス合わせ、ある
いはレベリング合わせが可能となる。
In the present invention, since the level change characteristic of the deviation signal representing the position deviation of the surface is detected and the slope (rate of change) on the level change is calculated, it is considered that there is a change over time. The accurate slope (rate of change) is always obtained. Then, in order to make the position deviation allowable range that changes according to the inclination constant, the allowable range on the level change characteristic of the deviation signal is corrected, so that it is the same for any exposure apparatus regardless of the machine number difference. It becomes possible to unify the focus tracking accuracy. Further, in the multi-point AF system, the positional deviation allowable range for each measurement point can be made uniform, so that focus adjustment in consideration of a focus offset set individually for each measurement point, for example, image plane tilt It is possible to perform optimum focus adjustment or leveling adjustment in consideration of field curvature.

【0013】[0013]

【実施例】次に本発明の実施例による面位置設定装置の
構成について説明するが、以下の実施例では図1に示し
た従来技術からの対比を容易にするために、斜入射光式
の焦点検出系を例とする。以下、図2を参照して斜入射
光式のAF系について説明するが、ここでは多点AFを
採用するものとする。多点AFとは投影レンズPLの投
影視野内の複数ケ所に、ウェハWの光軸方向の位置ずれ
(いわゆる焦点ずれ)を計測する測定点を設けたもので
ある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of a surface position setting device according to an embodiment of the present invention will now be described. In the following embodiment, in order to facilitate comparison with the prior art shown in FIG. Take a focus detection system as an example. Hereinafter, an oblique incident light type AF system will be described with reference to FIG. 2, but here, multipoint AF is adopted. The multipoint AF is one in which measurement points for measuring the positional deviation of the wafer W in the optical axis direction (so-called focal point deviation) are provided at a plurality of positions within the projection visual field of the projection lens PL.

【0014】図2において、ウェハWのレジストに対し
て非感光性の照明光ILはスリット板1を照明する。そ
してスリット板1のスリットを通った光は、レンズ系
2、ミラー3、絞り4、投光用対物レンズ6、及びミラ
ー6を介してウェハWを斜めに照射する。このとき、ウ
ェハWの表面が最良結像面Foにあると、スリット板1
のスリットの像がレンズ系2、対物レンズ5によってウ
ェハWの表面に結像される。また対物レンズ5の光軸と
ウェハ表面との角度は5〜12度位に設定され、スリッ
ト板1のスリット像の中心は、投影レンズPLの光軸A
XがウェハWと交差する点に位置する。
In FIG. 2, illumination light IL, which is non-photosensitive to the resist on the wafer W, illuminates the slit plate 1. The light passing through the slit of the slit plate 1 obliquely irradiates the wafer W via the lens system 2, the mirror 3, the diaphragm 4, the projection objective lens 6, and the mirror 6. At this time, if the surface of the wafer W is on the best imaging plane Fo, the slit plate 1
The image of the slit is formed on the surface of the wafer W by the lens system 2 and the objective lens 5. The angle between the optical axis of the objective lens 5 and the wafer surface is set to about 5 to 12 degrees, and the center of the slit image of the slit plate 1 is the optical axis A of the projection lens PL.
X is located at the intersection with the wafer W.

【0015】さてウェハWで反射したスリット像光束
は、ミラー7、受光用対物レンズ8、レンズ系9、振動
ミラー10、及び傾斜可能な平行平面板(プレーンパラ
レル)12を介して受光用スリット板14上に再結像さ
れる。振動ミラー10は受光用スリット板14にできる
スリット像を、その長手方向と直交する方向に微小振動
させるものであり、プレーンパラレル12はスリット板
14上のスリットと、ウェハWからの反射スリット像の
振動中心との相対関係を、スリット長手方向と直交する
方向にシフトさせるものである。そして振動ミラー10
は、発振器(OSC.)16からの駆動信号でドライブ
されるミラー駆動部(M−DRV)11により振動され
る。
The slit image light flux reflected by the wafer W passes through the mirror 7, the light receiving objective lens 8, the lens system 9, the vibrating mirror 10, and the inclinable parallel plane plate (plane parallel) 12, and the light receiving slit plate. It is re-imaged on 14. The vibrating mirror 10 microvibrates a slit image formed on the light-receiving slit plate 14 in a direction orthogonal to its longitudinal direction, and the plane parallel 12 forms a slit on the slit plate 14 and a reflected slit image from the wafer W. The relative relationship with the vibration center is shifted in the direction orthogonal to the slit longitudinal direction. And vibrating mirror 10
Is oscillated by a mirror drive unit (M-DRV) 11 driven by a drive signal from an oscillator (OSC.) 16.

【0016】こうして、スリット像が受光用スリット板
14上で振動すると、スリット板14のスリットを透過
した光束はアレイセンサー15で受光される。このアレ
イセンサー15はスリット板14のスリットの長手方向
を複数の微小領域に分割し、各微小領域毎に個別の光電
セルを配列したものであり、ここではシリコンフォトダ
イオード、又はフォトトランジスタのアレイセンサーを
使うものとする。そしてアレイセンサー15の各受光セ
ルからの信号はセリクター回路13を介してセレクト、
又はグループ化されて、同期検波回路(PSD)17に
入力する。このPSD17にはOSC.16からの駆動
信号と同じ位相の交流信号が入力し、この交流信号の位
相を基準として同期整流が行なわれる。このときPSD
17は、アレイセンサー15の中から選ばれた複数の受
光セルの各出力信号を個別に同期検波するために、複数
の検波回路を備え、その各検波出力信号FSは主制御ユ
ニット(MCU)30に出力される。検波出力信号FS
は、いわゆるSカーブ信号と呼ばれ、受光用スリット板
14のスリット中心とウェハWからの反射スリット像の
振動中心とが一致したときに零レベルとなり、ウェハW
がその状態から上方に変位しているときは正のレベル、
ウェハWが下方に変位しているときは負のレベルにな
る。したがって出力信号FSが零レベルになるウェハW
の高さ位置が合焦点として検出される。ただし、このよ
うな斜入射光方式では合焦点(出力信号FSが零レベ
ル)となったウェハWの高さ位置が、いつでも最良結像
面Foと必ず一致しているという保証はない。すなわち
斜入射光方式では、その系自体で決まる仮想的な基準面
を有し、その基準面にウェハ表面が一致したときにPS
D出力信号FSが零レベルになるのであって、基準面と
最良結像面Foとは装置製造時等に極力一致するように
設定されてはいるが、長期間に渡って一致しているとい
う保証はない。そこで図2中のプレーンパラレル12を
傾けることによって仮想的な基準面を光軸AX方向に変
位させると、基準面と最良結像面Foとの一致(又は位
置関係の規定)をはかることができる。
When the slit image vibrates on the light-receiving slit plate 14 in this manner, the light flux transmitted through the slit of the slit plate 14 is received by the array sensor 15. This array sensor 15 is one in which the longitudinal direction of the slit of the slit plate 14 is divided into a plurality of minute regions, and individual photoelectric cells are arranged in each minute region. Here, an array sensor of a silicon photodiode or a phototransistor is used. Shall be used. Then, the signals from the respective light receiving cells of the array sensor 15 are selected via the selector circuit 13,
Alternatively, they are grouped and input to the synchronous detection circuit (PSD) 17. This PSD 17 has an OSC. An AC signal having the same phase as the drive signal from 16 is input, and synchronous rectification is performed based on the phase of this AC signal. At this time PSD
Reference numeral 17 includes a plurality of detection circuits for individually synchronously detecting respective output signals of a plurality of light receiving cells selected from the array sensor 15, and the respective detection output signals FS are provided to the main control unit (MCU) 30. Is output to. Detection output signal FS
Is a so-called S-curve signal, and becomes zero level when the slit center of the light-receiving slit plate 14 and the vibration center of the reflection slit image from the wafer W coincide with each other.
Is a positive level when is displaced upwards from that state,
It is at a negative level when the wafer W is displaced downward. Therefore, the wafer W whose output signal FS becomes zero level
The height position of is detected as the focal point. However, in such an oblique incident light system, there is no guarantee that the height position of the wafer W at the in-focus point (the output signal FS is zero level) always matches the best image plane Fo. That is, in the oblique incident light system, the system has a virtual reference plane determined by the system itself, and when the wafer surface coincides with the reference plane, PS
Since the D output signal FS becomes zero level, the reference surface and the best image forming surface Fo are set so as to coincide with each other as much as possible at the time of manufacturing the device, but they coincide with each other for a long period of time. There is no guarantee. Therefore, if the virtual reference plane is displaced in the optical axis AX direction by inclining the plane parallel 12 in FIG. 2, the reference plane and the best imaging plane Fo can be matched (or the positional relationship can be defined). ..

【0017】また図2においてMCU30は光電センサ
ー45からの出力信号KSを入力して、斜入射光式の多
点AF系をキャリブレーションする機能、プレーンパラ
レル12の傾きを設定する機能、多点AF系の各出力信
号FSに基づいて、Zステージ20の駆動用モータ19
をドライブする回路(Z−DRV)18へ指令信号DS
を出力する機能、及びXYステージ21を駆動する駆動
部(モータとその制御回路とを含む)22へ指令を出力
する機能等を備えている。
In FIG. 2, the MCU 30 inputs the output signal KS from the photoelectric sensor 45 to calibrate the oblique incident light type multipoint AF system, the function to set the inclination of the plane parallel 12, and the multipoint AF. Based on each output signal FS of the system, the motor 19 for driving the Z stage 20
Signal DS to the circuit (Z-DRV) 18 that drives the
And a function of outputting a command to a drive unit (including a motor and its control circuit) 22 that drives the XY stage 21.

【0018】図3は投影レンズPLの投影視野Ifと、
AF系の投光スリット像STとの位置関係をウェハ面上
でみた図である。投影視野Ifは一般に円形であり、レ
チクルRのパターン領域PAはその円内に包含される矩
形をしている。スリット像STはXYステージ21の移
動座標軸X、Yの夫々に対して45°程度だけ傾けてウ
ェハ上に形成される。従って投光用対物レンズ5と受光
用対物レンズ8の両光軸AFxはウェハ面ではスリット
像STと直交した方向に延びている。さらにスリット像
STの中心は光軸AXとほぼ一致するように定められ
る。このような構成で、スリット像STはパターン領域
PAの投影領域内で出来るだけ長く延びるように設定さ
れる。一般にパターン領域PAが投影されるウェハ表面
上には、それと重ね合わせされるショット領域がすでに
形成されている。ショット領域内には、デバイス製造の
プロセスをへるたびに凹凸部分の変化が増大し、スリッ
ト像STの長手方向においても、大きな凹凸変化が存在
し得る。特に1つのショット領域内に複数のチップを配
置する場合、各チップを分離するためのスクライブライ
ンがショット領域内にX方向、又はY方向に延びて形成
されることになり、スクライブライン上の点とチップ上
の点とでは極端な場合、2μm以上の段差が生じること
もある。スリット像ST内のどの部分にスクライブライ
ンが位置するかは、設計上のショット配置やショット内
チップサイズ等によって予めわかるので、スリット像S
Tの長手方向のどの部分からの反射光をアレイセンサー
15上で選択すればよいかも自ずとわかる。
FIG. 3 shows the projection field If of the projection lens PL,
It is the figure which looked at the positional relationship with the projection slit image ST of AF system on the wafer surface. The projection visual field If is generally circular, and the pattern area PA of the reticle R is rectangular included in the circle. The slit image ST is formed on the wafer with an inclination of about 45 ° with respect to each of the moving coordinate axes X and Y of the XY stage 21. Therefore, both optical axes AFx of the light projecting objective lens 5 and the light receiving objective lens 8 extend in the direction orthogonal to the slit image ST on the wafer surface. Further, the center of the slit image ST is set so as to substantially coincide with the optical axis AX. With such a configuration, the slit image ST is set to extend as long as possible within the projection area of the pattern area PA. Generally, on the surface of the wafer onto which the pattern area PA is projected, a shot area to be superposed thereon is already formed. Within the shot region, the variation of the uneven portion increases every time the device manufacturing process progresses, and a large uneven change may exist in the longitudinal direction of the slit image ST. Particularly when a plurality of chips are arranged in one shot area, a scribe line for separating each chip is formed in the shot area so as to extend in the X direction or the Y direction. In the extreme case, a step difference of 2 μm or more may occur between the point on the chip and the point on the chip. Since which part in the slit image ST the scribe line is located in is known in advance from the designed shot arrangement, the chip size in the shot, etc., the slit image S
It is naturally understood from which part of the longitudinal direction of T the reflected light should be selected on the array sensor 15.

【0019】図4は受光用スリット板14とアレイセン
サー15との具体的な構成の一例を示し、スリット板1
4はガラス基板上にクロム層(遮光)を全面に蒸着し、
その一部にエッチングにより透明スリットを形成したも
のである。このスリット板14は保持金物14Aに固定
され、この金物14Aはアレイセンサー15を保持する
セラミックス等のプリント基板15Aに固定される。こ
れによって、スリット板14のスリットはアレイセンサ
ー15の一次元の受光セルの配列と平行になって密着さ
れる。このようにスリット板14とアレイセンサー15
とは極力密着又は近接させた方がよいが、スリット板1
4とアレイセンサー15との間に結像レンズ系を設け、
スリット板14とアレイセンサー15とを光学的に共役
にしてもよい。尚、先の図3で示したスリット像STの
ウェハ上での長さは、投影視野Ifの直径によっても異
なるが、1/5縮小投影レンズで視野Ifの直径が32
mm前後である場合、その直径に対して1倍〜1/3倍程
度にするのが望ましい。
FIG. 4 shows an example of a specific configuration of the light-receiving slit plate 14 and the array sensor 15.
4 is a chrome layer (light shielding) deposited on the entire surface of the glass substrate,
A transparent slit is formed in a part of it by etching. The slit plate 14 is fixed to a holding metal piece 14A, and the metal piece 14A is fixed to a printed circuit board 15A such as ceramics holding the array sensor 15. As a result, the slits of the slit plate 14 are in parallel with the one-dimensional array of light receiving cells of the array sensor 15 and are in close contact therewith. Thus, the slit plate 14 and the array sensor 15
It is better to contact with or as close as possible to the slit plate 1
An imaging lens system is provided between 4 and the array sensor 15,
The slit plate 14 and the array sensor 15 may be optically conjugated. Although the length of the slit image ST on the wafer shown in FIG. 3 varies depending on the diameter of the projection visual field If, the diameter of the visual field If is 32 with the 1/5 reduction projection lens.
When it is around mm, it is desirable to make it about 1 to 1/3 times the diameter.

【0020】次に本発明の第1の実施例による装置構成
を図5の回路ブロックを参照して説明するが、図5は多
点AF系の1つの測定点に対応したアレイセンサー15
上の1つの受光セルからの光電信号を処理する場合を代
表的に示したものである。従って図5の回路中では図2
に示したセレクター13を省略してある。さて、アレイ
センサー15上の1つの受光セル15nからの光電信号
(交流)はI−V変換アンプ100で電圧に変換された
後、PSD102(図2のPSD17内の1つの回路)
に入力し、OSC16からの基準周波数(振動周波数)
の信号によって同期検波される。PSD102の出力信
号には基準周波数成分が含まれているので、次のローパ
スフィルター(LPF)104で基準周波数成分をカッ
トして平滑化することによって、検波信号(Sカーブ信
号)FSを得る。検波出力信号FSのレベルはアナログ
−デジタル変換器(ADC)106によってデジタル値
に変換され、メモリ(RAM)108に記憶される。A
DC106の変換タイミングとメモリ108に対するア
ドレス作成はカウンタ回路110によって行なわれる。
カウンタ回路110は、図2中のプレーンパラレル12
の傾きを制御するためのモータ112に結合されたエン
コーダ114からのアップダウンパルスを計数するもの
である。そしてモータ112は、カウンタ回路110の
計数値を読み込むドライブコントローラ116によって
駆動制御される。モータ112の駆動量、すなわちプレ
ーンパラレル12を現在位置(カウンタ回路の計数値)
からどのぐらい変化させるかの情報は、プロセッサー1
18から与えられる。このプロセッサー118は、メモ
リ108に記憶された検波信号FSのレベル変化特性
(Sカーブ波形)を読み込んで、傾きを演算したり、許
容範囲を設定したりする。さらにプロセッサー118
は、デジタル−アナログ変換器(DAC)120へ検波
信号FSに加えるべきオフセット電圧のデジタル値を出
力する機能と、検波信号FSを加算器122へ印加する
ためのスイッチSWを開閉する機能とを備えている。そ
の加算器122はDAC120からのオフセット電圧と
検波信号FSとを加算した電圧を、Z−DRV18への
信号DSとして出力する。尚、DAC120と加算器1
22との間のスイッチSW2 は、検波信号FSそのもの
にはオフセットを加えずに、Zステージ20のZ−DR
V18内の追い込み目標値の方にオフセットを加える場
合に、図示の状態から切り換えられる。
Next, the device configuration according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the circuit block of FIG. 5. FIG. 5 shows an array sensor 15 corresponding to one measurement point of a multipoint AF system.
The case where a photoelectric signal from the above one light receiving cell is processed is shown as a representative. Therefore, in the circuit of FIG.
The selector 13 shown in is omitted. Now, the photoelectric signal (AC) from one light receiving cell 15n on the array sensor 15 is converted into a voltage by the IV conversion amplifier 100, and then the PSD 102 (one circuit in the PSD 17 of FIG. 2).
Input to and the reference frequency (vibration frequency) from OSC16
The signal is synchronously detected. Since the output signal of the PSD 102 includes the reference frequency component, the detection signal (S curve signal) FS is obtained by cutting and smoothing the reference frequency component by the next low pass filter (LPF) 104. The level of the detection output signal FS is converted into a digital value by the analog-digital converter (ADC) 106 and stored in the memory (RAM) 108. A
The counter circuit 110 performs the conversion timing of the DC 106 and the address creation for the memory 108.
The counter circuit 110 is the plane parallel 12 in FIG.
Is to count up / down pulses from an encoder 114 coupled to a motor 112 for controlling the slope of the. The motor 112 is drive-controlled by a drive controller 116 that reads the count value of the counter circuit 110. The drive amount of the motor 112, that is, the current position of the plane parallel 12 (count value of the counter circuit)
Information on how much to change from processor 1
Given by 18. The processor 118 reads the level change characteristic (S curve waveform) of the detection signal FS stored in the memory 108, calculates the slope, and sets the allowable range. Further processor 118
Has a function of outputting a digital value of an offset voltage to be added to the detection signal FS to the digital-analog converter (DAC) 120, and a function of opening / closing a switch SW for applying the detection signal FS to the adder 122. ing. The adder 122 outputs a voltage obtained by adding the offset voltage from the DAC 120 and the detection signal FS as a signal DS to the Z-DRV 18. The DAC 120 and the adder 1
The switch SW 2 between the Z stage 20 and the switch 22 does not add an offset to the detection signal FS itself,
When an offset is added to the drive-in target value within V18, the state shown in the drawing is switched.

【0021】さて、Z−DRV18内には概略的に差動
アンプ124、モータ19の駆動用のパワーアンプ12
6等が組み込まれ、加算器122からの信号DSは差動
アンプ124によって目標値TSとの間で差が演算され
る。差動アンプ124の出力はスイッチSW4 を介して
パワーアンプ126へ送られ、モータ19の駆動が行な
われる。スイッチSW4 が図示の状態から切り換えられ
ると、パワーアンプ126の出力は零になり、Zステー
ジ20のZ移動は停止する。また目標値TSは図示の状
態ではスイッチSW3 を介して零レベルになっているの
で、検波信号FSにオフセットが加わっていない状態で
は、検波信号FSがゼロレベル(Sカーブの零点)にな
るようにモータ19が駆動されることになる。スイッチ
SW2 とSW3 がともに図示の状態から切り換えられて
いるときは、DAC120からのオフセット電圧が目標
値TSとなるので、検波信号FSのレベルが目標値TS
のオフセット電圧と一致するようにモータ19が駆動さ
れる。
Now, in the Z-DRV 18, a differential amplifier 124 and a power amplifier 12 for driving the motor 19 are schematically provided.
6 and the like are incorporated, and the difference between the signal DS from the adder 122 and the target value TS is calculated by the differential amplifier 124. The output of the differential amplifier 124 is sent to the power amplifier 126 via the switch SW 4 , and the motor 19 is driven. When the switch SW 4 is switched from the illustrated state, the output of the power amplifier 126 becomes zero, and the Z movement of the Z stage 20 is stopped. Further, since the target value TS is at the zero level via the switch SW 3 in the illustrated state, the detection signal FS is at the zero level (zero point of the S curve) in a state where no offset is added to the detection signal FS. Then, the motor 19 is driven. When both the switches SW 2 and SW 3 are switched from the illustrated state, the offset voltage from the DAC 120 becomes the target value TS, so the level of the detection signal FS becomes the target value TS.
The motor 19 is driven so as to match the offset voltage of.

【0022】ところでスイッチSW4 は、信号DSのレ
ベルが目標値TSに対して所定の許容範囲±ΔV内に入
ったときは開かれるもので、許容範囲外のときはいつで
も閉じているように作動する。このような動作のため
に、ウィンド・コンパレータ130とDAC128とを
設ける。DAC128はプロセッサー118から許容範
囲の値ΔVに応じたデジタル値を入力し、その値をアナ
ログ電圧に変換してウィンド・コンパレータ130へ送
る。ウィンド・コンパレータ130内には目標値TSに
許容値ΔVを加えた値(TS+ΔV)と、目標値TSか
ら許容値ΔVを引いた値(TS−ΔV)との2つを基準
電圧として発生する回路が設けられ、入力された信号D
Sのレベルが2つの値(TS+ΔV)、(TS−ΔV)
の間にあるときは、スイッチSW4 を図示の状態から切
り換えて開くための信号を発生する。この信号は同時に
プロセッサー118にも送られ、Zステージ20のサー
ボ移動が完了したことを知るために使われる。
By the way, the switch SW 4 is opened when the level of the signal DS is within a predetermined allowable range ± ΔV with respect to the target value TS, and is operated so as to be closed at any time outside the allowable range. To do. The window comparator 130 and the DAC 128 are provided for such operation. The DAC 128 inputs a digital value corresponding to the allowable value ΔV from the processor 118, converts the digital value into an analog voltage, and sends the analog voltage to the window comparator 130. In the window comparator 130, a circuit that generates two values, that is, a value obtained by adding the allowable value ΔV to the target value TS (TS + ΔV) and a value obtained by subtracting the allowable value ΔV from the target value TS (TS−ΔV), as reference voltages. Is provided and the input signal D
The S level has two values (TS + ΔV) and (TS−ΔV)
When the switch SW 4 is in the middle of the period, a signal for switching the switch SW 4 from the illustrated state to open it is generated. This signal is also sent to the processor 118 at the same time, and is used to know that the servo movement of the Z stage 20 is completed.

【0023】次に図2〜図5を参照して本発明の第1実
施例による装置の動作を説明するが、図5の構成からも
明らかなように、この第1実施例は図1に示した従来装
置にも同様に適用できるものである。まず初めに、図2
に示した構成においてZステージ20上のウェハWとは
異なる位置に設けられた基準板FMを焦点検出系(多点
AF系)の光束投射位置に位置決めする。基準板FMは
投影レンズPLの投影視野とほぼ同等以上の大きさをも
ち、その表面が投影レンズPLの光軸AXと極力垂直に
なるように取り付けられている。
Next, the operation of the apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 5. As is apparent from the configuration of FIG. 5, this first embodiment is similar to that of FIG. It can be similarly applied to the conventional device shown. First of all,
In the configuration shown in (1), the reference plate FM provided at a position different from the wafer W on the Z stage 20 is positioned at the light beam projection position of the focus detection system (multipoint AF system). The reference plate FM has a size substantially equal to or larger than the projection visual field of the projection lens PL, and is attached so that its surface is as perpendicular as possible to the optical axis AX of the projection lens PL.

【0024】そして図5中のスイッチSW1 は図示のよ
うに閉じた状態、スイッチSW2 は図示の位置から切り
換えた状態、スイッチSW3 は図示の位置にセットさ
れ、基準板FMを斜入射光式の多点AF系の受光セル1
5nに対応した測定点に対して仮りにフォーカス合わせ
を行なう。基準板FMに対するフォーカス合わせが完了
すると、基準板FMの表面は、受光セル15nによって
規定される測定点をもつ斜入射AF系で決められている
仮想的な基準面と一致したことになる。
The switch SW 1 in FIG. 5 is closed as shown, the switch SW 2 is switched from the position shown in the figure, and the switch SW 3 is set in the position shown in FIG. Type multi-point AF light receiving cell 1
Focusing is temporarily performed on the measurement point corresponding to 5n. When the focusing on the reference plate FM is completed, the surface of the reference plate FM coincides with the virtual reference plane determined by the oblique incidence AF system having the measurement point defined by the light receiving cell 15n.

【0025】その後プロセッサー118はスイッチSW
1 を開き、検波信号FSがZ−DRV18の方へ出力さ
れないようにする。これによって当然、スイッチSW4
も開いたままになるので、Zステージ20のZ方向への
移動が禁止される。次にプロセッサー118はドライブ
コントローラ116へ、プレーンパラレル12を所定の
範囲内で一定の微小量ずつ傾斜角を変えていくような指
令を出力する。ただしプレーンパラレル12の傾斜角の
可変範囲は、基準板FMに対するフォーカス合わせが完
了した時点でのプレーンパラレル12の角度位置を中心
としてその前後に設定する必要がある。
After that, the processor 118 switches the switch SW.
Open 1 to prevent the detection signal FS from being output to the Z-DRV 18. By this, of course, the switch SW 4
Also remains open, the movement of the Z stage 20 in the Z direction is prohibited. Next, the processor 118 outputs a command to the drive controller 116 to change the inclination angle of the plane parallel 12 by a fixed minute amount within a predetermined range. However, the variable range of the tilt angle of the plane parallel 12 needs to be set before and after the angular position of the plane parallel 12 at the time when the focusing on the reference plate FM is completed.

【0026】こうしてドライブコントローラ116によ
ってモータ112が駆動されプレーンパラレル12が一
定の微小量だけ傾斜されると、そのときのカウンタ回路
110の計数値(プレーンパラレル12の角度位置に対
応した値)はメモリ108に読み込まれて記憶される。
さらにカウンタ回路110はADC106へ複数回(m
回とする)の変換タイミングを指令し、ADC106は
各変換タイミングのたびに検波信号FSのレベルをデジ
タル値に変換してメモリ108に順次記憶していく。従
ってカウンタ回路110から得られる1つの角度位置デ
ータに対して、検波信号FSのレベルを一定時間間隔
(μs又はmsのオーダ)でm回デジタルサンプリング
したm個のデータがメモリ108内に記憶される。
In this way, when the motor 112 is driven by the drive controller 116 and the plane parallel 12 is tilted by a fixed minute amount, the count value of the counter circuit 110 at that time (the value corresponding to the angular position of the plane parallel 12) is stored in the memory. It is read and stored in 108.
Further, the counter circuit 110 sends to the ADC 106 a plurality of times (m
The ADC 106 converts the level of the detection signal FS into a digital value and stores it in the memory 108 sequentially at each conversion timing. Therefore, with respect to one angular position data obtained from the counter circuit 110, m pieces of data obtained by digitally sampling the level of the detection signal FS m times at fixed time intervals (on the order of μs or ms) are stored in the memory 108. ..

【0027】以上のことを指定されたプレーンパラレル
12の傾斜駆動範囲内で繰り返し実行していくと、メモ
リ108内には検波信号FSのレベル変化特性(Sカー
ブ波形)のデータが記憶される。これらのデータは、プ
レーンパラレル12の1つの角度位置毎にサンプリング
されたm個の検波信号FSのレベル値データをプロセッ
サー118によって平均化して1つのデータとされた上
でメモリ108内に順次再記憶される。こうして得られ
た検波信号FSのレベル変化特性は一例として図6に示
すようになる。図6において各サンプリングデータをプ
ロットした点を結ぶ破線は信号FSの包絡を示し、縦軸
は検波信号FSのレベルを表わし、横軸はプレーンパラ
レル12の角度位置を表わすが、その角度位置はZステ
ージ20のZ方向の位置とも一義的に対応している。
When the above is repeatedly executed within the designated tilt drive range of the plane parallel 12, the data of the level change characteristic (S curve waveform) of the detection signal FS is stored in the memory 108. These data are averaged by the processor 118 level value data of the m detection signals FS sampled for each angular position of the plane parallel 12 by the processor 118 to be one data, and are sequentially re-stored in the memory 108. To be done. The level change characteristic of the detection signal FS thus obtained is as shown in FIG. 6 as an example. In FIG. 6, a broken line connecting the plotted points of each sampling data represents the envelope of the signal FS, the vertical axis represents the level of the detection signal FS, and the horizontal axis represents the angular position of the plane parallel 12, where the angular position is Z. It also uniquely corresponds to the position of the stage 20 in the Z direction.

【0028】この図6からも明らかなように、Sカーブ
信号はレベルの零点に関して点対称な波形であり、零点
を中心とした直線部分が存在する。この直線部分はAF
系によって検出される検波信号FS(偏差信号)と実際
の位置ずれ量(基準面に対する対象物表面のずれ)とが
ほぼ比列関係(線形関係)を保つ範囲であり、サーボ系
は専らこの範囲を利用する。
As is apparent from FIG. 6, the S-curve signal has a point-symmetrical waveform with respect to the zero point of the level, and has a straight line portion centered on the zero point. This straight line is AF
The detection signal FS (deviation signal) detected by the system and the actual amount of positional deviation (deviation of the object surface with respect to the reference surface) are in a range in which a substantially linear relationship (linear relationship) is maintained, and the servo system is exclusively in this range. To use.

【0029】従ってこの検波信号FSのレベル変化特性
をメモリ108内に取り込む場合は、その線形範囲のみ
に制限しておいてもよい。次にプロセッサー118は図
6の特性から、検波信号FSの零点、もしくはその極近
傍での感度(位置偏差の変化に対する信号レベルの変化
率)ΔAを最小2乗法等を用いて算出する。図6では零
点を接点として検波信号FSの波形上に引いた一次微分
式の直線kの傾きを求めることになる。
Therefore, when the level change characteristic of the detected signal FS is taken into the memory 108, it may be limited to only its linear range. Next, the processor 118 calculates the sensitivity (change rate of the signal level with respect to the change of the position deviation) ΔA at or near the zero point of the detection signal FS from the characteristic of FIG. 6 by using the least square method or the like. In FIG. 6, the slope of the straight line k of the first-order differential equation drawn on the waveform of the detection signal FS with the zero point as the contact point is obtained.

【0030】感度(傾き)ΔAは、検波信号FSを電圧
(V)、位置偏差をμmで表わすとすると、V/μmの
単位をもつ。さて、プロセッサー118内には予め標準
となる感度(又は前回のキャリブレーションで決めた感
度)ΔArの値が記憶されているので、プロセッサー1
18は計測した感度ΔAと標準感度ΔArとを比較す
る。この際、露光装置本体の制御ラック、又はコンソー
ル内に計測シーケンスをモニターするためのキャラクタ
ーディスプレイ装置がある場合は、そのディスプレイ装
置上に標準感度ΔArとともに計測した感度ΔAの値を
表示するとよい。
The sensitivity (gradient) ΔA has a unit of V / μm, where the detected signal FS is represented by voltage (V) and the positional deviation is represented by μm. By the way, since the value of the standard sensitivity (or the sensitivity determined by the previous calibration) ΔAr is stored in the processor 118 in advance, the processor 1
18 compares the measured sensitivity ΔA with the standard sensitivity ΔAr. At this time, if there is a character display device for monitoring the measurement sequence in the control rack of the exposure apparatus main body or the console, the value of the sensitivity ΔA measured together with the standard sensitivity ΔAr may be displayed on the display device.

【0031】ここで標準感度ΔArの意味について図7
を参照して簡単に説明する。図7において縦軸は検波信
号FSのレベルを表わし、横軸はZステージ20(又は
ウェハW、基準板FM)のZ方向の位置偏差を表わし、
零点はベストフォーカス面に一致しているものとする。
図7中で零点を通る直線Krが標準感度ΔArだとする
と、フォーカス合わせ時のZステージ20のサーボ追い
込み範囲、すなわちフォーカスが合っているとみなせる
位置偏差の許容範囲Δαに対応した標準感度ΔAr上で
の許容電圧範囲は±ΔVrに設定される。この許容電圧
範囲±ΔVrは、図5中のDAC128からウィンド・
コンパレータ130へセットされるウィンド幅に相当し
ている。
The meaning of the standard sensitivity ΔAr is shown in FIG.
A brief explanation will be given with reference to. In FIG. 7, the vertical axis represents the level of the detection signal FS, the horizontal axis represents the position deviation of the Z stage 20 (or the wafer W, the reference plate FM) in the Z direction,
It is assumed that the zero point coincides with the best focus plane.
When the straight line Kr passing through the zero point in FIG. 7 is the standard sensitivity ΔAr, the servo drive range of the Z stage 20 at the time of focusing, that is, the standard sensitivity ΔAr corresponding to the allowable range Δα of the position deviation that can be considered to be in focus is obtained. The allowable voltage range is set to ± ΔVr. This allowable voltage range ± ΔVr is calculated from the DAC128 in FIG.
This corresponds to the window width set in the comparator 130.

【0032】このような状態で、実際の検波信号FSの
レベル変化特性がFS1 のように直線部分の傾きが標準
感度ΔArの直線Krの傾きよりも急峻になっていたと
する。この場合、サーボ系に対して設定されている許容
電圧範囲±ΔVrは、Zステージ20の位置偏差上では
許容範囲Δα1 になり、これは標準の範囲Δαに対して
小さくなる。このため、特性FS1 でサーボ系が安定に
動作する場合は、追い込み精度が向上するので、それに
よる不都合は生じない。
In such a state, it is assumed that the actual level change characteristic of the detected signal FS has a steeper slope of the straight line portion than the straight line Kr of the standard sensitivity ΔAr as in FS 1 . In this case, the allowable voltage range ± ΔVr set for the servo system is the allowable range Δα 1 in terms of the position deviation of the Z stage 20, which is smaller than the standard range Δα. For this reason, when the servo system operates stably with the characteristic FS 1 , the follow-up accuracy is improved, so that no inconvenience is caused.

【0033】逆に、特性FS2 のように直線部分の傾き
が標準感度ΔArの傾きよりも小さくなったときは問題
が生じる。すなわち、特性FS2 上での許容電圧範囲±
ΔVrに対する位置偏差上の許容範囲はΔα2 になり、
これは当然のことながらΔα 2 >Δαになってしまい、
追い込み精度があまくなってしまう。このため、オペレ
ータが想定していた許容範囲Δαに対して、ウェハWは
ずれて位置設定されてしまうことがある。つまり、フォ
ーカス合わせを行なうたびに、ウェハWの面位置がΔα
2 のなかでばらつき、Δαを飛び出すことが起る。これ
によってウェハW上のショット領域毎にフォーカス合わ
せをしても、ショット領域毎にフォーカス精度のばらつ
きが大きくなってしまう。フォーカス精度のばらつき
は、ショット領域内に転写されるパターン投影像の忠実
度(像質)のショット毎の再現性をうばうことになる。
On the contrary, the characteristic FS2The slope of the straight line part like
When becomes smaller than the slope of standard sensitivity ΔAr
Occurs. That is, the characteristic FS2Allowable voltage range above ±
The allowable range of position deviation with respect to ΔVr is Δα2become,
This is of course Δα 2> Δα,
The driving accuracy becomes poor. For this reason
Wafer W against the allowable range Δα
The position may be misaligned. That is,
The surface position of the wafer W changes by Δα
2In this case, the variation may occur and Δα may jump out. this
Focus on each shot area on the wafer W by
Even if the focus is set, the focus accuracy varies depending on the shot area.
I get bigger. Focus accuracy variation
Is the fidelity of the projected pattern image transferred in the shot area.
The reproducibility of each shot of the degree (image quality) will be compromised.

【0034】そこでプロセッサー118は計測した感度
ΔAと標準感度ΔArとを比較し、差が生じているとき
は、以下のような補正演算を行なう。まず計測した感度
ΔAに対しても、位置偏差上での許容範囲を標準値と等
しくΔαにするものとすると、次の2つの式の関係が成
り立つ。 2・ΔVr/Δα=ΔAr、2・ΔVx/Δα=ΔA ここでΔVxは求めるべきレベル特性上での許容電圧範
囲である。従って上記2式を解くと、 ΔVx=ΔA・Δα/2=ΔA・ΔVr/ΔAr (式1) の関係が得られる。
Therefore, the processor 118 compares the measured sensitivity ΔA with the standard sensitivity ΔAr, and if there is a difference, performs the following correction calculation. First, for the measured sensitivity ΔA, if the allowable range on the position deviation is set to Δα equal to the standard value, the following two equations hold. 2 · ΔVr / Δα = ΔAr, 2 · ΔVx / Δα = ΔA where ΔVx is the allowable voltage range on the level characteristic to be obtained. Therefore, by solving the above two equations, the relationship of ΔVx = ΔA · Δα / 2 = ΔA · ΔVr / ΔAr (Equation 1) is obtained.

【0035】プロセッサー118は、この式に基づいて
感度ΔAに対応した新たな許容電圧範囲ΔVxを補正演
算して内部に記憶するとともに、DAC128を介して
ウィンド・コンパレータ130にセットすべきウィンド
幅に関する値をΔVxに修正する。尚、この式1から明
らかなように、ΔA>ΔArのときはΔVx>ΔVrに
なり、ΔA<ΔArのときΔVx<ΔVrになる。
The processor 118 corrects and calculates a new allowable voltage range ΔVx corresponding to the sensitivity ΔA based on this equation, stores it internally, and a value relating to the window width to be set in the window comparator 130 via the DAC 128. To ΔVx. As is clear from Equation 1, when ΔA> ΔAr, ΔVx> ΔVr, and when ΔA <ΔAr, ΔVx <ΔVr.

【0036】以上のようにして、AF系の検波信号F
S、すなわちフォーカス偏差信号の感度に応じた許容範
囲のキャリブレーションが終ると、プロセッサー118
はスイッチSW1 を図示の位置に戻して、通常のフォー
カス合わせ動作に復帰する。ところで図5に示した回路
構成では、フォーカス合わせの際のサーボ制御にあたっ
て、2通りの方法が可能である。1つはスイッチSW3
を図示の位置にして目標値TSを零にした場合であり、
もう1つはスイッチSW2 、SW3 を図示の位置から切
り換えて目標値TSをDAC120からのオフセット電
圧にした場合である。
As described above, the AF detection signal F
When the calibration of S, that is, the allowable range according to the sensitivity of the focus deviation signal is completed, the processor 118
Returns the switch SW 1 to the position shown and returns to the normal focusing operation. By the way, in the circuit configuration shown in FIG. 5, two methods are possible for servo control at the time of focusing. One is switch SW 3
Is set to the position shown in the drawing and the target value TS is set to zero,
The other is a case where the switches SW 2 and SW 3 are switched from the positions shown in the figure to set the target value TS to an offset voltage from the DAC 120.

【0037】目標値TSを零にした場合は、検波信号F
Sのレベル変化特性で常にOVになる点である。従って
DAC120、スイッチSW2 を介してオフセット電圧
が検波信号FSに加算されて、例えば図7中の特性FS
1 、又はFS2 が縦軸方向にオフセット分だけ平行シフ
トしている場合でも、平行シフトした状態での特性上で
レベルが零点になる位置がZステージ20の目標位置に
なる。このためオフセットを加える前の特性上で零点に
なるZ方向の位置がベストフォーカス面と一致していた
ものとすると、オフセットを加えることによって、ウェ
ハ表面のフォーカスすべき位置をベストフォーカス面か
ら意図的にずらすことができる。そのずらし量は、オフ
セット電圧と検波信号の感度ΔAとで一義的に決まる。
When the target value TS is set to zero, the detection signal F
This is the point where the level change characteristic of S is always OV. Therefore, the offset voltage is added to the detection signal FS via the DAC 120 and the switch SW 2 , and, for example, the characteristic FS in FIG.
Even if 1 or FS 2 is parallel-shifted by the offset amount in the vertical axis direction, the position where the level becomes zero on the characteristic in the parallel-shifted state is the target position of the Z stage 20. Therefore, assuming that the position in the Z direction, which is the zero point on the characteristic before the offset is added, coincides with the best focus plane, the position to be focused on the wafer surface is intentionally changed from the best focus plane by adding the offset. Can be shifted. The shift amount is uniquely determined by the offset voltage and the sensitivity ΔA of the detection signal.

【0038】このことは目標値TSの方にオフセット電
圧を与える場合でも全く同じであり、異なる点は検波信
号FSのレベルが目標値としてのオフセット電圧と一致
するところでサーボ系が静定する点である。尚、プレー
ンパラレル12を傾斜させると、フォーカスオフセット
を与えることができるが、この場合は電圧を与えるオフ
セットとは異なり、検波信号FSのレベル変化特性を位
置偏差の方向(Z方向)に平行移動させたことになる。
すなわち、図7中の特性FS1 又はFS2 について言え
ば、図7のグラフ中で特性FS1 、又はFS2 を横軸方
向に平行シフトさせたことになる。
This is exactly the same even when the offset voltage is applied to the target value TS, and the difference is that the servo system is settled when the level of the detection signal FS matches the offset voltage as the target value. is there. Note that tilting the plane parallel 12 can give a focus offset, but in this case, unlike the offset giving a voltage, the level change characteristic of the detection signal FS is moved in parallel in the direction of the position deviation (Z direction). It will be.
That is, regarding the characteristic FS 1 or FS 2 in FIG. 7, it means that the characteristic FS 1 or FS 2 is parallel-shifted in the horizontal axis direction in the graph of FIG. 7.

【0039】以上、第1の実施例ではDAC128、ウ
ィンド・コンパレータ130によって許容範囲内に入っ
たらスイッチSW4 を切り換えてサーボ系を停止させる
ようにしたが、このような機能はプロセッサー118内
でソフトウェア的に実行してもよい。その場合は、AD
C106の変換を常時高速に繰り返し行なうようにし、
そのデジタル値をプロセッサー118で逐次読み込み、
それをデジタル的に記憶された許容範囲ΔVr、又はΔ
Vxと比較演算するようにする。またサーボ系の差動ア
ンプ124の機能は、デジタル的に記憶された目標値T
SとADC106からのデジタル値の差を逐次算出する
ソフトウェアに置き換える。そして算出された差をD/
Aコンバータを介してパワーアンプ126に印加するよ
うに構成しておく。
As described above, in the first embodiment, the DAC 128 and the window comparator 130 switch the switch SW 4 to stop the servo system when it is within the allowable range. However, such a function is performed by the software in the processor 118. May be executed as a target. In that case, AD
The conversion of C106 is always repeated at high speed,
The digital value is sequentially read by the processor 118,
Tolerance range ΔVr or Δ stored digitally
A comparison operation is performed with Vx. The function of the servo system differential amplifier 124 is that the target value T stored digitally is
It is replaced with software that sequentially calculates the difference between S and the digital value from the ADC 106. Then, the calculated difference is D /
The power amplifier 126 is configured to be applied via the A converter.

【0040】このようにすると、許容範囲ΔVr、又は
ΔVxに入ったことを検出してサーボ系を停止させると
きは、目標値TSとADC106のデジタル値との差を
算出するソフトウェア上で、その差を強制的に零にして
アンプ126へ出力すればよい。ところで図7に示した
許容電圧範囲±ΔVrは実際の装置上ではかなり小さな
値であり、また許容範囲Δαも極めて小さなものであ
る。一例として16MビットのDRAM製造に使われる
投影露光装置では、投影レンズPLの実効的な焦点深度
が±0.7μm程度しかなく、従って許容範囲Δαも、±
0.3μm前後になる。また斜入射光式のAF系の検波信
号FSの直線部分のレンジは、大きく取れたとしても±
3〜6μm前後である。
In this way, when the servo system is stopped upon detecting that the allowable range ΔVr or ΔVx is entered, the difference is calculated by the software that calculates the difference between the target value TS and the digital value of the ADC 106. Is forcibly set to zero and output to the amplifier 126. By the way, the allowable voltage range ± ΔVr shown in FIG. 7 is a considerably small value in an actual device, and the allowable range Δα is also extremely small. As an example, in a projection exposure apparatus used for manufacturing a 16 Mbit DRAM, the effective depth of focus of the projection lens PL is only about ± 0.7 μm, and therefore the allowable range Δα is ±
It is around 0.3 μm. In addition, the range of the straight line portion of the detection signal FS of the oblique incident light type AF system is ±
It is around 3 to 6 μm.

【0041】次に本発明の第2の実施例について説明す
る。第2の実施例は基本的には第1の実施例と同じであ
るが、第1の実施例の多点AF系の各測定点に対応した
検波信号(Sカーブ信号)の傾きを計測して、各測定点
毎にZ方向の目標値からの位置偏差量の許容範囲を較正
するための構成を付加した点が異なる。従って図2、図
3、図4の構成は第2の実施例でも同じであって、図5
の一部の構成が異なる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is basically the same as the first embodiment, but the inclination of the detection signal (S curve signal) corresponding to each measurement point of the multipoint AF system of the first embodiment is measured. The difference is that a structure for calibrating the allowable range of the position deviation amount from the target value in the Z direction is added to each measurement point. Therefore, the configurations of FIGS. 2, 3 and 4 are the same in the second embodiment as well.
Some of the configurations are different.

【0042】図8は図2に示したアレイセンサー15と
セレクタ回路13との接続関係の一例を模式的に示した
ものである。先の図3、図4にも示したように、アレイ
センサー15は、ウェハW上のスリット像STの長手方
向に一次元に複数個の受光セルを並べたものである。そ
こでアレイセンサー15上の受光セル列を5等分して5
つのグループGa、Gb、Gc、Gd、Geを設定す
る。各グループ中には数個程度の受光セルが含まれる。
本実施例では図8に示すように5つのグループがいずれ
も反射光に応じた光電信号を出力するような構成とし、
各グループからの光電信号は個別に用意された5つの同
期検波回路(PSD)102A、102B、102C、
102D、102Eとローパスフィルターとにそれぞれ
印加され、5つの検波信号FSa、FSb、FSc、F
Sd、FSeを同時に得るものとする。また図8では5
つの測定点毎のAF系の処理回路をCGa、CGb、C
Gc、CGd、CGeとし、いずれも同一構成なので回
路CGaのみを代表的に詳しく図示してある。
FIG. 8 schematically shows an example of the connection relationship between the array sensor 15 and the selector circuit 13 shown in FIG. As shown in FIGS. 3 and 4 described above, the array sensor 15 is one in which a plurality of light receiving cells are arranged one-dimensionally in the longitudinal direction of the slit image ST on the wafer W. Therefore, the light-receiving cell array on the array sensor 15 is divided into 5 equal parts and divided into 5 parts.
Two groups Ga, Gb, Gc, Gd and Ge are set. Each group includes several light receiving cells.
In this embodiment, as shown in FIG. 8, each of the five groups outputs a photoelectric signal according to reflected light,
The photoelectric signals from each group are five individually prepared synchronous detection circuits (PSD) 102A, 102B, 102C,
The five detection signals FSa, FSb, FSc, F applied to the low pass filter 102D and 102E, respectively.
Sd and FSe are obtained at the same time. Also, in FIG.
The AF processing circuit for each measurement point is set to CGa, CGb, C
Gc, CGd, and CGe are the same in configuration, and only the circuit CGa is shown in detail as a representative.

【0043】アレイセンサー15の受光セルのグループ
Ga内には5つの受光セル15A1、15A2 、15A
3 、15A4 、15A5 が含まれ、それらはセレクター
回路13A内の5つのスイッチの夫々と直列に配線さ
れ、さらに互いに並列に接続されてI−V変換アンプ1
00Aの入力に接続される。セレクター回路13A内の
5つのスイッチは、図2に示したMCU30からの指令
で択一的、又は任意の複数個(2〜5)ずつが閉じら
れ、5つの受光セル15A1 〜15A5 のいずれか1つ
からの光電信号、又は任意の複数個(2〜5)の夫々か
らの信号の加算信号がI−V変換される。I−V変換ア
ンプ100Aのフィードバック回路には、5つの受光セ
ルから選らばれる受光セルの数に応じてゲインを補正す
るための5本の抵抗と4つのスイッチとが図示のように
設けられる。4つのスイッチはセレクター回路13Aに
よる受光セルの選択パターンに応じてMCU30からの
指令で適宜切り替えられる。ここではその4つのスイッ
チをゲイン切替器13Bとする。そしてI−V変換アン
プ100Aからの信号はPSD102A、LPF104
Aによって検波され、回路CGaは検波信号FSaを出
力する。以下、他の回路CGb〜CGeも全く同様に構
成され、それぞれ検波信号FSb〜FSeを出力する。
Five light receiving cells 15A 1 , 15A 2 and 15A are included in the group Ga of light receiving cells of the array sensor 15.
3 , 15A 4 and 15A 5 are included, which are wired in series with each of the five switches in the selector circuit 13A and further connected in parallel to each other to connect the IV conversion amplifier 1
00A input. Five switches in the selector circuit 13A is alternatively a command from MCU30 shown in FIG. 2, or any of a plurality (2-5) each is closed, any of the five light-receiving cells 15A 1 to 15A 5 The photoelectric signal from one of them or the added signal of the signals from each of the arbitrary plurality (2 to 5) is IV converted. The feedback circuit of the IV conversion amplifier 100A is provided with five resistors and four switches for correcting the gain according to the number of light receiving cells selected from the five light receiving cells, as illustrated. The four switches are appropriately switched by a command from the MCU 30 according to the selection pattern of the light receiving cells by the selector circuit 13A. Here, the four switches are the gain switch 13B. The signal from the IV conversion amplifier 100A is the PSD 102A and the LPF 104.
Detected by A, the circuit CGa outputs a detection signal FSa. Hereinafter, the other circuits CGb to CGe are configured in exactly the same manner and output the detection signals FSb to FSe, respectively.

【0044】以上の構成で、セレクター回路13Aがグ
ループGa内の5つの受光セルのうち任意の1つを選ん
でスイッチを閉じると、切替器13BはI−V変換アン
プ100Aのフィードバックループ内の合成抵抗が最も
高くなるように、すなわちI−V変換のゲインが最も高
くなるように切り替えられる。図8の構成では受光セル
の任意の2つ、3つ、4つ、5つのいずれかによる並列
接続が可能であるので、切替器13Bの切り替えによる
I−V変換のゲイン補正は、最も高ゲインのときに対し
てそれぞれ1/2、1/3、1/4、1/5に設定され
る。このように1つのグループ内でも受光セルを選択で
きるようにしておくと、ウェハW上のショット領域内の
パターン構造に対応してきめ細かに測定点を設定するこ
とができる。またグループ内の受光セルのいくつかを並
列にして使うと、測定点としての面積はスリット像ST
の長手方向に広がることになるが、光電信号を加算する
ことによる平均化効果、S/N比の向上等の点で有利と
なる。
With the above configuration, when the selector circuit 13A selects any one of the five light receiving cells in the group Ga and closes the switch, the switch 13B causes the combination in the feedback loop of the IV conversion amplifier 100A. It is switched so that the resistance becomes the highest, that is, the gain of the IV conversion becomes the highest. In the configuration of FIG. 8, any two, three, four, or five of the light receiving cells can be connected in parallel. Therefore, the gain correction of the IV conversion by switching the switch 13B is the highest gain. To ½, ⅓, ¼, and ⅕, respectively. As described above, by making it possible to select the light receiving cells even within one group, it is possible to finely set the measurement points corresponding to the pattern structure in the shot region on the wafer W. When some of the light receiving cells in the group are used in parallel, the area as the measurement point is the slit image ST.
However, it is advantageous in terms of averaging effect by adding photoelectric signals, improvement of S / N ratio, and the like.

【0045】尚、図8の回路構成で5つの回路CGa〜
CGeの夫々のセレクタ回路13Aによる選択パターン
を独立に設定できるようにすると、スリット像ST内に
見かけ上25点存在する測定点のうちの5点を任意に選
ぶ使用方法が可能となる。以上のようにして、5つの測
定点の夫々に対応した検波信号FSa〜FSeが得られ
ると、それら信号の零点位置のちがいからスリット像S
T上の長手方向に関してウェハWの表面の傾きや局所的
な凹凸を知ることができる。すなわちウェハ表面の平坦
度を求めてウェハを傾斜補正(レベリング)することが
可能となる。ところがウェハ表面の基準平面(XYステ
ージ21の移動平面)に対する傾きや局所的な凹凸を高
精度に求めるためには、各測定点毎に検波信号FSa〜
FSeの直線部分の傾き(感度)を予め正確に知ってお
く必要もある。また、5つの測定点のうち任意の1つの
測定点からの検波信号のみに基づいてZステージ20を
サーボ制御してフォーカス合わせを行なう場合、各検波
信号毎に許容偏差範囲Δαがばらついていると、任意の
測定点を選ぶことによってショット領域内の特定の部分
にベストフォーカスを合わせられるという多点AF系の
特有の効果が半減してしまうことになる。
In the circuit configuration of FIG. 8, five circuits CGa ...
When the selection patterns by the respective selector circuits 13A of CGe can be independently set, it becomes possible to use a method of arbitrarily selecting 5 points out of 25 apparently 25 measurement points in the slit image ST. As described above, when the detection signals FSa to FSe corresponding to each of the five measurement points are obtained, the slit image S is generated due to the difference in the zero point positions of those signals.
It is possible to know the inclination of the surface of the wafer W and the local unevenness in the longitudinal direction on T. That is, it becomes possible to correct (level) the inclination of the wafer by obtaining the flatness of the wafer surface. However, in order to obtain the inclination and the local unevenness of the wafer surface with respect to the reference plane (the moving plane of the XY stage 21) with high accuracy, the detection signal FSa-
It is also necessary to know the inclination (sensitivity) of the straight line portion of FSe accurately in advance. Further, when the Z stage 20 is servo-controlled based on only the detection signal from any one of the five measurement points to perform focusing, the allowable deviation range Δα varies for each detection signal. By selecting an arbitrary measurement point, the effect peculiar to the multi-point AF system that the best focus can be set on a specific portion in the shot area is halved.

【0046】そこで、図5に示したADC106の前
に、5つの検波信号FSa〜FSeのうちいずれか1つ
の信号を選択するマルチプレクサ回路を設けるか、ある
いは5つの検波信号FSa〜FSeの夫々に対してAD
Cを設けるかして、5つの検波信号FSa〜FSeの夫
々の感度ΔAa、ΔAb、ΔAc、ΔAd、ΔAeを第
1の実施例と同様にして求める。そして先の(式1)と
同様にして、標準感度ΔArから規定される標準の許容
偏差範囲Δαに基づいて、許容電圧範囲ΔVxa、ΔVx
b、ΔVxc、ΔVxd、ΔVxeを算出すればよい。
Therefore, in front of the ADC 106 shown in FIG. 5, a multiplexer circuit for selecting any one of the five detection signals FSa to FSe is provided, or for each of the five detection signals FSa to FSe. AD
By providing C, the sensitivities ΔAa, ΔAb, ΔAc, ΔAd, and ΔAe of the five detection signals FSa to FSe are obtained in the same manner as in the first embodiment. Then, in the same manner as the above (Formula 1), based on the standard allowable deviation range Δα defined by the standard sensitivity ΔAr, the allowable voltage ranges ΔVxa, ΔVx
b, ΔVxc, ΔVxd, and ΔVxe may be calculated.

【0047】あるいは、5つの測定点のうち着目する1
つの測定点について求めた感度、例えばスリット像ST
の中央に位置するグループGcによる測定点について求
めた感度ΔAcを標準感度とみなし、残りの4つの感度
ΔAa、ΔAb、ΔAd、ΔAeの夫々に対応して許容
電圧範囲をキャリブレーションしてもよい。この場合、
スリット像ST内で着目した測定点以外の各測定点に対
応したAF系の許容偏差範囲は、いずれも着目した測定
点に対応したAF系の許容偏差範囲と揃うことなる。
Alternatively, one of five measurement points is focused
Sensitivity obtained for one measurement point, eg slit image ST
The sensitivity ΔAc obtained at the measurement point of the group Gc located at the center of may be regarded as the standard sensitivity, and the allowable voltage range may be calibrated corresponding to each of the remaining four sensitivities ΔAa, ΔAb, ΔAd, and ΔAe. in this case,
The allowable deviation range of the AF system corresponding to each measurement point other than the measurement point of interest in the slit image ST is aligned with the allowable deviation range of the AF system corresponding to the measurement point of interest.

【0048】ところで、上記のように多点AF系を用い
てウェハWをフォーカス合わせする場合、実際的な運用
としては5つの測定点の夫々でのフォーカスずれを計測
し、それらずれ量を平均演算、又は統計演算することに
よって1つのずれ量として決定しなければならない。そ
こでその目的にも合った信号処理系の一例を図9に示
す。
By the way, when focusing the wafer W by using the multi-point AF system as described above, as a practical operation, the focus shift at each of the five measurement points is measured, and the shift amounts are averaged. , Or it should be determined as one deviation amount by performing a statistical calculation. Therefore, FIG. 9 shows an example of a signal processing system suitable for the purpose.

【0049】図9は図5に示した回路中のアナログ的な
処理部分のほとんどをプロセッサー118内の演算に置
き換えたものである。また図9において図5中の部材と
同じものには同一の符号をつけてある。5つの検波信号
FSa〜FSeは、プロセッサー118からの指令によ
りスイッチングを行なうアナログ・マルチプレクサ回路
(MPX)130に入力し、そのうちの1つがADC1
06へ出力される。ADC106はプロセッサー118
により変換タイミングを制御され、変換されたデジタル
値はプロセッサー118に逐次読み込まれ、許容範囲の
キャリブレーション時にはさらにメモリ108へも書き
込まれる。またプロセッサー118は図5と同様のカウ
ンタ回路110からの計数値を読み込み、必要に応じて
メモリ108へ書き込む。
FIG. 9 is a diagram in which most of the analog processing parts in the circuit shown in FIG. In FIG. 9, the same members as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals. The five detection signals FSa to FSe are input to an analog multiplexer circuit (MPX) 130 that performs switching according to a command from the processor 118, and one of them is ADC1.
It is output to 06. ADC 106 is processor 118
The conversion timing is controlled by, and the converted digital value is sequentially read by the processor 118, and further written in the memory 108 at the time of calibration within the allowable range. Further, the processor 118 reads the count value from the counter circuit 110 similar to that shown in FIG. 5, and writes it in the memory 108 as necessary.

【0050】さらにプロセッサー118は5つの測定点
の各測定値に基づいて、フォーカス合わせのためにZス
テージ20を移動すべき量に対応した偏差電圧を表わす
デジタル値をDAC132に出力する。これによって差
動アンプ124、パワーアンプ126はZステージ20
用のモータ19をサーボ制御してZステージ20を目標
位置に設定する。
Further, the processor 118 outputs to the DAC 132 a digital value representing a deviation voltage corresponding to the amount by which the Z stage 20 should be moved for focusing, based on the measured values of the five measurement points. As a result, the differential amplifier 124 and the power amplifier 126 are moved to the Z stage 20.
The Z motor 20 is servo-controlled to set the Z stage 20 to the target position.

【0051】以上の構成で、各測定点毎のAF系をキャ
リブレーションするときは、プレーンパラレル12を一
定量だけ傾けるように駆動制御した後、カウンタ回路1
10からの計数値をメモリ108に記憶するとともに、
MPX130から信号FSa〜FSeが順次出力される
ように切り換え、各切り換えのたびにADC106から
のデジタル値を読み込んでメモリ108に記憶する。そ
の後、再びプレーンパラレル12を一定量傾けることを
繰り返す。そしてメモリ108内に図6に示したような
波形データを各測定点毎に作成すればよい。
With the above configuration, when calibrating the AF system for each measurement point, the plane parallel 12 is driven and controlled so as to be tilted by a certain amount, and then the counter circuit 1
The count value from 10 is stored in the memory 108, and
Switching is performed so that the signals FSa to FSe are sequentially output from the MPX 130, and the digital value from the ADC 106 is read and stored in the memory 108 at each switching. Then, the tilting of the plane parallel 12 by a certain amount is repeated again. Then, the waveform data as shown in FIG. 6 may be created in the memory 108 for each measurement point.

【0052】一方、ウェハW(又は基準板FM)に対す
るフォーカス合わせのときは、MPX130によるスイ
ッチングとADC106の変換タイミングを高速に行な
い、検波信号FSa〜FSeの各レベルを高速に順次読
み込むようにする。さらにプロセッサー118は各検波
信号のレベルの読み取りの繰り返し周期のいくつかで得
られた複数のレベル値を一時的に記憶して、ソフトウェ
アによって各検波信号毎に平均化を行なう。図10はそ
の様子を模式的にハードウェア的に示したものである。
プロセッサー118は5つの検波信号用に5つのスタッ
クメモリ部をソフトウェア上で有し、図10はそのうち
の1つのスタックメモリ部MSTを示す。このスタック
メモリ部MSTは、例えば検波信号FSa用のものであ
り、信号FSaのレベルがADC106から読み込まれ
るたびに、そのレベルのデジタル値DFn が1つの番地
に書き込まれ、1周期前に読み込まれたデジタル値DF
n- 1 、2周期前に読み込まれたデジタル値DFn-2 は順
次隣りの番地へシフトされていく。加算器ADDは新た
なデジタル値がスタックメモリ部MSTに書き込まれる
と、いくつかのデジタル値DFn 、DFn-1 、DFn-2
……を加算して平均値を求める。尚、平均値は、加算す
べきデジタル値を2つにしたときは加算結果のデータを
LSB(最下位ビット)方向へ1ビットシフトし、加算
すべきデジタル値を4つにしたときは加算結果のデータ
をLSB方向へ2ビットシフトすれば簡単に求められ
る。
On the other hand, when focusing on the wafer W (or the reference plate FM), switching by the MPX 130 and conversion timing of the ADC 106 are performed at high speed so that the levels of the detection signals FSa to FSe are sequentially read at high speed. Further, the processor 118 temporarily stores a plurality of level values obtained in some of the repetition cycles of reading the level of each detected signal, and performs averaging for each detected signal by software. FIG. 10 is a schematic hardware representation of this situation.
The processor 118 has five stack memory units in software for five detection signals, and FIG. 10 shows one of the stack memory units MST. The stack memory unit MST is, for example, for the detection signal FSa, and every time the level of the signal FSa is read from the ADC 106, the digital value DF n of the level is written in one address and read one cycle before. Digital value DF
n− 1 , the digital value DF n−2 read two cycles ago is sequentially shifted to the adjacent address. When a new digital value is written in the stack memory unit MST, the adder ADD outputs some digital values DF n , DF n-1 , DF n-2.
... is added to obtain the average value. The average value shifts the addition result data by 1 bit in the LSB (least significant bit) direction when the number of digital values to be added is two, and the addition result when the number of digital values to be added is four. The data can be easily obtained by shifting the data of 2 bits in the LSB direction.

【0053】以上のような操作により、プロセッサー1
18内に5つの検波信号FSa〜FSeのレベル値がほ
ぼリアルタイムに取り込まれるので、プロセッサー11
8はそれらのレベル値に基づいて各測定点でのベストフ
ォーカス面からの位置偏差量を演算する。この演算は露
光すべきショット領域がXYステージ21によって移動
されて所定位置に停止したときの信号FSa〜FSeの
各レベルに基づいてただちに開始される。
By the above operation, the processor 1
Since the level values of the five detection signals FSa to FSe are taken into the circuit 18 in almost real time, the processor 11
8 calculates the position deviation amount from the best focus surface at each measurement point based on those level values. This calculation is started immediately based on each level of the signals FSa to FSe when the shot area to be exposed is moved by the XY stage 21 and stopped at a predetermined position.

【0054】ただし、この演算を実行するためには、各
検波信号FSa〜FSeの感度ΔAa〜ΔAeが求めら
れていることが前提となる。プロセッサー118は読み
込んだ各検波信号FSa〜FSeのレベル値(電圧)V
a、Vb、Vc、Vd、Veと各感度ΔAa〜ΔAeと
に基づいて、各測定点のZ方向の位置偏差量ΔZa、Δ
Zb、ΔZc、ΔZd、ΔZeを算出する。この演算は
レベル値と感度とを単純に乗算するだけでよい。
However, in order to execute this calculation, it is premised that the sensitivities ΔAa to ΔAe of the detection signals FSa to FSe are obtained. The processor 118 reads the level value (voltage) V of each of the detected detection signals FSa to FSe.
Based on a, Vb, Vc, Vd, Ve and the sensitivities ΔAa to ΔAe, the positional deviation amounts ΔZa, Δ in the Z direction at the respective measurement points.
Zb, ΔZc, ΔZd, and ΔZe are calculated. This operation only needs to multiply the level value and the sensitivity.

【0055】次にプロセッサー118は、ショット領域
内のパターン構造(段差等)によって予め設定されてい
る重み係数に従って、各測定値ΔZa〜ΔZeに対する
重みを決定した後、5つの測定値を単純な平均、最小2
乗近似、又はスプライン関数等の演算式で処理して、ウ
ェハ表面のベストフォーカス面からの平均的な偏差量Δ
Zavを算出する。それからプロセッサー118は、例え
ばショット領域の中央に測定点をもつAF系の検波信号
FScの現在の測定値ΔZcと平均偏差量ΔZavとの差
分(ΔZc−ΔZav)を求め、さらにその差分に対応し
た検波信号FSc上でのレベル差を求める。検波信号F
Scの感度はΔAcであるので、そのレベル差は、ΔA
c・(ΔZc−ΔZav)から求まり、この値を現在の検
波信号FScのレベルVcに加算(又は減算)して得ら
れるレベル値Vc’が目標値となる。すなわちプロセッ
サー118は検波信号FScのレベルがVcからVc’
に変化するような駆動データを図9のDAC132に出
力する。これによってZステージ20はZ方向に移動
し、プロセッサー118は検波信号FScのレベルを逐
次モニターし、そのレベルがキャリブレーション時に設
定した許容電圧範囲で目標値Vc’に達したら、DAC
132への駆動データを零にしてZステージ20を停止
させる。
Next, the processor 118 determines the weight for each of the measured values ΔZa to ΔZe according to the weighting coefficient preset by the pattern structure (step, etc.) in the shot area, and then simply averages the five measured values. , Minimum 2
The average deviation Δ from the best focus plane of the wafer surface is processed by processing with a power approximation or an arithmetic expression such as a spline function.
Calculate Zav. Then, the processor 118 obtains the difference (ΔZc−ΔZav) between the current measurement value ΔZc and the average deviation amount ΔZav of the detection signal FSc of the AF system having a measurement point at the center of the shot area, and further detects the detection corresponding to the difference. The level difference on the signal FSc is obtained. Detection signal F
Since the sensitivity of Sc is ΔAc, the level difference is ΔA
The level value Vc ′ obtained from c · (ΔZc−ΔZav) and added (or subtracted) to this level Vc of the current detection signal FSc is the target value. That is, the processor 118 changes the level of the detection signal FSc from Vc to Vc '.
The drive data that changes to is output to the DAC 132 in FIG. As a result, the Z stage 20 moves in the Z direction, the processor 118 sequentially monitors the level of the detection signal FSc, and when the level reaches the target value Vc ′ within the allowable voltage range set at the time of calibration, the DAC is executed.
The drive data to 132 is set to zero and the Z stage 20 is stopped.

【0056】次に本発明の第3の実施例を説明するが、
ここでは多点AF系の各測定点に対応したAF系の感度
を確認して許容範囲をキャリブレーションしたことを前
提として、各測定点毎のオフセットの与え方について述
べる。図3に示したように、投影視野Ifに多数の測定
点をもつ多点AF系では、各測定点に対応したAF系の
信号が零点となるウェハ表面の高さを、極力投影レンズ
PLのベストフォーカス面(レチクル共役面)と一致さ
せるようにしている。ところがベストフォーカス面は投
影レンズPLの光学性能、レチクルRのパターン面の平
面度等によって、厳密には理想平面になっていない。仮
りに理想平面になっていたとしても、レチクルRの保持
状態等によって投影レンズPLの光軸AXと厳密に直交
している保証はない。従って投影レンズによるパターン
投影像内の無数の点でベストフォーカス点(高さ)を求
め、それらを含む面を想定すると、全体的には光軸AX
と垂直な理想水平面に対して傾き、部分的には理想水平
面に対して湾曲していることになる。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
Here, assuming that the sensitivity of the AF system corresponding to each measurement point of the multipoint AF system has been confirmed and the allowable range has been calibrated, how to give an offset to each measurement point will be described. As shown in FIG. 3, in a multipoint AF system having a large number of measurement points in the projection visual field If, the height of the wafer surface at which the AF system signal corresponding to each measurement point becomes a zero point is set as much as possible by the projection lens PL. It is made to match the best focus plane (reticle conjugate plane). However, the best focus surface is not exactly an ideal plane due to the optical performance of the projection lens PL, the flatness of the pattern surface of the reticle R, and the like. Even if it is an ideal plane, there is no guarantee that it is strictly orthogonal to the optical axis AX of the projection lens PL depending on the holding state of the reticle R and the like. Therefore, if the best focus points (heights) are found at innumerable points in the pattern projection image by the projection lens and a plane including them is assumed, the optical axis AX is overall.
It is tilted with respect to the ideal horizontal plane perpendicular to, and is partially curved with respect to the ideal horizontal plane.

【0057】そこで多点AF系の各測定点の位置毎に真
のベストフォーカス位置を高速に求め、AF系が零点と
して検出するZ方向の位置と真のベストフォーカス位置
とのずれ量を、各測定点毎に知っておく必要がある。そ
のずれ量が各測定点毎にわかれば、それをオフセット値
として各AF系に与えることで、ウェハ表面の凹凸、傾
斜の他に、ベストフォーカス面の傾斜、湾曲も加味した
多点AF系が実現できることになる。
Therefore, the true best focus position is obtained at high speed for each position of each measurement point of the multipoint AF system, and the deviation amount between the Z direction position detected by the AF system as a zero point and the true best focus position is calculated. It is necessary to know each measurement point. If the amount of deviation is known for each measurement point, it is given as an offset value to each AF system, so that a multi-point AF system that also takes into account the unevenness and inclination of the wafer surface, as well as the inclination and curvature of the best focus surface. It will be possible.

【0058】図11は、実デバイス露光用のレチクルを
装着した状態で、投影レンズPLの視野If内の任意の
位置で真のベストフォーカス位置を検出するためのTT
L−FC(スルーザレンズ・フォーカスチェック)系の
構成を示す。図11において、実デバイス製造用の回路
パターン領域PAが下面に形成されたレチクルRは、不
図示のレチクルホルダーに保持される。絞り面(瞳面)
EPを挾んで前群、後群に分けて模式的に表わした投影
レンズPLの光軸AXはレチクルRの中心、すなわちパ
ターン領域PAの中心を、レチクルパターン面に対して
垂直に通る。ウェハWを載置して光軸AX方向に微少量
(例えば±100μm以内)だけ移動するZステージ2
0の一部には、ウェハWの表面とほぼ等しい高さ位置で
基準板FMが固定されている。この基準板FMには、図
12に示すようにX方向に延びた透過形スリットの複数
本がY方向に一定ピッチで配置されたマークISyと、
Y方向に延びた透過形スリットの複数本がX方向に一定
ピッチで配置されたマークISxと、さらにX、Y方向
の夫々に対して45°となる斜めスリットISaとが形
成されている。これらスリットマークISx、ISy、
ISaは、石英製の基準板FMの表面全面にクロム層
(遮光層)を蒸着し、そこに透明部として刻設したもの
である。
FIG. 11 shows a TT for detecting the true best focus position at an arbitrary position within the field of view If of the projection lens PL with the reticle for actual device exposure mounted.
The configuration of an L-FC (through-the-lens focus check) system is shown. In FIG. 11, the reticle R having the circuit pattern area PA for actual device manufacturing formed on the lower surface is held by a reticle holder (not shown). Aperture surface (pupil surface)
The optical axis AX of the projection lens PL, which is schematically shown in a front group and a rear group across the EP, passes through the center of the reticle R, that is, the center of the pattern area PA, perpendicularly to the reticle pattern surface. The Z stage 2 on which the wafer W is placed and is moved by a very small amount (for example, within ± 100 μm) in the optical axis AX direction.
A reference plate FM is fixed to a part of 0 at a height position substantially equal to the surface of the wafer W. On the reference plate FM, as shown in FIG. 12, a plurality of transmissive slits extending in the X direction are arranged in the Y direction at a constant pitch, and a mark ISy,
A mark ISx in which a plurality of transmissive slits extending in the Y direction are arranged at a constant pitch in the X direction, and an oblique slit ISa that is 45 ° with respect to each of the X and Y directions are formed. These slit marks ISx, ISy,
ISa is formed by depositing a chromium layer (light-shielding layer) on the entire surface of a quartz reference plate FM and engraving it as a transparent portion.

【0059】さて図11において、基準板FMの下方
(Zステージ20の内部)には、ミラーM1、照明用対
物レンズ40、及び光ファイバー41が設けられ、光フ
ァイバー41の射出端からの照明光が対物レンズ40に
よって集光されて、基準板FMのスリットマークIS
x、ISy、ISaをともに裏側から照射する。光ファ
イバー41の入射端側にはビームスプリッタ42が設け
られ、レンズ系43を介して露光用照明光IEが光ファ
イバー41に導入される。その照明光IEはレチクルR
照明用の光源(水銀ランプ、エキシマレーザ等)から得
るのが望ましいが、別に専用の光源を用意してもよい。
ただし別光源にするときは、露光用照明光と同一波長、
又はそれに極めて近似した波長の照明光にする必要があ
る。
In FIG. 11, a mirror M1, an objective lens 40 for illumination, and an optical fiber 41 are provided below the reference plate FM (inside the Z stage 20), and the illumination light from the exit end of the optical fiber 41 is an objective. The slit mark IS of the reference plate FM is condensed by the lens 40.
Irradiate x, ISy, and ISa from the back side. A beam splitter 42 is provided on the incident end side of the optical fiber 41, and the exposure illumination light IE is introduced into the optical fiber 41 via a lens system 43. The illumination light IE is reticle R
It is desirable to obtain it from a light source for illumination (a mercury lamp, an excimer laser, etc.), but a dedicated light source may be prepared separately.
However, when using a different light source, the same wavelength as the exposure illumination light,
Alternatively, it is necessary to use illumination light having a wavelength extremely close to that.

【0060】また、対物レンズ40による基準板FMの
照明条件は、パターン投影時の投影レンズPLでの照明
条件と極力合わせられる。すなわち投影レンズPLの像
側の照明光の開口数(N.A.)と対物レンズ40から
基準板FMへの照明光の開口数(N.A.)とをほぼ一
致させるのである。さて、このような構成で、照明光I
Eを光ファイバー41に導入すると、基準板FM上のマ
ークISx、ISy、ISaからは投影レンズPLへ逆
進する像光束が発生する。図11において、Zステージ
20は投影レンズPLのベストフォーカス面(レチクル
共役面)Foからわずかに下方に基準板FMが位置する
ようにセットされているものとする。このとき基準板F
M上の一点から発生した像光束L1は投影レンズPLの
瞳面EPの中心を通り、レチクルRのパターン面からわ
ずかに下方へずれた面Fr内で集光した後に発散し、レ
チクルRのパターン面で反射してから元の光路を戻る。
ここで面Frは、投影レンズPLに関して基準板FMと
共役な位置にある。投影レンズPLが両側テレセントリ
ック系であると、基準板FM上の発光マークISx、I
Sy、ISaからの像光束は、レチクルRの下面(パタ
ーン面)で正規反射して再びマークISx、ISy、I
Saと重畳するように戻ってくる。ただし、図11のよ
うに基準板FMがベストフォーカス面Foからずれてい
ると、基準面FM上には各マークISx、ISy、IS
aのぼけた反射像が形成され、基準板FMが面Foと一
致しているときは、面FrもレチクルRのパターン面と
一致することになり、基準板FM上には各マークIS
x、ISy、ISaのシャープな反射像がそれぞれのマ
ークに重畳して形成されることになる。図13は基準板
FMがデフォーカスしているときの発光マークISxと
その反射像IMxとの関係を模式的に表わしたものであ
る。両側テレセントリックな投影レンズPLでは、この
ように反射像IMxは自身の源である発光マークISx
上に投射される。そして基準板FMがデフォーカスして
いると、反射像IMxは、マークISxの形状寸法より
も大きくなり、かつ単位面積あたりの照度も低下する。
The illumination condition of the reference plate FM by the objective lens 40 is matched as much as possible with the illumination condition of the projection lens PL at the time of pattern projection. That is, the numerical aperture (NA) of the illumination light on the image side of the projection lens PL and the numerical aperture (NA) of the illumination light from the objective lens 40 to the reference plate FM are substantially matched. Now, with such a configuration, the illumination light I
When E is introduced into the optical fiber 41, an image light flux that travels backward to the projection lens PL is generated from the marks ISx, ISy, ISa on the reference plate FM. In FIG. 11, it is assumed that the Z stage 20 is set so that the reference plate FM is located slightly below the best focus surface (reticle conjugate surface) Fo of the projection lens PL. At this time, the reference plate F
The image light flux L1 generated from one point on M passes through the center of the pupil plane EP of the projection lens PL, is condensed in a plane Fr slightly shifted downward from the pattern plane of the reticle R, and then diverges to form the pattern of the reticle R. It reflects on the surface and then returns to the original optical path.
Here, the surface Fr is at a position conjugate with the reference plate FM with respect to the projection lens PL. If the projection lens PL is a telecentric system on both sides, the emission marks ISx, I on the reference plate FM
The image light fluxes from Sy and ISa are regularly reflected on the lower surface (pattern surface) of the reticle R and again marked with marks ISx, ISy, and I.
It returns so as to overlap with Sa. However, when the reference plate FM is deviated from the best focus surface Fo as shown in FIG. 11, the marks ISx, ISy, IS on the reference surface FM.
When the blurred reflection image of a is formed and the reference plate FM coincides with the surface Fo, the surface Fr also coincides with the pattern surface of the reticle R, and each mark IS on the reference plate FM.
Sharp reflected images of x, ISy, and ISa are formed so as to be superimposed on the respective marks. FIG. 13 schematically shows the relationship between the emission mark ISx and the reflected image IMx when the reference plate FM is defocused. In the projection lens PL that is telecentric on both sides, the reflected image IMx is thus the light emission mark ISx that is its own source.
Projected on. When the reference plate FM is defocused, the reflected image IMx becomes larger than the shape size of the mark ISx, and the illuminance per unit area also decreases.

【0061】そこで基準板FM上にできる反射像のう
ち、元のマークISx、ISy、ISaで遮光されなか
った像部分の光束をミラーM1 、対物レンズ40を介し
て光ファイバー41で受光し、ビームスプリッタ42、
レンズ系44を介して光電センサー45で受光するよう
にする。光電センサ45の受光面は投影レンズPLの瞳
面(フーリエ変換面)EPとほぼ共役に配置される。
Then, of the reflected image formed on the reference plate FM, the light flux of the image portion not shielded by the original marks ISx, ISy, ISa is received by the optical fiber 41 via the mirror M 1 and the objective lens 40, and the beam Splitter 42,
The photoelectric sensor 45 receives light through the lens system 44. The light receiving surface of the photoelectric sensor 45 is arranged substantially conjugate with the pupil surface (Fourier transform surface) EP of the projection lens PL.

【0062】この種のTTL−FC系として従来より知
られたものでは、発光型マーク、受光型マーク、あるい
は単なる反射型の基準マークを投影レンズの像面側に配
置し、XY平面内でレチクルマークを光学的又は電気的
に走査することでコントラスト検出用の電気信号を得て
いた。ところが、図11の構成においては従来のように
XY平面内で基準板FMを走査してコントラスト変化を
表わす電気信号を得る必要はなく、Zステージ20を上
下方向(Z方向)に移動させるだけでコントラスト信号
を得ることができる。
In a conventionally known TTL-FC system of this type, a light emitting type mark, a light receiving type mark, or a simple reflection type reference mark is arranged on the image plane side of the projection lens, and a reticle is formed in the XY plane. An electrical signal for contrast detection is obtained by scanning the mark optically or electrically. However, in the configuration of FIG. 11, it is not necessary to scan the reference plate FM in the XY plane to obtain an electric signal representing the contrast change as in the conventional case, and the Z stage 20 is only moved in the vertical direction (Z direction). A contrast signal can be obtained.

【0063】図14は光電センサ45の出力信号KSの
信号レベル特性を表わし、横軸はZステージ20のZ方
向の位置、すなわち基準板FMの光軸AX方向の高さ位
置を表わす。この図14で図14(A)は発光マークI
Sx、ISy、ISaがレチクルRのパターン面内のク
ロム部分に逆投影されたときの信号レベルを示し、図1
4(B)はパターン面内のガラス部分(透明部分)に逆
投影されたときの信号レベルを示す。通常、レチクルの
クロム部分は0.3〜0.5μm程度の厚みでガラス(石
英)板に蒸着されており、クロム部分の反射率は当然の
ことながらガラス部分反射率よりは格段に大きい。しか
しながら、ガラス部分での反射率は完全に零ということ
はないので、図14(B)のようにレベルとしてはかな
り小さくなるが、検出は可能である。また一般に実デバ
イス製造用のレチクルは、パターン密度が高いために、
発光マークISx、ISy、ISaの全ての逆投影像
(レチクル上では1〜数ミリ径の領域内)がレチクルパ
ターン中のガラス部分(透明部分)に同時にかかる確率
は極めて少ないと考えられる。
FIG. 14 shows the signal level characteristic of the output signal KS of the photoelectric sensor 45, and the horizontal axis represents the position of the Z stage 20 in the Z direction, that is, the height position of the reference plate FM in the optical axis AX direction. In FIG. 14, FIG. 14A shows a light emission mark I.
1 shows signal levels when Sx, ISy, and ISa are back-projected on the chrome portion in the pattern surface of the reticle R, and FIG.
4 (B) shows the signal level when back projected onto the glass portion (transparent portion) in the pattern surface. Normally, the chrome portion of the reticle is vapor-deposited on a glass (quartz) plate with a thickness of about 0.3 to 0.5 μm, and the reflectance of the chrome portion is naturally much larger than the glass portion reflectance. However, since the reflectance at the glass portion is not completely zero, the level is considerably small as shown in FIG. 14 (B), but detection is possible. Generally, the reticle for manufacturing an actual device has a high pattern density,
It is considered that the probability that all the back-projected images of the light emission marks ISx, ISy, ISa (within a region of 1 to several millimeters on the reticle) are simultaneously applied to the glass portion (transparent portion) in the reticle pattern is extremely small.

【0064】いずれの場合にしろ、基準板FMの表面が
ベストフォーカス面Foを横切るように光軸方向に移動
されると、Z方向の位置Zoで信号レベルが極大値とな
る。従って、Zステージ20のZ方向位置(検波信号F
Sのレベル)と出力信号KSとを同時に計測し、信号K
Sのレベルが極大となったときのZ方向位置を検出する
ことで、ベストフォーカス面Foの位置が求まり、しか
もこの検出方式ではレチクルR内の任意の位置でベスト
フォーカス面Foの検出が可能となる。すなわち、従来
技術のようにレチクルR内の特定位置に形成されたパタ
ーン(マーク)を使う必要がなく、レチクルRが投影レ
ンズPLの物体側にセットされてさえいれば、いつでも
投影視野内の任意の位置で絶対フォーカス位置(最良結
像面Fo)が計測できる。また先に述べたようにレチク
ルRのクロム層は0.3〜0.5μm厚であり、この厚みに
よって生じる最良結像面Foの検出誤差は、投影レンズ
PLの投影倍率を1/5縮小とすると、(0.3〜0.5)
×(1/5)2 =0.012〜0.02μmとなり、これは
ほとんど無視できる値である。
In any case, when the surface of the reference plate FM is moved in the optical axis direction so as to cross the best focus surface Fo, the signal level becomes the maximum value at the position Zo in the Z direction. Therefore, the position of the Z stage 20 in the Z direction (detection signal F
S level) and the output signal KS are measured at the same time, and the signal K
The position of the best focus surface Fo can be obtained by detecting the Z direction position when the level of S becomes maximum, and this detection method can detect the best focus surface Fo at any position in the reticle R. Become. That is, it is not necessary to use a pattern (mark) formed at a specific position in the reticle R as in the prior art, and as long as the reticle R is set on the object side of the projection lens PL, it is always in the projection visual field. The absolute focus position (best image plane Fo) can be measured at the position. In addition, as described above, the chrome layer of the reticle R has a thickness of 0.3 to 0.5 μm, and the detection error of the best imaging plane Fo caused by this thickness is that the projection magnification of the projection lens PL is reduced to ⅕. Then, (0.3-0.5)
× (1/5) 2 = 0.012-0.02 μm, which is almost negligible.

【0065】従って図12に示した発光マーク群を投影
視野If内の多点AF系の測定点近傍に位置決めした上
で、Zステージ20を移動させながら信号KSのレベル
変化と検波信号FSのレベル変化とを同時にA−D変換
器で取り込んでメモリ(RAM)に記憶した後、図15
に示すようにプロセッサーで両者の波形を比較し、信号
KSのレベル変化上のピーク点の位置T1 に対応した検
波信号FS上のレベル値ΔFSを求めると、その値が多
点AF系1つの測定点に対応したAF系の絶対位置から
のオフセット量(固有誤差)になる。
Therefore, after the light emitting mark group shown in FIG. 12 is positioned near the measurement point of the multipoint AF system in the projection field If, the level of the signal KS and the level of the detection signal FS are changed while moving the Z stage 20. After the changes and the changes are simultaneously captured by the AD converter and stored in the memory (RAM), FIG.
As shown in FIG. 3, the two waveforms are compared by the processor, and the level value ΔFS on the detection signal FS corresponding to the position T 1 of the peak point on the level change of the signal KS is obtained. It is the offset amount (specific error) from the absolute position of the AF system corresponding to the measurement point.

【0066】そこで図11のTTL−FC系によって5
つの測定点の各々についてのオフセット量ΔFSa、Δ
FSb、ΔFSc、ΔFSd、ΔFSeを求めて記憶し
ておく。この操作は原則的にレチクルRの交換のたびに
1度行なわれるが、汎用のICを露光するステッパーで
は同じレチクルが1日中、又は数日間に渡って装着され
続けることもあるので、その場合は定期的にオフセット
量の再計測を行なうのが望ましい。
Therefore, the TTL-FC system of FIG.
Offset amount ΔFSa, Δ for each of the two measurement points
FSb, ΔFSc, ΔFSd, ΔFSe are obtained and stored. In principle, this operation is performed once every time the reticle R is exchanged. However, in a general-purpose IC exposure stepper, the same reticle may be mounted all day or over several days. It is desirable to periodically remeasure the offset amount.

【0067】以上のオフセット量計測が実行されると、
各測定点での検波信号FSa〜FSeの感度ΔAa〜Δ
Aeの計測、及び許容偏差範囲Δαの設定がすでに行な
われていることから、多点AF系は像面傾斜、像面湾曲
を加味したフォーカス合わせを実行することができる。
図16は像面湾曲が存在するときのオフセット傾向の一
例を模式的に誇張して表わしたグラフである。この図1
6において横軸はスリット像STの長手方向の位置を表
わし、縦軸は5つの各測定点MPa〜MPeでのオフセ
ット量を表わす。
When the above offset amount measurement is executed,
Sensitivity ΔAa to Δ of the detection signals FSa to FSe at each measurement point
Since the measurement of Ae and the setting of the permissible deviation range Δα have already been performed, the multipoint AF system can execute the focusing in consideration of the image plane inclination and the image plane curvature.
FIG. 16 is a graph in which one example of the offset tendency when field curvature exists is exaggerated. This Figure 1
6, the horizontal axis represents the position of the slit image ST in the longitudinal direction, and the vertical axis represents the offset amount at each of the five measurement points MPa to MPe.

【0068】このオフセット傾向を予め記憶した場合、
5つの測定点MPa〜MPeの夫々でウェハ表面のZ方
向の位置ずれを計測して平均的な近似平面を求めること
でフォーカス合わせを実行するとき、又は5つの測定点
のうち任意の1つの測定点での検波信号に基づいてウェ
ハ表面をフォーカス合わせするピンポイントAFのとき
に、それらのオフセット量が検波信号FSの各レベルに
対して加算、又は減算により補正された後でベストフォ
ーカス面からの真の位置ずれ量として扱われる。例えば
図16において測定点MPcについては、検波信号FS
cがΔFScだけ正にオフセットした点が真のベストフ
ォーカス位置になる。
When this offset tendency is stored in advance,
When performing the focusing by measuring the displacement of the wafer surface in the Z direction at each of the five measurement points MPa to MPe and obtaining an average approximate plane, or when measuring any one of the five measurement points At the time of pinpoint AF in which the wafer surface is focused on the basis of the detection signal at the point, the offset amount thereof is corrected by addition or subtraction with respect to each level of the detection signal FS, and then from the best focus surface. It is treated as a true misregistration amount. For example, in FIG. 16, for the measurement point MPc, the detection signal FS
The point where c is positively offset by ΔFSc is the true best focus position.

【0069】また、すべての測定点MPa〜MPeにお
いて許容偏差範囲Δαは一定に揃うように較正されてい
るので、図16の破線で示したオフセット傾向の曲線を
中心として一定幅の許容偏差範囲が存在することにな
る。すなわち、測定点Ccについてみれば、許容偏差範
囲を±Δα/2としたとき、検波信号FScのレベル値
がΔFSc+Δα/2からΔFSc−Δα/2の間にな
ったときが、ベストフォーカス位置として認識されるこ
とになる。
Further, since the allowable deviation range Δα is calibrated to be constant at all measurement points MPa to MPe, the allowable deviation range of a constant width is centered on the curve of the offset tendency shown by the broken line in FIG. Will exist. That is, regarding the measurement point Cc, when the permissible deviation range is ± Δα / 2, the best focus position is recognized when the level value of the detection signal FSc is between ΔFSc + Δα / 2 and ΔFSc−Δα / 2. Will be done.

【0070】このように、真のベストフォーカス面に対
する系統誤差としてのオフセット量を求めてから実際の
フォーカス合わせを行なう場合、各検波信号FSa〜F
Seの夫々に対する許容偏差範囲Δαを一定に揃えるよ
うにしておくと、近似面を特定した平均化AFやピンポ
イントAFのいずれのフォーカス合わせでも極めて精度
の高いものになる。
As described above, when the actual focusing is performed after the offset amount as the systematic error with respect to the true best focus surface is obtained, the detection signals FSa to FSa are obtained.
If the permissible deviation range Δα for each Se is set to be constant, extremely accurate focusing can be achieved in any of the averaging AF and the pinpoint AF in which the approximate surface is specified.

【0071】尚、図16のように投影像面自体が湾曲、
傾斜している場合、その像面の近似平面を最小2乗法や
スプライン関数等を用いて予め決定しておき、以後はそ
の近似平面に対してウェハ表面を合致させるフォーカス
合わせの方法も実施可能である。ところで先の図3に示
したスリット像STの投光方式では、X−Y座標軸に対
して45°だけ傾いたものであったので、多点AF系と
しては面を特定する能力に欠ける。そこでもう1組の多
点AF系をX、Y軸方向に対して135°方向に配置
し、図17のようなスリット像ST’を同時に投射する
とよい。このようにするとパターン領域PA(ウェハ上
のショット領域)内の4隅付近、中心等を含め、9点の
測定点(図17中の丸印)が設定可能となる。そのため
には2組のアレイセンサー上の夫々で5点を選択し、計
10個(又は9個)の同期検波回路が必要となる。
As shown in FIG. 16, the projection image plane itself is curved,
If it is tilted, the approximate plane of the image plane is determined in advance by using the least-squares method or the spline function, and thereafter, a focusing method for matching the wafer surface with the approximate plane can also be performed. is there. By the way, in the projection method of the slit image ST shown in FIG. 3 described above, the slit image ST is inclined by 45 ° with respect to the XY coordinate axes, and therefore the multipoint AF system lacks the ability to specify a surface. Therefore, another set of multipoint AF systems may be arranged in the 135 ° direction with respect to the X and Y axis directions, and the slit image ST ′ as shown in FIG. 17 may be projected simultaneously. This makes it possible to set nine measurement points (circles in FIG. 17) including the four corners and the center of the pattern area PA (shot area on the wafer). For that purpose, 5 points are selected on each of the two sets of array sensors, and a total of 10 (or 9) synchronous detection circuits are required.

【0072】また多点AF系は、投影視野If内の予め
定められた複数の測定点に個別に微小スリット像、又は
スポット像を斜めに投光し、各測定点からの反射スリッ
ト(スポット)像を2次元の撮像素子、例えばCCDで
一括に受光し、受光した複数個の像の夫々のCCD上で
の基準画素位置からのずれ量に対応して偏差信号を出力
する方式でも本発明と同様の効果が得られる。さらに本
発明は、投影レンズのみを介してウェハ上の4点にスポ
ット光を投射する方式の多点AF系でも同様に適用でき
る。
Further, the multipoint AF system projects the minute slit image or the spot image obliquely onto a plurality of predetermined measurement points within the projection visual field If, and reflects slits (spots) from the respective measurement points. The present invention is also applicable to a method in which an image is collectively received by a two-dimensional image pickup device, for example, a CCD, and a deviation signal is output corresponding to a deviation amount of a plurality of received images from a reference pixel position on each CCD. The same effect can be obtained. Further, the present invention can be similarly applied to a multi-point AF system of a type in which spot light is projected onto four points on a wafer via only a projection lens.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上本発明によれば、定点AF系、又は
多点AF系の各測定点に対応した斜入射光式のAF系の
検出感度(傾き)のばらつきに応じて生ずる許容偏差範
囲が常に一定に設定されるので、異なる装置間でも同じ
精度のもとでフォーカス合わせ等の面位置設定が可能と
なる。また経時的なドリフト等による系統誤差に対して
も常に許容偏差範囲を一定のものに維持することができ
るので、長期間露光動作を行なう装置では、オペレータ
が意図したフォーカス設定条件を再現性よく運用させる
ことができる。
As described above, according to the present invention, the permissible deviation range that occurs depending on the variation in the detection sensitivity (tilt) of the oblique incident light type AF system corresponding to each measurement point of the fixed point AF system or the multipoint AF system Is always set to a constant value, it is possible to set the surface position such as focus adjustment between different devices with the same accuracy. Also, since the allowable deviation range can always be kept constant with respect to systematic errors due to drift over time, in an apparatus that performs long-term exposure operations, the focus setting conditions intended by the operator can be operated with good reproducibility. Can be made

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

【図1】従来の面位置設定装置(斜入射光式AF系)の
構成を示す図
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional surface position setting device (oblique incidence light type AF system).

【図2】本発明の実施例による斜入射光式AF系の全体
的な構成を示す図
FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of an oblique incident light type AF system according to an embodiment of the present invention.

【図3】斜入射光式AF系によるスリット像の投光の状
態を示す平面図
FIG. 3 is a plan view showing a state in which a slit image is projected by an oblique incident light type AF system.

【図4】斜入射光式AF系の光電検出器としてのアレイ
センサーの構造を示す斜視図
FIG. 4 is a perspective view showing a structure of an array sensor as a photoelectric detector of an oblique incidence type AF system.

【図5】本発明の実施例による斜入射光式AF系の信号
処理系を示すブロック図
FIG. 5 is a block diagram showing a signal processing system of an oblique incidence light type AF system according to an embodiment of the present invention.

【図6】検波信号(偏差信号)の一例を示す波形図FIG. 6 is a waveform diagram showing an example of a detection signal (deviation signal).

【図7】検波信号の傾き(感度)のちがいを説明する波
形図
FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the difference in the slope (sensitivity) of the detection signal.

【図8】多点AF系に本発明を適用するときに好適な信
号処理系の構成を示すブロック図
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a signal processing system suitable when the present invention is applied to a multipoint AF system.

【図9】多点AF系のために好適な信号処理系、制御系
の構成の変例を示すブロック図
FIG. 9 is a block diagram showing a modified example of a configuration of a signal processing system and a control system suitable for a multipoint AF system.

【図10】信号読み込み時の平均化を模式的に示すブロ
ック図
FIG. 10 is a block diagram schematically showing averaging during signal reading.

【図11】スルーザレンズ方式のフォーカスチェック
(TTL−FC)系の構成を示す図
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a through-the-lens type focus check (TTL-FC) system.

【図12】TTL−FC系の発光マークの形状を示す平
面図
FIG. 12 is a plan view showing the shape of a TTL-FC light emitting mark.

【図13】発光マークと反射像との関係を示す平面図FIG. 13 is a plan view showing the relationship between a light emitting mark and a reflection image.

【図14】TTL−FC系によって得られる光電信号の
一例を示す波形図
FIG. 14 is a waveform diagram showing an example of a photoelectric signal obtained by the TTL-FC system.

【図15】TTL−FC系からの光電信号を使った斜入
射AF系のオフセット測定の様子を示す波形図
FIG. 15 is a waveform diagram showing a state of offset measurement of an oblique incidence AF system using a photoelectric signal from the TTL-FC system.

【図16】投影像に湾曲があるときのオフセット傾向を
模式的に示す図
FIG. 16 is a diagram schematically showing an offset tendency when a projected image has a curvature.

【図17】多点AF系の測定点の配置の変形例を示す平
面図
FIG. 17 is a plan view showing a modification of the arrangement of measurement points in a multipoint AF system.

【主要部分の符号の説明】[Explanation of symbols for main parts]

PL 投影レンズ AX 光軸 W ウェハ R レチクル 5 投光用対物レンズ 8 受光用対物レンズ 12 プレーンパラレル 15 アレイセンサー 17 同期検波回路(PSD) 18 Zステージ駆動部(Z−DRV) 20 Zステージ 21 XYステージ PL Projection lens AX Optical axis W Wafer R Reticle 5 Projection objective lens 8 Receiving objective lens 12 Plane parallel 15 Array sensor 17 Synchronous detection circuit (PSD) 18 Z stage drive unit (Z-DRV) 20 Z stage 21 XY stage

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板表面の所定部分に斜め方向から光束
を投射する投光手段と、該光束の前記基板表面での反射
光光束を受光し、受光位置の変化に応じた光電信号を出
力する受光手段と、該光電信号に基づいて、予め定めら
れた基準面に対する前記基板表面の偏差量に応じた偏差
信号を出力する演算回路と、該偏差信号に基づいて、前
記基板を前記基準面と垂直な方向の所定位置に移動設定
する基板移動手段とを備えた面位置設定装置において、 前記基板表面と前記基準面とを相対的に変位させたとき
に生じる前記偏差信号のレベル変化を、前記偏差量とほ
ぼ線形な関係にある範囲内で検出するレベル変化検出手
段と;該検出されたレベル変化の特性に基づいて、前記
基板表面と前記基準面とがほぼ一致した点における前記
レベル変化特性上の傾き値を算出する傾き算出手段と;
前記基板移動手段の制御のために前記レベル変化特性上
で設定されている許容範囲を、前記算出された傾き値と
前記基準値との差に応じて補正する補正手段とを備えた
ことを特徴とする面位置設定装置。
1. A light projecting means for projecting a light flux from a diagonal direction onto a predetermined portion of the substrate surface, and a reflected light flux of the light flux on the substrate surface is received, and a photoelectric signal is output according to a change in the light receiving position. Light receiving means, an arithmetic circuit that outputs a deviation signal according to a deviation amount of the substrate surface with respect to a predetermined reference surface based on the photoelectric signal, and the substrate as the reference surface based on the deviation signal. In a surface position setting device provided with a substrate moving means for moving and setting to a predetermined position in a vertical direction, a level change of the deviation signal caused when the substrate surface and the reference surface are relatively displaced, Level change detecting means for detecting within a range having a substantially linear relationship with the deviation amount; and the level change characteristic at a point where the substrate surface and the reference plane substantially match each other based on the characteristic of the detected level change. Up And inclination calculation means for calculating an inclination value;
A correction unit that corrects an allowable range set on the level change characteristic for controlling the substrate moving unit according to a difference between the calculated inclination value and the reference value. Surface position setting device.
【請求項2】 前記補正手段は、 前記基板表面が設定されるべき目標面と前記基準表面と
の偏差に対応したオフセットを、 前記受光手段、前記演算回路、もしくは前記基板移動手
段のうちの少なくとも1つに与えるオフセット発生手段
を含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。
2. The correcting means determines an offset corresponding to a deviation between a target surface on which the substrate surface is to be set and the reference surface, from at least the light receiving means, the arithmetic circuit, or the substrate moving means. The apparatus of claim 1 including offset generating means for providing one.
【請求項3】 基板表面上の複数の所定部分に斜め方向
から光束を投射する投光手段と、前記基板表面上の複数
の所定部分の夫々からの反射光束を個別に受光し、受光
位置の変化に応じた光電信号を出力する複数の光電素子
を含む受光手段と、前記複数の光電信号の夫々に基づい
て、前記基板表面上の複数の所定部分の予め定められた
基準面に対する各偏差量に応じた偏差信号を個別に出力
する演算回路と、該複数の偏差信号のうち少なくとも1
つの偏差信号に基づいて前記基板を基準面と垂直な方
向、または基準面と傾斜した方向に移動させる移動手段
とを備えた面位置設定装置において、 前記基板表面上の複数の所定部分の夫々と前記基準面と
を、該基準面と垂直な方向に相対的に変位させたときに
生じる各偏差信号のレベル変化の特性を、 前記偏差量とほぼ線形な関係にある範囲内で個別に検出
するレベル変化検出手段と;前記基板表面上の複数の所
定部分の夫々が前記基準面とほぼ一致した点における前
記複数のレベル変化特性上の夫々の傾き値を算出する傾
き算出手段と;前記複数の所定部分毎に前記偏差量の許
容範囲を揃えるために、前記複数のレベル変化特性の夫
々に対して設定される許容レベル変化範囲を、前記複数
の所定部分毎に算出された傾き値に応じて個別に補正す
る補正手段とを備えたことを特徴とする面位置設定装
置。
3. A light projecting means for projecting a light beam from a plurality of predetermined portions on the surface of the substrate in an oblique direction, and a reflected light beam from each of the plurality of predetermined portions on the surface of the substrate are individually received, and Based on each of the plurality of photoelectric signals and a plurality of photoelectric elements that output a photoelectric signal according to the change, based on each of the plurality of photoelectric signals, each deviation amount of a plurality of predetermined portions on the substrate surface with respect to a predetermined reference plane An arithmetic circuit for individually outputting a deviation signal according to the above, and at least one of the plurality of deviation signals
In a plane position setting device comprising a moving means for moving the substrate in a direction perpendicular to the reference plane or in a direction inclined to the reference plane based on one deviation signal, each of a plurality of predetermined portions on the substrate surface. The characteristic of the level change of each deviation signal generated when the reference surface is relatively displaced in the direction perpendicular to the reference surface is individually detected within a range having a substantially linear relationship with the deviation amount. Level change detection means; inclination calculation means for calculating respective inclination values on the plurality of level change characteristics at points where each of a plurality of predetermined portions on the substrate surface substantially coincides with the reference surface; In order to align the allowable range of the deviation amount for each predetermined portion, the allowable level change range set for each of the plurality of level change characteristics is set according to the inclination value calculated for each of the plurality of predetermined parts. Individually Surface position setting device being characterized in that a positive correcting means.
【請求項4】 位置設定すべき基板を所定の基準面とほ
ぼ平行に保持して、該基準面と垂直な方向に移動させる
移動手段と、前記基板の表面上に設定される複数の測定
点を有し、前記基準面と垂直な方向に関して前記複数の
測定点の夫々の前記基準面からの位置偏差量を計測し、
該偏差量に応じた偏差信号を各測定点ごとに出力する多
点計測手段と、該各測定点ごとに出力された複数の偏差
信号のうち少なくとも1つの偏差信号に基づいて、 前記移動手段を制御する制御手段とを備えた面位置設定
装置において、 前記複数の測定点の夫々について、前記偏差量の変化に
対する前記偏差信号のレベル変化の割合を検出する変化
率検出手段と;前記基板を前記移動手段によって位置設
定するときに前記基板上の各測定点の前記基準面からの
許容偏差量がほぼ同一になるように、前記検出された各
測定点ごとの変化率に基づいて、 前記偏差信号のレベル変化上での許容範囲を前記複数の
測定点の夫々に対して個別に設定する許容範囲設定手段
とを備えたことを特徴とする面位置設定装置。
4. A moving means for holding a substrate to be positioned substantially parallel to a predetermined reference plane and moving it in a direction perpendicular to the reference plane, and a plurality of measurement points set on the surface of the substrate. And measuring the amount of positional deviation from each of the reference planes of the plurality of measurement points with respect to a direction perpendicular to the reference plane,
Based on at least one deviation signal of a plurality of deviation signals output for each measuring point, a multipoint measuring means for outputting a deviation signal corresponding to the deviation amount for each measuring point, A surface position setting device including control means for controlling; change rate detecting means for detecting a rate of change in level of the deviation signal with respect to change in the deviation amount at each of the plurality of measurement points; On the basis of the rate of change of each of the detected measurement points, the deviation signal is set so that the allowable deviation amounts of the measurement points on the substrate from the reference surface are substantially the same when the position is set by the moving means. And a permissible range setting means for individually setting the permissible range on the level change of each of the plurality of measurement points.
【請求項5】 請求項第4項に記載の面位置設定装置
を、投影光学系を介してマスクの基板のパターンの像を
感光基板上に結像投影する投影露光装置に設け、前記投
影光学系の光軸と垂直な面を前記基準面として前記マス
ク基板と感光基板のいずれか一方を前記移動手段によっ
て位置設定することを特徴とする投影露光装置用の面位
置設定装置。
5. A projection exposure apparatus for projecting an image of a pattern of a mask substrate onto a photosensitive substrate through a projection optical system, wherein the surface position setting device according to claim 4 is provided, and the projection optical system is provided. A surface position setting device for a projection exposure apparatus, wherein one of the mask substrate and the photosensitive substrate is set by the moving means with the surface perpendicular to the optical axis of the system as the reference surface.
【請求項6】 請求項第5項に記載の装置において、前
記投影露光装置は、前記感光基板を保持して前記投影光
学系の光軸方向に移動させるZステージを前記移動手段
として有し、さらに該Zステージには前記マスクを装着
した状態で前記投影光学系の投影像面の前記基準面に対
する傾き、もしくは湾曲を計測するための基準マークを
形成した基準板が設けられることを特徴とする面位置設
定装置。
6. The apparatus according to claim 5, wherein the projection exposure apparatus has a Z stage that holds the photosensitive substrate and moves the photosensitive substrate in an optical axis direction of the projection optical system, as the moving unit. Further, the Z stage is provided with a reference plate on which a reference mark is formed for measuring inclination or curvature of the projection image plane of the projection optical system with respect to the reference plane with the mask attached. Surface position setting device.
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