JPH0645228A - Projection aligner - Google Patents

Projection aligner

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JPH0645228A
JPH0645228A JP4217338A JP21733892A JPH0645228A JP H0645228 A JPH0645228 A JP H0645228A JP 4217338 A JP4217338 A JP 4217338A JP 21733892 A JP21733892 A JP 21733892A JP H0645228 A JPH0645228 A JP H0645228A
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JP
Japan
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optical system
projection optical
light
exposure
projection
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4217338A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Okumura
正彦 奥村
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP4217338A priority Critical patent/JPH0645228A/en
Publication of JPH0645228A publication Critical patent/JPH0645228A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • 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
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor

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 measure imaging characteristics such as a curve of image plane immediately before an actual exposure of a projection optical system with a good throughput without using a test reticle. CONSTITUTION:A projection aligner comprises a reference member 20 which is installed on a Z-stage 14 and in which two slight openings 21a and 21b having each different optical path length to a projection optical system PL are formed with the openings closed each other illumination systems 26 and 27 in which their slight openings 21a and 21b are illuminated from the side of the Z-stage 14 with a light beam having the same wavelength as an exposure beam and the transmission beam is emitted into a reticle through the projection optical system PL, and a photoelectric transducer for performing a photoelectric transduction of the beam which is reflected from the reticle and is transmitted in each slight openings 21a and 21b again through the projection optical system PL.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置に関し、特
に半導体集積回路製造用又は大型液晶基板製造用の投影
光学系の結像特性を計測する機構を備えた投影露光装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus, and more particularly to a projection exposure apparatus equipped with a mechanism for measuring the image forming characteristics of a projection optical system for manufacturing semiconductor integrated circuits or large liquid crystal substrates.

【0002】[0002]

【従来の技術】投影光学系の結像特性を計測し、マスク
パターンの結像状態が最高の状態となるように投影光学
系を補正する技術は特開昭60−26343号公報、特
開昭63−306626号公報あるいは特開平1−27
3318号公報などで開示されている。
2. Description of the Related Art Techniques for measuring the image forming characteristics of a projection optical system and correcting the projection optical system so that the image forming state of a mask pattern is the best are disclosed in JP-A-60-26343 and JP-A-60-26343. 63-306626 or JP-A-1-27.
It is disclosed in Japanese Patent No. 3318.

【0003】それらの内で、特開昭60−26343号
公報に開示されているものは、微小線要素を有するテス
トレチクルと、ステージ上に設置され、微小スリットを
介して前記テストレチクルの透過光を受光する受光素子
とを備え、ステージをZ軸(投影光学系の光軸に平行な
軸)上に昇降させるときに得られる受光素子からの出力
信号の変化に基づいて、投影光学系の特性、たとえば像
面傾斜や像面湾曲を求めている。そして、この計測結果
に基づいて投影光学系の結像特性を補正するものであ
る。
Among them, the one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-26343 discloses a test reticle having a minute line element and a transmitted light of the test reticle which is installed on a stage and passes through a minute slit. The characteristics of the projection optical system based on the change in the output signal from the light receiving element, which is provided when the stage is moved up and down on the Z axis (axis parallel to the optical axis of the projection optical system). , For example, the inclination of the image plane or the curvature of the image plane is obtained. Then, the image forming characteristic of the projection optical system is corrected based on the measurement result.

【0004】また、特開昭63−306626号公報又
は特開平1−273318号公報に開示されているもの
は、基準マークを有しステージ上に設けられた基準部材
と、特殊な基準マークを有するテストレチクルとを備
え、基準部材をその下面から照明し、基準部材およびテ
ストレチクルの各基準マークを透過した光束を受光して
投影光学系の結像特性を計測可能としたものである。そ
して、露光光の吸収に起因した温度上昇などによる投影
光学系の結像特性の変動を予め予測し、その結果に基づ
いて露光時の結像特性の変動を予測して補正が行われ
る。これらの装置によれば、露光時の熱エネルギーによ
る投影光学系の結像特性、たとえば、像面傾斜や像面湾
曲などの変動をリアルタイムに補正できる。
Further, the one disclosed in JP-A-63-306626 or JP-A-1-273318 has a reference member provided on the stage with a reference mark and a special reference mark. A test reticle is provided, and the reference member is illuminated from the lower surface thereof, and the luminous flux transmitted through each reference mark of the reference member and the test reticle is received to enable measurement of the imaging characteristics of the projection optical system. Then, a change in the image forming characteristic of the projection optical system due to a temperature rise due to the absorption of the exposure light is predicted in advance, and based on the result, the change in the image forming characteristic at the time of exposure is predicted and corrected. According to these devices, it is possible to correct, in real time, the image forming characteristics of the projection optical system due to thermal energy during exposure, such as variations in image plane inclination and image plane curvature.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のTTL(スルー・ザ・レンズ)方式による焦点位置検
出を行って結像特性を計測する装置においては、特定の
マークをもつレチクル(テストレチクルまたは露光領域
の周辺に特定マークが形成された実際のレチクル)を必
要とした。このため、第1に計測のたびにテストレチク
ルを使用して結像特性を計測し、結像特性を補正する場
合のスループットの低下を免れない。さらに、テストレ
チクルを用いた場合、露光直前の実レチクルのパターン
の各部分についての合焦点位置を測定することはでき
ず、実露光直前の投影光学系の結像特性を正確に検出す
ることはできなかった。
However, in the apparatus for detecting the focus position by the TTL (through-the-lens) method of this type to measure the imaging characteristics, a reticle (test reticle or test reticle having a specific mark) is used. An actual reticle with specific marks formed around the exposure area was required. Therefore, first, it is inevitable that the throughput is reduced when the imaging characteristic is measured using the test reticle for each measurement and the imaging characteristic is corrected. Furthermore, when a test reticle is used, it is not possible to measure the in-focus position for each part of the pattern of the actual reticle immediately before exposure, and it is not possible to accurately detect the imaging characteristics of the projection optical system immediately before actual exposure. could not.

【0006】第2に、テストレチクルを用いず、実際の
デバイスレチクル(実レチクル)を使用して投影光学系
の結像特性を検出する場合、露光領域周辺に形成された
マークを使用して像面状態が測定されるが、転写領域内
の各部分にマークを配置することは非現実的であり、回
路パターンの集積度に悪影響を及ぼす。このため露光領
域の中央部での焦点検出はできず、投影光学系の像面湾
曲や像面傾斜を計測することは困難であるという不都合
があった。
Secondly, when the image forming characteristic of the projection optical system is detected by using an actual device reticle (actual reticle) without using the test reticle, the image is formed by using the marks formed around the exposure area. Although the surface condition is measured, it is unrealistic to arrange the marks in each part in the transfer area, which adversely affects the degree of integration of the circuit pattern. For this reason, the focus cannot be detected at the center of the exposure area, and it is difficult to measure the curvature of field or the tilt of the image plane of the projection optical system.

【0007】また、TTL方式の焦点位置検出系の光学
系とレチクルとの焦点合わせを予め行う必要があった
り、さらに、ステージを光軸と垂直方向に走査させた
り、ステージを光軸方向に一旦移動させたのち、この光
軸と垂直な方向での走査を繰り返す必要がある。このた
め、焦点検出のために時間がかかりスループットの低下
を招いていた。
Further, it is necessary to previously perform focusing between the reticle and the optical system of the focus position detection system of the TTL system, and further, the stage is made to scan in the direction perpendicular to the optical axis, or the stage is temporarily moved in the optical axis direction. After moving, it is necessary to repeat scanning in the direction perpendicular to this optical axis. Therefore, it takes a long time to detect the focus, which causes a decrease in throughput.

【0008】本発明は斯かる点に鑑み、テストレチクル
などを使用することなく投影光学系の実露光直前の像面
湾曲、像面傾斜、平均焦点面等の結像特性をスループッ
ト良く計測できるとともに、投影光学系の結像特性を補
正できる投影露光装置を提供することを目的とする。
In view of the above point, the present invention can measure the image forming characteristics such as the field curvature, the image surface inclination, and the average focal plane of the projection optical system immediately before the actual exposure with a high throughput without using a test reticle or the like. An object of the present invention is to provide a projection exposure apparatus capable of correcting the image forming characteristic of the projection optical system.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、例えば図1及び図2に示す如く、マスク(R)を
露光光(IL)で均一に照明する第1の照明系(1,
6,9a,9b,13)と、そのマスクのパターンの像
を結像面上に形成する投影光学系(PL)と、この投影
光学系の結像面に感光基板(W)の露光面がほぼ一致す
るようにこの感光基板を保持してその投影光学系の光軸
方向及びこの光軸と垂直な方向に移動自在なステージ
(14,15)とを有する投影露光装置において、その
ステージ(14,15)上に配置され、その投影光学系
(PL)に対する光路長がそれぞれ異なる複数の微小開
口部(21a,21b)が近接して形成された基準部材
(20)と、それら複数の微小開口部をその露光光又は
その露光光とほぼ等しい波長の光でそのステージ(1
4,15)側から照明し、その複数の微小開口部を透過
した透過光をその投影光学系を介してそのマスクに入射
させる第2の照明系(1,23,25,26)とを有す
る。
A projection exposure apparatus according to the present invention includes a first illumination system (1, 1) for uniformly illuminating a mask (R) with exposure light (IL) as shown in FIGS. 1 and 2, for example.
6, 9a, 9b, 13), a projection optical system (PL) for forming an image of the pattern of the mask on the image plane, and the exposure surface of the photosensitive substrate (W) on the image plane of the projection optical system. In a projection exposure apparatus having a stage (14, 15) which holds the photosensitive substrate so as to be substantially aligned and is movable in the optical axis direction of the projection optical system and in a direction perpendicular to the optical axis, the stage (14 , 15) and a plurality of minute apertures (21a, 21b) that are arranged close to each other and have different optical path lengths to the projection optical system (PL), and the plurality of minute apertures. The stage (1) is exposed to the exposure light or light having a wavelength substantially equal to the exposure light.
4, 15) side, and a second illumination system (1, 23, 25, 26) for making transmitted light that has passed through the plurality of minute apertures enter the mask through the projection optical system. .

【0010】更に、本発明は、この第2の照明系による
照明によってそのマスク(R)に達した光の内で、その
マスク(R)により反射されて、その投影光学系(P
L)を介して再びそれら複数の微小開口部(21a,2
1b)のそれぞれを透過した光を個別に光電変換信号す
る光電変換手段(28,51)と、この光電変換手段か
ら出力される複数の光電変換信号(SA,SB)に基づ
いて、その投影光学系の結像面のそれら複数の微小開口
部の位置でのその投影光学系の光軸方向の位置を検出す
る像面状態検出手段(32A)と、この像面状態検出手
段で検出された各位置情報に基づいて、前記投影光学系
の焦点位置、像面傾斜及び像面湾曲の中の少なくとも1
つの結像特性を算出する結像特性算出手段(32B)と
を有するものである。
Further, according to the present invention, in the light reaching the mask (R) by the illumination by the second illumination system, the light reflected by the mask (R) is reflected by the projection optical system (P).
L) through the plurality of minute openings (21a, 2) again.
1b) photoelectric conversion means (28, 51) for individually photoelectrically converting the light transmitted therethrough, and the projection optics based on a plurality of photoelectric conversion signals (SA, SB) output from the photoelectric conversion means. Image plane state detection means (32A) for detecting the positions in the optical axis direction of the projection optical system at the positions of the plurality of minute apertures on the image plane of the system, and each detected by the image plane state detection means. Based on the position information, at least one of the focus position, the image plane tilt, and the field curvature of the projection optical system.
And an image forming characteristic calculating means (32B) for calculating one image forming characteristic.

【0011】この場合、それら複数の微小開口部(21
a,21b)には光透過部と遮光部とよりなるパターン
の他に位相型の回折格子等もを含むものである。また、
その基準部材(20)に形成されたその投影光学系(P
L)に対する光路長がそれぞれ異なる複数の微小開口部
の一例は、例えば図2(a)に示すように、その基準部
材(20)上の段差により光路長が変えられているもの
である。また、その基準部材(20)に形成されたその
投影光学系(PL)に対する光路長がそれぞれ異なる複
数の微小開口部の他の例は、例えば図2(b)に示すよ
うに、その基準部材(20)上に設けられた位相シフタ
ー(54)により光路長が変えられているものである。
In this case, the plurality of minute openings (21
a, 21b) includes a phase type diffraction grating and the like in addition to a pattern composed of a light transmitting portion and a light shielding portion. Also,
The projection optical system (P
An example of a plurality of minute openings having different optical path lengths with respect to L) is that the optical path length is changed by the step on the reference member (20), as shown in FIG. 2 (a), for example. Another example of a plurality of minute apertures formed in the reference member (20) and having different optical path lengths with respect to the projection optical system (PL) is, for example, as shown in FIG. The optical path length is changed by the phase shifter (54) provided on (20).

【0012】[0012]

【作用】斯かる本発明によれば、マスク(R)のパター
ン面と投影光学系(PL)に関してほぼ共役な面又はそ
の近傍に設けられた複数の微小開口部(21a,21
b)が投影光学系(PL)と反対側から露光光又は露光
光と略等しい波長の光で照明され、それら複数の微小開
口部を透過した光が投影光学系を介してマスクに到達す
る。そして、マスクの裏面で反射した光は投影光学系を
介して再び複数の微小開口部のそれぞれを透過して個別
に光電変換手段(28,51)に入射する。投影光学系
に関してマスクの裏面と複数の微小開口部とが光学的に
共役な位置、つまり微小開口部がマスクの裏面のパター
ンの投影光学系による結像位置(合焦位置)にあると
き、光電変換手段に入射する光量が最大(又は最小)と
なるということを用いて、投影光学系の結像面が検出さ
れる。
According to the present invention, a plurality of minute apertures (21a, 21) provided on or near the plane substantially conjugate with the pattern surface of the mask (R) and the projection optical system (PL).
b) is illuminated with exposure light or light having a wavelength substantially equal to that of the exposure light from the side opposite to the projection optical system (PL), and the light transmitted through the plurality of minute openings reaches the mask via the projection optical system. Then, the light reflected on the back surface of the mask again passes through each of the plurality of minute openings through the projection optical system and individually enters the photoelectric conversion means (28, 51). With respect to the projection optical system, when the back surface of the mask and the plurality of minute openings are optically conjugate with each other, that is, when the minute openings are at the image formation position (focus position) of the pattern on the back surface of the mask by the projection optical system, the photoelectric conversion is performed. The image plane of the projection optical system is detected by using the fact that the amount of light incident on the conversion means becomes maximum (or minimum).

【0013】この原理に従うと、例えば図2(a)の複
数の開口部の一方の開口部(21b)を透過して光電変
換手段に入射する光量に応じた信号SAと、他方の開口
部(21b)を透過して光電変換手段に入射する光量に
応じた信号SBとは、それぞれ図3(a)に示すよう
に、光軸方向(Z方向)に関して投影光学系に対する光
路長差に相当する位相差をもつ。この信号SAと信号S
Bとの差を取ると、図3(b)に示すような信号SCが
得られる。この信号SCは、一方の開口部(21b)と
他方の開口部(21b)との中間面(以下「開口部基準
面」とする)とマスクの結像面とがほぼ一致したときに
0になり、結像面の近傍では、結像面と開口部基準面と
の距離と信号SCの大きさとの関係はほぼ線形となる。
これを利用することにより、投影光学系の露光フィール
ド内の任意の位置での結像位置を、基準部材(20)を
光軸方向に走査することなく求めることができる。この
結果に基づいて結像特性を補正する。
According to this principle, for example, the signal SA corresponding to the amount of light which is transmitted through one opening (21b) of the plurality of openings in FIG. 2A and is incident on the photoelectric conversion means and the other opening ( 21b), the signal SB corresponding to the amount of light entering the photoelectric conversion means corresponds to the optical path length difference with respect to the projection optical system in the optical axis direction (Z direction), as shown in FIG. 3A. Has a phase difference. This signal SA and signal S
If the difference from B is taken, the signal SC as shown in FIG. 3B is obtained. This signal SC becomes 0 when the intermediate plane between one opening (21b) and the other opening (21b) (hereinafter referred to as "aperture reference plane") and the image plane of the mask substantially coincide with each other. In the vicinity of the image plane, the relationship between the distance between the image plane and the aperture reference plane and the magnitude of the signal SC is almost linear.
By utilizing this, the image forming position at an arbitrary position within the exposure field of the projection optical system can be obtained without scanning the reference member (20) in the optical axis direction. The imaging characteristic is corrected based on this result.

【0014】マスク裏面の反射率が異なる場合、結像面
と開口部基準面との距離と信号SCの大きさとの関係は
変化してしまうが、これは予め光軸方向に基準部材(2
0)を走査し、信号SCを取り込んでおくことで解決で
きる。また、信号SCが0と交差する点に基準部材(2
0)の光軸方向の位置を保ちつつ、ステージ(14,1
5)を光軸と直交する方向に走査すれば、この問題は回
避できる。
When the reflectance of the back surface of the mask is different, the relationship between the distance between the image plane and the reference plane of the opening and the magnitude of the signal SC changes, but this changes in advance along the optical axis in the reference member (2).
This can be solved by scanning 0) and capturing the signal SC. In addition, a reference member (2
0) while maintaining the position in the optical axis direction of the stage (14, 1
This problem can be avoided by scanning 5) in the direction orthogonal to the optical axis.

【0015】このように本発明においては、マスク
(R)に特定のマークを形成する必要がなく、実際のマ
スク(R)をセットした状態で、単に投影光学系(P
L)の露光領域に基準部材(20)を配置するだけで平
均像面位置、像面湾曲及び像面傾斜が求まるので高速に
投影光学系の結像特性を計測できる。さらに、この結像
特性の変動分をキャンセルするように結像特性補正手段
で補正すれば、常に良好な結像特性を維持することが可
能となる。
As described above, in the present invention, it is not necessary to form a specific mark on the mask (R), and the projection optical system (P) is simply used with the actual mask (R) set.
Since the average image plane position, the image plane curvature and the image plane inclination can be obtained only by disposing the reference member (20) in the exposure region of L), the image forming characteristics of the projection optical system can be measured at high speed. Further, if the image forming characteristic correcting means corrects the variation of the image forming characteristic, it is possible to always maintain a good image forming characteristic.

【0016】また、その基準部材(20)に形成された
その投影光学系に対する光路長がそれぞれ異なる複数の
微小開口部は、その基準部材上の段差により光路長が変
えられている場合には、その基準部材(20)の厚さが
比較的薄くて済む。更に、その基準部材(20)に形成
されたその投影光学系に対する光路長がそれぞれ異なる
複数の微小開口部は、その基準部材上に設けられた位相
シフター(54)により光路長が変えられている場合に
は、投影光学系に対する光路長が異なる複数の微小開口
部の形成が容易である。
Further, in the case where the plurality of minute apertures formed in the reference member (20) and having different optical path lengths with respect to the projection optical system have different optical path lengths due to the step on the reference member, The reference member (20) can be relatively thin. Further, the plurality of minute openings formed in the reference member (20) and having different optical path lengths with respect to the projection optical system are changed in optical path length by the phase shifter (54) provided on the reference member. In this case, it is easy to form a plurality of minute openings having different optical path lengths with respect to the projection optical system.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明による投影露光装置の一実施例
を図面を参照して説明する。図1は本実施例の投影露光
装置の概略的な構成を示し、この図1において、超高圧
水銀ランプ、エキシマレーザ光源等の露光用の照明光源
1は、g線、i線或いは紫外線パルス光(例えばKrF
エキシマレーザ光等)などのレジスト層を感光させるよ
うな波長(露光波長)の照明光ILを発生する。照明光
ILは、照明光の光路の閉鎖及び開放を行うシャッタ2
及び大部分(90%以上)の照明光を通過させるビーム
スプリッター4を通過した後、オプティカルインテグレ
ータ(フライアイレンズ)等を含む2次光源形成光学系
6に達する。このときミラー22は通常状態(露光時)
では光路から退避しており、後述するように投影光学系
PLの結像特性を計測するときのみ光軸上にモータや空
気圧によって移動する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the projection exposure apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus of this embodiment. In FIG. 1, an exposure illumination light source 1 such as an ultrahigh pressure mercury lamp or an excimer laser light source is a g-line, i-line or ultraviolet pulsed light. (For example, KrF
Illumination light IL having a wavelength (exposure wavelength) that sensitizes the resist layer such as excimer laser light is generated. The illumination light IL is a shutter 2 that closes and opens the optical path of the illumination light.
After passing through the beam splitter 4 that allows most (90% or more) of illumination light to pass therethrough, it reaches the secondary light source forming optical system 6 including an optical integrator (fly eye lens) and the like. At this time, the mirror 22 is in the normal state (during exposure)
In this case, the motor is retracted from the optical path, and it moves on the optical axis by a motor or air pressure only when measuring the image forming characteristics of the projection optical system PL as described later.

【0018】また、シャッタ2は駆動部3により照明光
の透過及び遮断を制御可能なように駆動される。また、
ビームスプリッター4で反射された照明光の一部は、P
INフォトダイオード等の光電検出器からなるパワーモ
ニタ5に入射する。パワーモニタ5は照明光ILを光電
変換して得られた光情報PSを主制御系32に出力し、
この光情報PSは露光中における投影光学系PLの結像
特性の変動量を求めるための基礎データとなっている
(詳細後述)。
The shutter 2 is driven by the drive unit 3 so that the transmission and blocking of the illumination light can be controlled. Also,
Part of the illumination light reflected by the beam splitter 4 is P
The light enters the power monitor 5 including a photoelectric detector such as an IN photodiode. The power monitor 5 outputs the optical information PS obtained by photoelectrically converting the illumination light IL to the main control system 32,
This optical information PS serves as basic data for obtaining a variation amount of the image forming characteristic of the projection optical system PL during exposure (details will be described later).

【0019】2次光源形成光学系6において光束の一様
化、スペックルの低減化等が行われた照明光ILは、反
射率の高いビームスプリッター7で反射された後に第1
リレーレンズ9a、可変レチクルブラインド10、第2
リレーレンズ9b及び開口絞りを経てミラー12に向か
う。ミラー12で垂直下方に反射された照明光ILは、
メインコンデンサーレンズ13によりレチクルRのパタ
ーン領域PAを均一な照度で照明する。可変レチクルブ
ラインド10の面はレチクルRと共役な結像関係にあ
り、駆動モータ11により可変レチクルブラインド10
を構成する可動ブレードを開閉させて開口位置、形状を
変えることによって、レチクルRの照明視野を任意に設
定することができる。また、本実施例では照明光ILの
照射によりウエハWから発生する反射光が、上記ビーム
スプリッター7を通過して光電検出器よりなる反射量モ
ニタ8に入射するように構成されている。反射量モニタ
8は反射光を光電検出して得られた光情報RSを主制御
系32に出力する。この光情報RSは露光中における投
影光学系PLの結像特性の変動量を求めるための基礎デ
ータとなる(詳細後述)。
The illumination light IL, which has been made uniform in luminous flux and reduced in speckles in the secondary light source forming optical system 6, is first reflected after being reflected by the beam splitter 7 having a high reflectance.
Relay lens 9a, variable reticle blind 10, second
It goes toward the mirror 12 through the relay lens 9b and the aperture stop. The illumination light IL reflected vertically downward by the mirror 12 is
The main condenser lens 13 illuminates the pattern area PA of the reticle R with a uniform illuminance. The surface of the variable reticle blind 10 and the reticle R are in a conjugate image forming relationship, and the variable reticle blind 10 is driven by the drive motor 11.
The illumination field of the reticle R can be arbitrarily set by opening and closing the movable blade constituting the above to change the opening position and shape. Further, in this embodiment, the reflected light generated from the wafer W by the irradiation of the illumination light IL passes through the beam splitter 7 and is incident on the reflection amount monitor 8 composed of a photoelectric detector. The reflection amount monitor 8 outputs the optical information RS obtained by photoelectrically detecting the reflected light to the main control system 32. The light information RS serves as basic data for obtaining a variation amount of the image forming characteristic of the projection optical system PL during exposure (details will be described later).

【0020】レチクルRは投影光学系PLの光軸AXと
垂直な面内で2次元移動可能なレチクルステージRST
上に載置され、パターン領域PAの中心点が投影光学系
PLの光軸AXと一致するように位置決めが行われる。
レチクルRの初期設定は、レチクル周辺のアライメント
マーク(不図示)を光電検出するレチクルアライメント
系RAからのマーク検出信号に基づいて、レチクルステ
ージRSTを微動することにより行われる。レチクルR
は不図示のレチクル交換器により適宜交換されて使用さ
れる。特に多品種少量生産を行う場合、交換は頻繁に行
われる。
The reticle R is a reticle stage RST that is two-dimensionally movable in a plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL.
The positioning is performed so that the center point of the pattern area PA is placed on the optical axis AX of the projection optical system PL.
Initialization of the reticle R is performed by finely moving the reticle stage RST based on a mark detection signal from a reticle alignment system RA that photoelectrically detects an alignment mark (not shown) around the reticle. Reticle R
Are used after being appropriately replaced by a reticle exchanger (not shown). Especially when performing high-mix low-volume production, replacement is frequently performed.

【0021】さて、レチクルRのパターン領域PAを通
過した照明光ILは、両側(又は片側)テレセントリッ
クな投影光学系PLに入射し、投影光学系PLはレチク
ルRの回路パターンの投影像を、表面にレジスト層が形
成されているウエハW上の1つのショット領域に重ね合
わせて投影(結像)する。ウエハWは不図示のレベリン
グステージ上に載置され、このレベリングステージは、
駆動モータ17により投影光学系PLの光軸方向(Z方
向)に微動可能なZステージ14上に設けられている。
さらにZステージ14は、駆動モータ18によりステッ
プ・アンド・リピート方式で2次元移動可能なXYステ
ージ15上に載置され、XYステージ15はウエハW上
の1つのショット領域に対するレチクルRの転写露光が
終了すると、ウエハ上の次のショット領域が投影光学系
PLの露光領域と一致するまで移動される。XYステー
ジ15の2次元的な位置は干渉計19によって、例えば
0.01μm程度の分解能で常時検出され、Zステージ
14の端部には干渉計19からのレーザビームを反射す
る移動鏡14mが固定されている。干渉計19と移動鏡
14mはX方向とY方向の位置検出用として一対ずつ設
けられている。
The illumination light IL which has passed through the pattern area PA of the reticle R is incident on both sides (or one side) of the telecentric projection optical system PL, which projects the projected image of the circuit pattern of the reticle R onto the surface. It is projected (imaged) on one shot area on the wafer W on which the resist layer is formed. The wafer W is placed on a leveling stage (not shown), and the leveling stage
It is provided on a Z stage 14 that can be finely moved in the optical axis direction (Z direction) of the projection optical system PL by a drive motor 17.
Further, the Z stage 14 is mounted on the XY stage 15 which can be two-dimensionally moved by the step-and-repeat method by the drive motor 18, and the XY stage 15 transfers and exposes the reticle R onto one shot area on the wafer W. When finished, the next shot area on the wafer is moved until it coincides with the exposure area of the projection optical system PL. The two-dimensional position of the XY stage 15 is constantly detected by the interferometer 19 with a resolution of, for example, about 0.01 μm, and a movable mirror 14m that reflects the laser beam from the interferometer 19 is fixed to the end of the Z stage 14. Has been done. The interferometer 19 and the movable mirror 14m are provided in pairs for position detection in the X and Y directions.

【0022】また、Zステージ14上には光電検出器よ
りなる照射量モニタ16が設けられている。この照射量
モニタ16の受光面は例えば投影光学系PLのイメージ
フィールド又はレチクルパターンの投影領域とほぼ同じ
面積であり、その受光面がウエハWの表面位置とほぼ一
致するように照射量モニタ16がZステージ14上に設
けられている。この照射量モニタ16から得られるウエ
ハW上のショット領域の照射量に関する情報LSは主制
御系32に送られ、露光中における投影光学系PLの結
像特性の変動量を求めるための基礎データとなっている
(詳述後述)。
Further, an irradiation amount monitor 16 composed of a photoelectric detector is provided on the Z stage 14. The light receiving surface of the dose monitor 16 has substantially the same area as, for example, the image field of the projection optical system PL or the projection area of the reticle pattern, and the dose monitor 16 is set so that the light receiving surface substantially coincides with the surface position of the wafer W. It is provided on the Z stage 14. Information LS on the irradiation amount of the shot area on the wafer W obtained from the irradiation amount monitor 16 is sent to the main control system 32, and basic data for obtaining the variation amount of the image forming characteristic of the projection optical system PL during exposure. (Detailed later).

【0023】さらにZステージ14上には投影光学系P
Lの結像特性、例えば焦点位置、像面湾曲、像面傾斜を
測定する際に用いられる基準部材20が設けられてい
る。図4はこの基準部材20の平面図であり、この図4
において、半径Lの円は投影光学系PLの最大露光領域
(イメージフィールド)IFを示し、この円に内接する
正方形は実際にウエハに露光する場合の最大正方形チッ
プ領域CHを示している。図4に示すように、基準部材
20の表面上のイメージフィールドIFの中心部に段差
付き微小開口部21が設けられる。
Further, a projection optical system P is mounted on the Z stage 14.
A reference member 20 used when measuring the image forming characteristics of L, for example, the focus position, the field curvature, and the image surface inclination is provided. FIG. 4 is a plan view of the reference member 20.
In, the circle with the radius L indicates the maximum exposure area (image field) IF of the projection optical system PL, and the square inscribed in this circle indicates the maximum square chip area CH when actually exposing the wafer. As shown in FIG. 4, a stepped minute opening 21 is provided in the center of the image field IF on the surface of the reference member 20.

【0024】図2(a)はその基準部材20の段差付き
微小開口部21を示し、この図2(a)に示すように、
微小開口部21は投影光学系PLの光軸AX方向(Z方
向)で下段の開口パターン部21aと上段の開口パター
ン部21bとが隣接した構成となっている。下段の開口
パターン部21aと上段の開口パターン部21bとのZ
方向の段差はΔZ(図3(a)中の信号SA,SBの裾
の部分が重なり合う程度)である。また、基準部材20
の底部にシャッター部材51が配置され、シャッター部
材51はそれら開口パターン部21a及び21bのそれ
ぞれの底部に対応する領域52a及び52bを選択的に
覆うことができる。
FIG. 2A shows a stepped minute opening 21 of the reference member 20. As shown in FIG.
The minute opening 21 is configured such that the lower opening pattern portion 21a and the upper opening pattern portion 21b are adjacent to each other in the optical axis AX direction (Z direction) of the projection optical system PL. Z between the lower opening pattern portion 21a and the upper opening pattern portion 21b
The step in the direction is ΔZ (to the extent that the skirts of the signals SA and SB in FIG. 3A overlap). In addition, the reference member 20
The shutter member 51 is disposed at the bottom of the shutter member 51, and the shutter member 51 can selectively cover the regions 52a and 52b corresponding to the bottoms of the opening pattern portions 21a and 21b.

【0025】図5(a)はその微小開口部21の下段の
開口パターン部21a及び上段の開口パターン部21b
の開口パターンの一例を示し、図5(b)は下段の開口
パターン部21a及び上段の開口パターン部21bの開
口パターンの他の例を示す。図5(a)及び(b)にお
いて、暗部は遮光部、明部は光透過部である。即ち、そ
の段差付き微小開口部21に設けられるパターンは例え
ば図5(a)に示す市松模様や図5(b)に示す格子パ
ターンであり、図1の基準部材20の表面の高さとウエ
ハWの表面の高さとはほぼ一致しているのが望ましい。
FIG. 5A shows the lower opening pattern portion 21a and the upper opening pattern portion 21b of the minute opening 21.
5B shows another example of the opening patterns of the lower opening pattern portion 21a and the upper opening pattern portion 21b. In FIGS. 5A and 5B, the dark portion is a light shielding portion and the bright portion is a light transmitting portion. That is, the pattern provided in the stepped minute opening 21 is, for example, a checkerboard pattern shown in FIG. 5A or a lattice pattern shown in FIG. 5B, and the height of the surface of the reference member 20 shown in FIG. It is desirable that the height and the height of the surface of the are almost the same.

【0026】段差付き微小開口部21に設けられる開口
パターンの形状としては、その投影像がレチクルR上の
回路パターンに完全に重ならないものを選択する必要が
ある。これは、開口パターンの投影像が開口パターンに
完全に重なるような場合、開口部21を透過するレチク
ルRからの反射光の光量変化(詳細後述)の極大又は極
小が得られる位置が必ずしも合焦点とは限らなくなるた
めである。
As the shape of the opening pattern provided in the stepped minute opening portion 21, it is necessary to select a shape whose projected image does not completely overlap the circuit pattern on the reticle R. This is because when the projected image of the aperture pattern completely overlaps the aperture pattern, the position at which the maximum or minimum of the change in the amount of light reflected from the reticle R (which will be described later in detail) that passes through the aperture 21 is obtained is not always the focal point. This is because that is not always the case.

【0027】ここで、開口パターンを図5(a)に示す
ような市松模様のパターンとすることにより、この回路
パターンによる影響を低減することができ、さらに投影
光学系PLの非点収差の影響を避けることができる。ま
た、図5(b)に示すような格子パターンでも、その格
子の長手方向を回路パターンの辺と10〜30°程度傾
けるようにすれば回路パターンの影響を低減することが
できる。これは、半導体製造に用いられる回路パターン
は直交する縦及び横のパターン(0°及び90°のパタ
ーン)が多いからである。さらに、開口パターンの形状
を回路パターンのいずれの線とも平行とならないような
複数の平行線状とするのがよく、投影光学系PLの非点
収差の影響を避ける意味でも平行線を直交させるとよ
い。また、SN比がベストとなるように開口パターンの
遮光部と透過部との面積比を1対1とすることが望まし
い。
Here, by making the opening pattern a checkered pattern as shown in FIG. 5A, the influence of this circuit pattern can be reduced, and the influence of astigmatism of the projection optical system PL can be reduced. Can be avoided. Even in the lattice pattern shown in FIG. 5B, the influence of the circuit pattern can be reduced by inclining the longitudinal direction of the lattice with the sides of the circuit pattern by about 10 to 30 °. This is because there are many vertical and horizontal patterns (0 ° and 90 ° patterns) which are orthogonal to each other in the circuit pattern used for semiconductor manufacturing. Further, it is preferable that the shape of the aperture pattern is a plurality of parallel line shapes that are not parallel to any line of the circuit pattern, and if the parallel lines are made orthogonal to each other in order to avoid the influence of astigmatism of the projection optical system PL. Good. Further, it is desirable to set the area ratio of the light-shielding portion and the transmission portion of the opening pattern to 1: 1 so that the SN ratio becomes the best.

【0028】また、基準部材20の微小開口部21の開
口パターン部21a及び21bのパターンとして図5
(c)に示すように複数の方向性を持ったラインアンド
スペースの平行線を用いて、各方向の平行線からの透過
光を独立に検出する光電検出器を設ければ、露光フィー
ルド内の任意の点での非点収差を測定することも可能で
ある。なお、図2(a)のように段差付き微小開口部2
1を用いる他に、図2(b)に示すように、基準部材2
0上のパターン形成部53a及び53bの一部の形成部
53a上にガラスなどの透明な位相部材54を設けたも
のを使用してもよい。位相部材54によって光路長が変
化するので段差と同様な効果を実現できる。ガラスは屈
折率が大きいため光路長が伸びて、パターン形成部53
aは、パターン形成部53bから段差ΔZ下の面56に
存在するのと等価になる。パターン形成部53bと面5
6との中間の面は基準部材20の表面55と一致してい
る。透明な位相部材54の屈折率をn、パターン形成部
53aの上の厚さをtとすると、段差(光路長差)ΔZ
は、ΔZ=(n−1)tで与えられる。
As a pattern of the opening pattern portions 21a and 21b of the minute opening portion 21 of the reference member 20, FIG.
As shown in (c), if a photoelectric detector that independently detects the transmitted light from the parallel lines in each direction by using parallel lines and space lines having a plurality of directions is provided in the exposure field. It is also possible to measure astigmatism at any point. In addition, as shown in FIG.
1 is used, the reference member 2 is used as shown in FIG.
It is also possible to use a transparent phase member 54 such as glass provided on a part of the pattern forming portions 53a and 53b above the pattern forming portion 53a. Since the optical path length is changed by the phase member 54, the same effect as the step can be realized. Since the glass has a large refractive index, the optical path length is extended, and the pattern forming portion 53
a is equivalent to being present on the surface 56 below the step ΔZ from the pattern forming portion 53b. Pattern forming portion 53b and surface 5
The surface intermediate 6 is coincident with the surface 55 of the reference member 20. Assuming that the refractive index of the transparent phase member 54 is n and the thickness above the pattern forming portion 53a is t, the step (optical path length difference) ΔZ.
Is given by ΔZ = (n−1) t.

【0029】さて、図1において微小開口部21はその
下方(ステージ側)から計測照明系LLによって照明さ
れている。計測照明系LLは、照明光ILの光路中に不
図示の駆動装置によって挿入されるミラー22、ビーム
スプリッター23、集光レンズ24、光ファイバ25、
集光レンズ26、ミラー27及びシャッター部材51か
ら成り、照明光ILをXYステージ15内に導いて微小
開口部21の隣接する開口パターンを選択的に照明す
る。微小開口部21から射出された照明光は投影光学系
PLを介してレチクルRに達し、レチクルRの裏面(パ
ターン面)によって反射され、再び投影光学系PLを介
して微小開口部21に戻る。この反射光は微小開口部2
1を透過した後、シャッター部材51、ミラー27、集
光レンズ24、光ファイバ25、集光レンズ26及びビ
ームスプリッター23を介してフォトマルチプライア又
はフォトダイオード等で構成される光電検出器28に入
射し、光電検出器28で光電変換されて検出信号SA又
はSBとなる。
Now, in FIG. 1, the minute opening 21 is illuminated from below (on the stage side) by the measurement illumination system LL. The measurement illumination system LL includes a mirror 22, a beam splitter 23, a condenser lens 24, an optical fiber 25, which is inserted into the optical path of the illumination light IL by a driving device (not shown).
It is composed of a condenser lens 26, a mirror 27, and a shutter member 51, and guides the illumination light IL into the XY stage 15 to selectively illuminate the adjacent aperture pattern of the minute aperture 21. The illumination light emitted from the minute opening 21 reaches the reticle R via the projection optical system PL, is reflected by the back surface (pattern surface) of the reticle R, and returns to the minute opening 21 via the projection optical system PL again. This reflected light has a small opening 2
After passing through 1, the light enters through a shutter member 51, a mirror 27, a condenser lens 24, an optical fiber 25, a condenser lens 26 and a beam splitter 23 to a photoelectric detector 28 composed of a photomultiplier, a photodiode or the like. Then, it is photoelectrically converted by the photoelectric detector 28 and becomes the detection signal SA or SB.

【0030】検出信号SAは図2(a)の下段の開口パ
ターン部21aを通過した光の検出信号であり、検出信
号SBは図2(a)の上段の開口パターン部21bを通
過した光の検出信号である。ここで、図示は省略してい
るが、計測照明系LLは段差付き微小開口21の各段を
それぞれ照明し、光電検出器28は反射光を別個に受光
するように構成してもよい。また、図1のようなシャッ
ター部材51を設けなくとも、基準部材20の裏面全体
を照明するとともに、光電検出器28からの信号に電気
的にマスキングをかけて、所望の段の開口からの反射光
に対応する信号のみを処理するようにしてもよい。この
ようにすれば、照明系と光電検出器は一組あればよく、
装置が簡略化できる。
The detection signal SA is the detection signal of the light passing through the lower opening pattern portion 21a of FIG. 2A, and the detection signal SB is the detection signal of the light passing through the upper opening pattern portion 21b of FIG. 2A. It is a detection signal. Here, although not shown, the measurement illumination system LL may illuminate each stage of the stepped minute aperture 21 and the photoelectric detector 28 may receive reflected light separately. Further, even if the shutter member 51 as shown in FIG. 1 is not provided, the entire back surface of the reference member 20 is illuminated, and the signal from the photoelectric detector 28 is electrically masked to reflect the light from the aperture of the desired step. You may make it process only the signal corresponding to light. In this way, only one set of illumination system and photoelectric detector is needed,
The device can be simplified.

【0031】また、照明光ILは光源1からミラー22
を介して基準部材20に導くこととしているが、光源1
からの照明光ILとほぼ等しい波長の光を射出する光源
を別に設けて、基準部材20を照明するようにしてもよ
い。一方、図1において、34は全体として斜入射式検
出光学系を示し、この種の装置は例えば特公平2−10
361号公報に開示されている。この斜入射式検出光学
系34は、投影光学系PLの例えば設計上の最良結像面
に対するウエハ表面の上下方向(Z方向)の位置を検出
し、ウエハWと投影光学系PLとの合焦状態を検出する
焦点検出系29と、ウエハW上の所定領域の設計上の結
像面に対するウエハ表面の傾きを検出するレベリング検
出系30とを組み合わせたものである。
The illumination light IL is emitted from the light source 1 to the mirror 22.
It is supposed that the light source 1 is guided to the reference member 20 via the light source 1.
The reference member 20 may be illuminated by separately providing a light source that emits light having a wavelength substantially equal to that of the illumination light IL. On the other hand, in FIG. 1, 34 denotes an oblique incidence type detection optical system as a whole.
It is disclosed in Japanese Patent No. 361. The oblique-incidence detection optical system 34 detects the vertical position (Z direction) of the wafer surface with respect to, for example, the best designed image plane of the projection optical system PL, and focuses the wafer W and the projection optical system PL. The focus detection system 29 for detecting the state and the leveling detection system 30 for detecting the inclination of the wafer surface with respect to the designed image plane of the predetermined region on the wafer W are combined.

【0032】焦点検出系29およびレベリング検出系3
0は、光軸AXに対して斜め方向からウエハ表面に入射
する照明光を射出する光源29a,30aと、2光束を
合成するハーフミラー31aと、ウエハ表面での反射光
を分割するハーフミラー31bと、分割された光束をそ
れぞれ受光する受光光学系29b,30bとからなる。
光源29aから射出される照明光は、ピンホールあるい
はスリットの像を形成するような結像光束、光源30a
から射出される照明光は平行光束である。尚、本実施例
では設計上の最良結像面が零点基準となるように、予め
受光光学系29bの内部に設けられた不図示の平行平板
ガラス(プレーンパラレル)の角度が調整されて、焦点
検出系29のキャリブレーションが行われるとともに、
ウエハWの表面と結像面とが一致した時に、光源30a
からの平行光束が受光光学系30bの内部の4分割受光
素子(不図示)の中心位置に集光されるように、水平位
置検出系のキャリブレーションが行われる。
Focus detection system 29 and leveling detection system 3
Reference numeral 0 denotes light sources 29a and 30a that emit illumination light that is incident on the wafer surface from an oblique direction with respect to the optical axis AX, a half mirror 31a that combines two light fluxes, and a half mirror 31b that splits the reflected light on the wafer surface. And light receiving optical systems 29b and 30b for respectively receiving the divided light beams.
The illumination light emitted from the light source 29a is an image forming light flux that forms an image of a pinhole or a slit, and the light source 30a.
The illumination light emitted from is a parallel light flux. In this embodiment, the angle of the parallel flat glass (plane parallel) (not shown) provided inside the light receiving optical system 29b is adjusted in advance so that the best designed image plane becomes the zero reference, and the focus is adjusted. While the detection system 29 is calibrated,
When the surface of the wafer W coincides with the image plane, the light source 30a
The horizontal position detection system is calibrated so that the parallel light flux from the light source is focused on the center position of the four-division light receiving element (not shown) inside the light receiving optical system 30b.

【0033】次に、結像状態を補正するための補正手段
の構成について説明する。本実施例においては、投影光
学系PLのレンズエレメントを駆動することにより、結
像特性(投影倍率、ディストーション、像面湾曲等)を
補正する構成となっており、投影光学系PLの結像特性
を調整可能とするために、その光学要素の一部が移動可
能となっている。図1に示すように、レチクルRに最も
近い第1群のレンズエレメント40,41は支持部材4
2により固定されるとともに、第2群のレンズエレメン
ト43は支持部材44により固定され、さらに第3群の
レンズエレメント45は支持部材46に固定されてい
る。また、レンズエレメント45より下部のレンズエレ
メントはそれぞれ投影光学系PLの鏡筒部47に固定さ
れている。
Next, the structure of the correction means for correcting the image formation state will be described. In this embodiment, by driving the lens element of the projection optical system PL, the imaging characteristics (projection magnification, distortion, curvature of field, etc.) are corrected, and the imaging characteristics of the projection optical system PL. A part of the optical element is movable so as to be adjustable. As shown in FIG. 1, the lens elements 40 and 41 of the first group closest to the reticle R are the support members 4
The lens element 43 of the second group is fixed by the supporting member 44, and the lens element 45 of the third group is fixed by the supporting member 46. The lens elements below the lens element 45 are fixed to the lens barrel portion 47 of the projection optical system PL.

【0034】図6は投影光学系PLを上方(レチクル
側)から見た図であって、駆動素子48a〜48cはそ
れぞれ120゜ずつ回転した位置に配置され、駆動素子
制御部33により独立制御可能となっている。また、駆
動素子49a〜49c及び50a〜50cについても同
様にそれぞれ120゜ずつ回転して配置され、駆動素子
制御部33により独立制御可能となっている。駆動素子
48a,49a及び50aは互いに40゜だけずれて配
置されており、駆動素子48b,49b及び50bと駆
動素子48c,49c及び50cとについても同様に互
いに40゜ずつずれて配置されている。なお、図1では
例えば駆動素子48a〜48cの内の駆動素子48a及
び48cのみが現れている。
FIG. 6 is a view of the projection optical system PL seen from above (reticle side). The driving elements 48a to 48c are arranged at positions rotated by 120 °, respectively, and can be independently controlled by the driving element controller 33. Has become. Similarly, the driving elements 49a to 49c and 50a to 50c are also rotated by 120 ° and arranged independently by the driving element control unit 33. The drive elements 48a, 49a and 50a are arranged offset from each other by 40 °, and the drive elements 48b, 49b and 50b and the drive elements 48c, 49c and 50c are also arranged offset from each other by 40 °. In FIG. 1, for example, only the driving elements 48a and 48c among the driving elements 48a to 48c are shown.

【0035】以下では3個の駆動素子48a〜48cを
まとめて駆動素子群48として、駆動素子群49及び5
0も同様である。駆動素子群48〜50としては、例え
ば電歪素子、磁歪素子を用い、駆動素子に与える電圧ま
たは磁界に応じた駆動素子の変位量は予め求めておくも
のとする。ここでは図示していないが、駆動素子のヒス
テリシス性を考慮し、位置検出装置として容量型変位セ
ンサ、差動トランス等を駆動素子の付近に設けることと
する。これにより、駆動素子に与える電圧または磁界に
対応した駆動素子の位置をモニターできるので、高精度
な駆動が可能となる。
In the following, the three driving elements 48a to 48c will be collectively referred to as a driving element group 48, and the driving element groups 49 and 5 will be described.
The same applies to 0. As the drive element groups 48 to 50, for example, electrostrictive elements or magnetostrictive elements are used, and the displacement amount of the drive elements according to the voltage or magnetic field applied to the drive elements is obtained in advance. Although not shown here, a capacitive displacement sensor, a differential transformer, and the like are provided as a position detection device near the drive element in consideration of the hysteresis of the drive element. As a result, the position of the drive element corresponding to the voltage or magnetic field applied to the drive element can be monitored, so that highly accurate drive is possible.

【0036】尚、図1の本実施例において投影光学系P
Lの光軸AXとは、投影光学系PLの鏡筒部47に固定
されているレンズエレメントの光軸を指すものとする。
さて、支持部材46は伸縮可能な駆動素子50a,50
b,50cを介してその鏡筒部47と連結されている。
また、支持部材44は伸縮可能な駆動素子49a,49
b,49cを介して支持部材46に連結されるととも
に、支持部材42は伸縮可能な駆動素子48a,48
b,48cを介して支持部材44に連結されている。
The projection optical system P in this embodiment shown in FIG.
The optical axis AX of L indicates the optical axis of the lens element fixed to the lens barrel portion 47 of the projection optical system PL.
Now, the support member 46 is the drive element 50a, 50 which can be expanded and contracted.
It is connected to the lens barrel portion 47 via b and 50c.
In addition, the support member 44 is configured to extend and retract the drive elements 49a, 49a.
The support member 42 is connected to the support member 46 via b and 49c, and the support member 42 is expandable and contractable.
It is connected to the support member 44 via b and 48c.

【0037】ここで、本実施例では駆動素子制御部33
によって前述の駆動素子を制御することにより、レチク
ルRに近いレンズエレメント40,41、レンズエレメ
ント43及びレンズエレメント45が夫々独立に移動可
能となっており、これらのレンズエレメントは倍率、デ
ィストーション、像面湾曲、像面傾斜、焦点位置等の結
像特性に与える影響が他のレンズエレメントに比べて大
きく制御しやすいものを選択してある。また、本実施例
では移動可能なレンズエレメントを3群構成としている
ため、他の諸収差の変動を押さえつつレンズエレメント
を移動させることにより移動範囲を大きくできる。しか
も種々の形状歪み(台形、菱型、樽型、糸巻型等のディ
ストーション)に対応可能となっており、露光光吸収に
よる投影光学系PLの結像特性の変動にも十分対応でき
る。尚、レンズエレメントの移動は、投影光学系PLの
他の諸収差(例えば非点収差、球面収差等)に及ぼす影
響が無視できる範囲内で行うものとする。又は、前記の
ようにレンズエレメント相互の間隔を調整することによ
って、像面湾曲を制御しつつ、他の諸収差(ディストー
ション等)をも補正するという方式を採用しても構わな
い。
Here, in the present embodiment, the drive element controller 33
The lens elements 40, 41, the lens element 43, and the lens element 45 close to the reticle R can be independently moved by controlling the above-mentioned driving element by, and these lens elements have a magnification, a distortion, and an image plane. A lens element whose influences on the image forming characteristics such as curvature, image plane inclination, and focus position are greatly controlled as compared with other lens elements is selected. Further, in this embodiment, since the movable lens element is composed of three groups, it is possible to increase the movement range by moving the lens element while suppressing variations of other various aberrations. In addition, various shape distortions (trapezoidal, rhomboidal, barrel-shaped, pincushion-shaped, and other distortions) can be coped with, and fluctuations in the imaging characteristics of the projection optical system PL due to absorption of exposure light can be sufficiently coped with. It should be noted that the movement of the lens element is performed within a range in which the influence on other various aberrations of the projection optical system PL (for example, astigmatism, spherical aberration, etc.) can be ignored. Alternatively, as described above, a method may be adopted in which the field curvature is controlled and other aberrations (distortion, etc.) are also corrected by adjusting the distance between the lens elements.

【0038】以上の構成によって、3群のレンズエレメ
ント40,41、レンズエレメント43及びレンズエレ
メント45の周辺3点を独立に、投影光学系PLの光軸
AX方向に主制御系32から与えられる駆動指令に応じ
た量だけ移動させることができる。この結果、3群のレ
ンズエレメント40,41、43及び45の各々を、光
軸AXにほぼ沿って平行移動させることができるととも
に、光軸AXとほぼ垂直な平面に対して任意に傾斜させ
ることが可能となる。尚、上記レンズエレメントはそれ
ぞれ光軸AXを仮想的な傾斜基準として傾斜するものと
する。また、レンズエレメント40,41、43及び4
5は光軸AXとほぼ垂直な平面内で移動可能である。
With the above structure, the three peripheral points of the lens elements 40 and 41, the lens element 43 and the lens element 45 of the three groups are independently driven by the main control system 32 in the optical axis AX direction of the projection optical system PL. It can be moved by an amount according to the command. As a result, each of the lens elements 40, 41, 43, and 45 of the three groups can be translated substantially along the optical axis AX and can be arbitrarily tilted with respect to a plane substantially perpendicular to the optical axis AX. Is possible. The lens elements are supposed to be tilted with the optical axis AX as a virtual tilt reference. Also, the lens elements 40, 41, 43 and 4
5 is movable in a plane substantially perpendicular to the optical axis AX.

【0039】主制御系32は駆動素子制御部33を制御
するのみならず、後述する如く内部に合焦位置検出部3
2A及び結像特性検出部32Bを有し、これらにより投
影光学系PLの像面湾曲、像面傾斜、平均焦点位置等の
結像特性を求める。また、後述する如くパワーモニタ
5、反射モニタ8、照射量モニタ16よりそれぞれ光情
報を得て、露光中の投影光学系PLの結像特性の変動量
を演算にて算出することを初めとしてステージ等を含め
装置全体を統括制御する。
The main control system 32 not only controls the drive element control section 33, but also has an in-focus position detection section 3 inside as described later.
2A and an image forming characteristic detector 32B are provided, and the image forming characteristics of the projection optical system PL, such as the field curvature, the image surface inclination, and the average focus position, are obtained from them. Further, as will be described later, the stage is started by obtaining optical information from the power monitor 5, the reflection monitor 8, and the irradiation amount monitor 16, respectively, and calculating the variation amount of the imaging characteristic of the projection optical system PL during exposure. Controls the entire device including the above.

【0040】次に本実施例における像面湾曲、像面傾
斜、非点収差等の投影光学系PLの結像特性の計測方法
について述べる。図1において、レチクルRがレチクル
ステージRSTに載置された状態で干渉計19によりス
テージ位置をモニタしながら、基準部材20上の段差付
き微小開口部21が投影光学系の露光フィールド内の任
意の位置に来るようにXYステージ15を駆動モータ1
8で移動する。このとき同時に駆動モータ17でZステ
ージ14を駆動して基準部材20の表面を投影光学系P
Lの設計上の最良焦点位置(最良結像面)に設定する。
Next, a method of measuring the image forming characteristics of the projection optical system PL such as the field curvature, the image surface inclination, and the astigmatism in this embodiment will be described. In FIG. 1, while the reticle R is mounted on the reticle stage RST, while monitoring the stage position by the interferometer 19, the stepped minute opening 21 on the reference member 20 is set to an arbitrary position within the exposure field of the projection optical system. Drive motor 1 to drive XY stage 15 so that it comes to the position
Move at 8. At this time, the Z stage 14 is simultaneously driven by the drive motor 17 so that the surface of the reference member 20 is projected onto the projection optical system P.
It is set at the best focus position (best image plane) of L in design.

【0041】ここで、ミラー22を光路中に移動させて
段差付き微小開口部21の上段又は下段の開口パターン
に照明光ILを導き、微小開口部21及び投影光学系P
Lを介してレチクルRの裏面(パターン面)を照明す
る。レチクルRから反射された反射光は再び投影光学系
PL、微小開口部21の何れかの開口パターンを通った
後、シャッター部材51、ミラー27、集光レンズ2
6、光ファイバ25、集光レンズ24、ビームスプリッ
ター23を介して光電検出器28に入射する。光電検出
器28では、段差付き微小開口部21の上段のパターン
を透過した光量と、下段のパターンを透過した光量それ
ぞれに応じた大きさの信号(電圧値)を出力できる。
Here, the mirror 22 is moved into the optical path to guide the illumination light IL to the upper or lower opening pattern of the stepped minute opening 21, and the minute opening 21 and the projection optical system P.
The back surface (pattern surface) of the reticle R is illuminated via L. The reflected light reflected from the reticle R again passes through any one of the projection optical system PL and the minute aperture 21 and then the shutter member 51, the mirror 27, and the condenser lens 2.
6, incident on the photoelectric detector 28 via the optical fiber 25, the condenser lens 24, and the beam splitter 23. The photoelectric detector 28 can output a signal (voltage value) having a magnitude corresponding to the amount of light transmitted through the upper pattern of the stepped minute opening 21 and the amount of light transmitted through the lower pattern 21.

【0042】次に、本例では投影光学系の結像特性の計
測の前に予めZステージ14をZ方向に走査して光電検
出器28の出力信号の特性を求めておく。これにより例
えば図3の特性が得られる。図3(a)は、図2(a)
の下段の開口パターン部21aを通過した光に応じた光
電検出器28の出力信号である検出信号SA及び図2
(a)の上段の開口パターン部21bを通過した光に応
じた検出信号SBを示す。検出信号SAのピークと検出
信号SBのピークとは投影光学系PLの光軸(Z方向)
に段差に等しいΔZだけ離れている。また、図3(b)
は検出信号SAから検出信号SBを差し引いて得られた
差信号SCを示す。この検出信号SCが0となるとき
に、Zステージ14上の基準部材20の微小開口部21
の上段と下段との中間の面(開口部基準面)が投影光学
系PLの結像面に合致している。そして、例えば露光中
に投影光学系の焦点位置の計測を行う際には、Zステー
ジ14を停止した状態で検出信号SA及びSBの1対の
値を求め、これらの値より差信号SCの値を求める。こ
のようにして求められた差信号SCの値から図3(b)
の特性よりZステージ14の現在の位置と合焦位置との
ずれ量が分かるので、Zステージ14の停止状態でのZ
方向の位置にそのずれ量を加算した位置が現在の投影光
学系の焦点位置(最良結像面上の位置)である。これに
より、Zステージ14を移動させることなく迅速に計測
を行う事ができる。但し、別の計測方式として、その差
信号SCの値が0になるようにZステージ14を駆動し
て、Zステージ14の位置を検出するようにしても良
い。
Next, in this example, the characteristics of the output signal of the photoelectric detector 28 are obtained by scanning the Z stage 14 in the Z direction in advance before measuring the imaging characteristics of the projection optical system. As a result, the characteristics shown in FIG. 3 are obtained. FIG. 3 (a) corresponds to FIG. 2 (a).
2 and the detection signal SA which is the output signal of the photoelectric detector 28 according to the light passing through the lower opening pattern portion 21a.
(A) shows a detection signal SB corresponding to light that has passed through the upper opening pattern portion 21b. The peak of the detection signal SA and the peak of the detection signal SB are the optical axis of the projection optical system PL (Z direction).
Are separated by ΔZ equal to the step. In addition, FIG.
Indicates a difference signal SC obtained by subtracting the detection signal SB from the detection signal SA. When this detection signal SC becomes 0, the minute opening 21 of the reference member 20 on the Z stage 14
An intermediate surface (aperture reference surface) between the upper and lower rows matches the image forming surface of the projection optical system PL. Then, for example, when the focus position of the projection optical system is measured during exposure, a pair of values of the detection signals SA and SB is obtained with the Z stage 14 stopped, and the value of the difference signal SC is calculated from these values. Ask for. From the value of the difference signal SC thus obtained, FIG.
Since the amount of deviation between the current position of the Z stage 14 and the in-focus position can be known from the characteristics of,
The position where the amount of deviation is added to the position in the direction is the current focus position of the projection optical system (the position on the best imaging plane). As a result, it is possible to quickly perform measurement without moving the Z stage 14. However, as another measurement method, the Z stage 14 may be driven so that the value of the difference signal SC becomes 0, and the position of the Z stage 14 may be detected.

【0043】また、図1において、その差信号SCが0
の状態を維持するようZステージ14を駆動し、その位
置を読み取りながら、微小開口部21が露光フィールド
内にある範囲でXYステージ15を走査すれば、焦点検
出系29の出力信号として図7に示すような特性が得ら
れ、像面湾曲ないし像面傾斜が測定できる。像面湾曲、
像面傾斜を計測する際には、微小開口部21のパターン
としては、非点収差の影響を受けにくい市松模様などが
適当であるが、いくつかの方向の平行線パターンを用い
ることにより、同様の方法で露光フィールド内の任意の
位置でのサジタル方向の結像面とメリジオナル方向の結
像面すなわち非点収差を計測することも可能である。
Further, in FIG. 1, the difference signal SC is 0.
When the Z stage 14 is driven so as to maintain the above condition and the position thereof is read and the XY stage 15 is scanned within the range where the minute opening 21 is within the exposure field, the output signal of the focus detection system 29 is shown in FIG. The characteristics as shown are obtained, and the field curvature or field tilt can be measured. Field curvature,
When measuring the image plane tilt, a checkerboard pattern or the like, which is not easily affected by astigmatism, is suitable as the pattern of the minute aperture 21. However, by using parallel line patterns in several directions, It is also possible to measure the image plane in the sagittal direction and the image plane in the meridional direction, that is, astigmatism, at any position in the exposure field by the above method.

【0044】Zステージの位置を計測する手段としては
斜入射方式の焦点検出系29又はZステージ内の変位セ
ンサなどが利用できる。焦点検出系29は基準部材20
の表面の高さを検出するので、基準部材20の微小開口
部21以外の部分の表面を、段差付き微小開口部21の
開口部基準面と一致させておけば、焦点検出系29の原
点の較正を行う場合に便利である。
As the means for measuring the position of the Z stage, a focus detection system 29 of the oblique incidence type or a displacement sensor in the Z stage can be used. The focus detection system 29 is the reference member 20.
Since the height of the surface of the reference member 20 is detected, if the surface of the portion other than the minute opening portion 21 of the reference member 20 is made to coincide with the opening reference surface of the stepped minute opening portion 21, the origin of the focus detection system 29 can be determined. This is convenient when performing calibration.

【0045】基準部材20の微小開口部21以外の部分
の表面と、開口部基準面とが一致していない場合には、
上記表面と開口基準面との間隔を予め測定して、装置の
定数として記憶しておいてもよい。この測定は、微小開
口部21を露光フィールド内にてZ方向に走査しつつ、
斜入射方式の焦点検出系29の出力信号と、前記差信号
SCとをモニタし、焦点検出系29の出力信号の零点と
前記差信号SCの零点とのオフセットを読み取ればよ
い。
When the surface of the reference member 20 other than the minute opening 21 does not coincide with the opening reference surface,
The distance between the surface and the opening reference plane may be measured in advance and stored as a constant of the apparatus. In this measurement, while scanning the minute opening portion 21 in the exposure field in the Z direction,
It is only necessary to monitor the output signal of the oblique incidence type focus detection system 29 and the difference signal SC and read the offset between the zero point of the output signal of the focus detection system 29 and the zero point of the difference signal SC.

【0046】各段の開口パターン部21a,21bに対
応する検出信号SA,SBと、基準部材20のZ方向の
位置との間に図3(a)に示すような関係が得られるの
は次のように説明できる。微小開口部21がレチクルR
の裏面に関して投影光学系PLのデフォーカス領域にあ
るときは、微小開口部21を射出した照明光は投影光学
系PLを介してレチクルRの裏面上に開口パターン(例
えば市松模様)のデフォーカスした像を作る。その後レ
チクルRの裏面で反射した照明光は再び投影光学系PL
を介して微小開口部21に入射する。さらにデフォーカ
スした開口パターンの像となっている。従って、この反
射光が開口パターンを透過するとき、デフォーカスした
部分が開口パターンの遮光部で透過せずその分光量が減
少する。
The relationship as shown in FIG. 3A is obtained between the detection signals SA and SB corresponding to the opening pattern portions 21a and 21b of each stage and the position of the reference member 20 in the Z direction. Can be explained as follows. The minute opening 21 is the reticle R
When the rear surface of the reticle is in the defocus area of the projection optical system PL, the illumination light emitted from the minute opening 21 is defocused with an opening pattern (for example, a checkerboard pattern) on the back surface of the reticle R via the projection optical system PL. Make a statue. After that, the illumination light reflected on the back surface of the reticle R is again projected onto the projection optical system PL.
It is incident on the minute opening 21 via. Further, it is an image of the defocused aperture pattern. Therefore, when this reflected light passes through the aperture pattern, the defocused portion does not pass through the light-shielding portion of the aperture pattern, and the amount of its spectrum is reduced.

【0047】一方、微小開口部21が投影光学系PLに
関してレチクルRの裏面と光学的に共役な位置、即ち、
投影光学系PLの焦点面(結像面)にあるときは、微小
開口部21から射出した照明光はレチクルRの裏面に鮮
鋭な像を形成するので、その反射光が開口パターンを透
過するとき、開口パターンの遮光部に到達する(遮光部
によってケラれる)反射光はほとんどなく、光電検出器
28の受光光量がデフォーカスのときと比較して増大す
る。これにより図3(a)のように、上段の開口パター
ン部21bを透過した光に対応する検出信号SAは、上
段の開口パターン部21bが結像面と一致したときに極
大となり、下段の開口パターン部21aを透過した光量
に対応する検出信号SBは、下段の開口パターン部21
aが結像面と一致したときに極大となる。これらの信号
は結像位置付近でほぼ対称に出力されるため、図3
(b)の差信号SCは開口部基準面が結像面と一致した
ときにほぼ0となり、またこの近傍では差信号SCは、
開口部基準面と結像面との距離とほぼ比例して変化す
る。
On the other hand, a position where the minute opening 21 is optically conjugate with the back surface of the reticle R with respect to the projection optical system PL, that is,
When it is on the focal plane (imaging plane) of the projection optical system PL, the illumination light emitted from the minute aperture 21 forms a sharp image on the back surface of the reticle R, so that when the reflected light passes through the aperture pattern. There is almost no reflected light that reaches the light-shielding portion of the aperture pattern (is eclipsed by the light-shielding portion), and the amount of light received by the photoelectric detector 28 is larger than that when defocusing is performed. As a result, as shown in FIG. 3A, the detection signal SA corresponding to the light transmitted through the upper aperture pattern portion 21b becomes maximum when the upper aperture pattern portion 21b coincides with the image plane, and the lower aperture opening 21a is detected. The detection signal SB corresponding to the amount of light that has passed through the pattern portion 21a is generated by the lower opening pattern portion 21.
It becomes a maximum when a coincides with the image plane. Since these signals are output almost symmetrically near the image formation position,
The difference signal SC in (b) becomes almost 0 when the aperture reference plane coincides with the image plane, and in this vicinity, the difference signal SC becomes
It changes substantially in proportion to the distance between the aperture reference plane and the image plane.

【0048】ここで、回路パターンの無い透明なレチク
ルRや回路パターン領域全面に遮光部を設けたレチクル
Rを使って最良焦点位置を求めるようにすることも可能
であり、またこれらのレチクルRを使って最良焦点位置
が回路パターンに影響されることなく計測されているか
どうかを定期的に確認するようにしてもよい。ところ
で、回路パターンが無い透明なレチクルの場合にはレチ
クルの裏面のガラス面が反射面となり、その反射率は4
%程度であるが、検出感度を上げれば充分に検出可能で
ある。
Here, it is also possible to obtain the best focus position by using a transparent reticle R having no circuit pattern or a reticle R provided with a light shielding portion on the entire surface of the circuit pattern area. It may be used to periodically check whether or not the best focus position is measured without being affected by the circuit pattern. By the way, in the case of a transparent reticle without a circuit pattern, the glass surface on the back surface of the reticle serves as a reflecting surface, and its reflectance is 4
%, But can be sufficiently detected by increasing the detection sensitivity.

【0049】最良焦点位置の検出は図1の主制御系32
内の合焦位置検出部32Aで行われる。合焦位置検出部
32Aは前述の如く基準部材20内の上段開口部と下段
開口部とに対応した検出信号の差信号SCを出力するの
で、この差信号SCが0と交差する位置にZステージ位
置を制御すれば、その時の焦点検出系29の出力値から
焦点位置(Z方向の位置)を求めることができる。この
処理を露光フィールド内の任意の位置で行うと各点での
最良焦点位置が求められる。例えば、上記の動作と同時
に段差付き微小開口部21を露光フィールド内で、放射
方向に走査すればよい。
The detection of the best focus position is performed by the main control system 32 of FIG.
This is performed by the in-focus position detection unit 32A. Since the focus position detection unit 32A outputs the difference signal SC of the detection signals corresponding to the upper opening and the lower opening in the reference member 20 as described above, the Z stage is located at the position where the difference signal SC crosses 0. If the position is controlled, the focus position (position in the Z direction) can be obtained from the output value of the focus detection system 29 at that time. If this processing is performed at any position within the exposure field, the best focus position at each point is obtained. For example, at the same time as the above operation, the stepped minute opening 21 may be scanned in the radiation direction within the exposure field.

【0050】以上の結果に基づいて像高(光軸AXから
露光領域周辺までの距離)に対する最良焦点位置の関係
を求めると例えば図7のようなグラフとなる。また、図
7のグラフから像面傾斜に関するデータと像面湾曲に関
するデータを分離したものが図8のグラフである。図7
及び図8の縦軸はZ方向の位置を示し、横軸は像高を示
している。図8において、位置Z1 は図7に示すデータ
値から像面傾斜成分を除いた場合の最高焦点位置、位置
2 は図7に示すデータ値から像面湾曲成分を除いた場
合の最低焦点位置、位置Z3 は図7に示すデータ値から
像面湾曲成分を除いた場合の最高焦点位置である。
Based on the above results, when the relationship between the image height (the distance from the optical axis AX to the periphery of the exposure area) and the best focus position is obtained, a graph as shown in FIG. 7 is obtained. Further, the graph of FIG. 8 is obtained by separating the data relating to the image plane inclination and the data relating to the field curvature from the graph of FIG. 7. Figure 7
8 shows the position in the Z direction, and the horizontal axis shows the image height. In FIG. 8, position Z 1 is the maximum focus position when the image plane tilt component is removed from the data value shown in FIG. 7, and position Z 2 is the minimum focus when the image plane curvature component is removed from the data value shown in FIG. The position and the position Z 3 are the maximum focus positions when the field curvature component is removed from the data values shown in FIG. 7.

【0051】そして図7において像面傾斜ΔZDを求め
る。まず、像面傾斜を求めるための基礎データとなる位
置Z2 及びZ3 が次式によつて求まる。 Z3 =f1 +(f3 −f2 )/2 Z2 =f1 −(f3 −f2 )/2 そして、この位置Z2 ,Z3 を使って像面傾斜ΔZD
は、 ΔZD=Z3 −Z2 =f3 −f2 から求まり、図8の上部の直線で表される。
Then, in FIG. 7, the image plane inclination ΔZD is obtained. First, the positions Z 2 and Z 3 which are basic data for obtaining the image plane inclination are obtained by the following equation. Z 3 = f 1 + (f 3 −f 2 ) / 2 Z 2 = f 1 − (f 3 −f 2 ) / 2 Then, using these positions Z 2 and Z 3 , the image plane inclination ΔZD
Is obtained from ΔZD = Z 3 −Z 2 = f 3 −f 2 and is represented by the straight line in the upper part of FIG. 8.

【0052】ここで、この像面傾斜ΔZDを計算上で補
正して、露光フィールド周囲の4隅の焦点位置に、露光
フィールド中心の焦点位置を加えて像面湾曲Δrを求め
る。ここで、 Z1 =(f2 +f3 )/2 の関係があり、これから像面湾曲Δrは Δr=Z1 −f1 となり、図8の下部の曲線で表される。更に平均焦点位
置fA は fA =f1 +Δr/2 として求められる。
Here, the image plane inclination ΔZD is corrected by calculation, and the image plane curvature Δr is obtained by adding the focal positions at the four corners around the exposure field to the focal positions at the center of the exposure field. Here, there is a relationship of Z 1 = (f 2 + f 3 ) / 2, and from this, the field curvature Δr becomes Δr = Z 1 −f 1 , which is represented by the lower curve in FIG. 8. Further, the average focus position f A is obtained as f A = f 1 + Δr / 2.

【0053】尚、これらの像面傾斜ΔZD、像面湾曲Δ
r、平均焦点位置fA を求める演算は主制御系32内の
結像特性検出部32Bで行われる。次に像面湾曲、像面
傾斜、平均焦点位置を補正する方法について説明する。
基本的には前述したとおり、投影光学系の3群のレンズ
エレメント40,41、レンズエレメント43及びレン
ズエレメント45を光軸方向あるいは光軸に垂直な軸を
回転軸にして傾斜するように駆動することにより、所望
の結像状態を得る。ここでは説明を簡単にするため、像
面湾曲、像面傾斜、平均焦点位置に限って説明を行う
が、投影倍率、ディストーション等の補正も可能であ
る。例えば、レンズエレメント40,41の駆動による
像面湾曲の変化を図9を参照して説明する。ここで図9
に示す像面湾曲の変化は1つの例であって一般的なもの
ではなく、実際にはレンズエレメントの構成により変化
の仕方は異なってくる。本実施例では像面湾曲はレンズ
エレメント40又は41を光軸方向に移動することによ
って図9のように変化する。また、レンズの構成の方法
によってはレンズエレメント40,41、レンズエレメ
ント42を光軸と垂直な方向に移動することで像面湾曲
が変化する。このようなレンズエレメント40,41、
レンズエレメント43及びレンズエレメント45の駆動
量と像面湾曲の変化量との関係を予め主制御系32内の
メモリに記憶しておく。
Incidentally, the image plane inclination ΔZD and the image plane curvature Δ
The calculation for obtaining r and the average focus position f A is performed by the image formation characteristic detection unit 32B in the main control system 32. Next, a method for correcting the field curvature, the field inclination, and the average focus position will be described.
Basically, as described above, the lens elements 40, 41, the lens element 43, and the lens element 45 of the three groups of the projection optical system are driven so as to be tilted with the optical axis direction or an axis perpendicular to the optical axis as the rotation axis. As a result, a desired image formation state is obtained. Here, for simplicity of explanation, only the curvature of field, the inclination of the field, and the average focus position will be described, but it is also possible to correct the projection magnification, distortion, and the like. For example, the change in the field curvature due to the driving of the lens elements 40 and 41 will be described with reference to FIG. Figure 9
The change of the field curvature shown in (1) is just an example and is not general, and the way of change actually varies depending on the configuration of the lens element. In the present embodiment, the field curvature changes as shown in FIG. 9 by moving the lens element 40 or 41 in the optical axis direction. Further, depending on the method of configuring the lens, the field curvature is changed by moving the lens elements 40, 41 and the lens element 42 in the direction perpendicular to the optical axis. Such lens elements 40, 41,
The relationship between the drive amount of the lens element 43 and the lens element 45 and the change amount of the field curvature is stored in advance in the memory in the main control system 32.

【0054】像面湾曲を補正するためにレンズエレメン
トを駆動したことによって倍率、ディストーションや他
の収差(例えばコマ収差、非点収差)が悪化する可能性
があるが、複数のレンズエレメントを駆動することがで
きるので、収差を補正しつつ所望の像面湾曲補正を行う
ことができる。また、特開昭60−78454号公報に
開示されているようなレンズエレメント間の空気部の圧
力を変えることにより投影光学系の結像特性を変化させ
て収差等を補正してもよい。レンズエレメント40,4
1、43及び45の駆動により、像面が上下動してしま
う可能性も考えられるが、この変化量に応じて焦点検出
系29の出力値にオフセットを与えてやればウエハWが
常に最良像面にセットされるので、この影響を防げる。
Driving the lens elements to correct the field curvature may worsen magnification, distortion, and other aberrations (eg, coma and astigmatism), but drives a plurality of lens elements. Therefore, desired field curvature correction can be performed while correcting aberration. Also, the aberration or the like may be corrected by changing the image forming characteristic of the projection optical system by changing the pressure of the air portion between the lens elements as disclosed in JP-A-60-78454. Lens element 40, 4
Although it is possible that the image plane moves up and down by driving 1, 43, and 45, if the output value of the focus detection system 29 is offset according to the amount of change, the wafer W will always have the best image. Since it is set on the surface, this effect can be prevented.

【0055】像面傾斜の補正は前述の結像特性検出部3
2Bから得られる露光フィールドの4隅の焦点差(像面
傾斜)を水平位置検出系30にオフセットとして加え
て、キャリブレーションを行うようにしてもよい。すな
わち、オフセットが与えられた水平位置検出系30でウ
エハ面の水平位置を検出しつつレベリングステージを駆
動してウエハWを傾けることにより、像面傾斜が補正さ
れる。
The correction of the image plane inclination is performed by the above-mentioned image forming characteristic detecting section 3
It is also possible to add the focus differences (image plane inclinations) at the four corners of the exposure field obtained from 2B to the horizontal position detection system 30 as offsets for calibration. That is, the image plane tilt is corrected by driving the leveling stage and tilting the wafer W while detecting the horizontal position of the wafer surface by the horizontal position detection system 30 to which the offset is applied.

【0056】また、焦点位置は前述の如く平均焦点位置
A を求めて、その値に基づいて駆動モータ17により
Zステージ14をウエハWと像面とが常に一致するよう
に制御する。この際、焦点検出系29の零点基準が平均
焦点位置fA となるようにキャリブレーションを行って
おくことが望ましい。このように、Zステージ14を制
御すると、ウエハ表面がレチクルRの裏面と光学的に共
役となり、良好な結像が得られる。また、上記では単純
な平均値を用いていたが結像面とウエハ表面との最大偏
差を最小とするような面に焦点検出系29をキャリブレ
ーションしてもよい。このように、最大偏差を最小とす
るような面や平均焦点位置で露光が行われるようにする
ことにより、像面湾曲の補正が充分でないときでも、従
来と比較して良好な露光が行われる。また、焦点検出系
29の直線性保証範囲(換言すれば検出可能範囲)が少
ない場合は、駆動モータ17にエンコーダ等の位置セン
サを付けるようにする。この位置センサの値によってZ
ステージ14を走査し、図5のような光電検出器28の
出力信号と焦点位置(Zステージ位置)の関係を求め
る。その後、焦点検出系29内のハービングガラスを不
図示の駆動系で駆動させつつ、焦点位置(エンコーダの
値)と焦点検出系29の出力との対応をとり、最終的に
焦点検出系29に対する光電検出器28の出力を求め
る。
As for the focus position, the average focus position f A is obtained as described above, and the drive motor 17 controls the Z stage 14 so that the wafer W and the image plane are always coincident with each other based on the value. At this time, it is desirable to perform calibration so that the zero point reference of the focus detection system 29 becomes the average focus position f A. In this way, when the Z stage 14 is controlled, the front surface of the wafer becomes optically conjugate with the back surface of the reticle R, and good image formation can be obtained. Further, although the simple average value is used in the above, the focus detection system 29 may be calibrated on a surface that minimizes the maximum deviation between the image plane and the wafer surface. As described above, by performing the exposure on the surface or the average focus position that minimizes the maximum deviation, even when the correction of the field curvature is not sufficient, the good exposure is performed as compared with the conventional method. . When the linearity guarantee range (in other words, the detectable range) of the focus detection system 29 is small, a position sensor such as an encoder is attached to the drive motor 17. Depending on the value of this position sensor, Z
The stage 14 is scanned to find the relationship between the output signal of the photoelectric detector 28 and the focus position (Z stage position) as shown in FIG. After that, while driving the herbing glass in the focus detection system 29 by a drive system (not shown), the focus position (encoder value) is associated with the output of the focus detection system 29, and finally the focus detection system 29 is detected. The output of the photoelectric detector 28 is obtained.

【0057】ここで像面湾曲や像面傾斜の補正の際、露
光領域の半分の領域のみを露光する場合、例えば図10
に示すように像面湾曲が81のような特性の場合に、可
変レチクルブラインド10により中心線80から左の領
域を露光することとし、よりよく像面にウエハWを一致
させるように面82にウエハWを持ってくる方法も考え
られる。
Here, in the case of correcting the curvature of field or the inclination of the field, if only half the exposure area is exposed, for example, FIG.
In the case where the curvature of field is 81 as shown in FIG. 7, the variable reticle blind 10 exposes the area left from the center line 80, and the surface 82 is adjusted so that the wafer W is better aligned with the image plane. A method of bringing the wafer W is also conceivable.

【0058】また、像面傾斜や平均焦点位置も、レンズ
エレメント40,41、43及び45の駆動量と像面傾
斜、焦点位置の変化量との関係を予め主制御系32内の
メモリに記憶しておき、前述のようにレンズエレメント
40,41、43及び45の移動することによって補正
可能である。このとき微小開口部21を使って計測した
像面湾曲、像面傾斜、平均焦点位置に基づいて平均的な
結像面を求めて、この結像面に合わせてレンズエレメン
ト40,41、42を駆動するようにしてもよい。これ
により、予め結像特性が補正された状態で露光を開始す
ることができる。
Also, regarding the image plane tilt and the average focus position, the relationship between the driving amount of the lens elements 40, 41, 43 and 45 and the change amount of the image plane tilt and the focus position is stored in advance in the memory in the main control system 32. However, it can be corrected by moving the lens elements 40, 41, 43 and 45 as described above. At this time, an average image forming surface is obtained based on the image surface curvature, the image surface inclination, and the average focus position measured by using the minute aperture portion 21, and the lens elements 40, 41, 42 are aligned with the image forming surface. It may be driven. As a result, the exposure can be started in a state where the image forming characteristic is corrected in advance.

【0059】尚、前述の実施例の如き投影光学系の結像
特性の計測は、単位時間毎又は所定のウエハ単位処理枚
数毎に行うようにしても良い。次に本実施例の動作につ
いて説明を行う。 (1) まず、投影光学系PLが初期状態でもつ像面湾
曲、像面傾斜及び平均焦点位置は、システムのセットア
ップ時に、前述したように微小開口部21から得られる
反射光に対応する信号に基づいて結像特性を求める方法
で計測し、レンズエレメント40,41、43、45を
駆動することにより、又はレンズエレメント40,4
1、43、45、レベリングステージ並びにZステージ
を駆動することにより最適な結像状態と合焦位置が得ら
れるように補正を行えばよい。
Incidentally, the measurement of the image forming characteristic of the projection optical system as in the above-mentioned embodiment may be carried out every unit time or every predetermined number of wafers to be processed. Next, the operation of this embodiment will be described. (1) First, the curvature of field, the tilt of the image plane, and the average focus position that the projection optical system PL has in the initial state are set to the signals corresponding to the reflected light obtained from the minute aperture 21 as described above when the system is set up. By measuring the image forming characteristic based on the method, and by driving the lens elements 40, 41, 43, 45, or by the lens elements 40, 4
The correction may be performed so that the optimum imaging state and the in-focus position can be obtained by driving 1, 43, 45, the leveling stage, and the Z stage.

【0060】(2) また、大気圧や温度等の環境の変
化や投影光学系PLの照明光吸収によって又はレチクル
Rの自重による撓み、照明光吸収によるレチクルRの変
形によって焦点位置、像面湾曲、像面傾斜がシステムア
ップ時より変化する場合でも、それらの変化が比較的遅
いものや、あるいは定期的な計測間隔(例えばウエハ交
換10回毎、ウエハ交換毎、数ショット毎等)における
焦点位置、像面湾曲、像面傾斜の変化量が無視できるも
のであれば、例えばウエハ交換時などに定期的に微小開
口部21から得られる反射光に対応する信号に基づいて
結像特性を計測し、(1)と同様に補正を行えばよい。
(2) Further, the focus position and the field curvature are changed by the change of the environment such as the atmospheric pressure and the temperature, the absorption of the illumination light of the projection optical system PL, or the deflection of the reticle R by its own weight and the deformation of the reticle R by the absorption of the illumination light. Even if the image plane tilt changes from the time of system up, those changes are relatively slow, or the focus position at regular measurement intervals (for example, every 10 wafer exchanges, every wafer exchange, every few shots, etc.) If the amount of change in the curvature of field or the inclination of the field is negligible, the imaging characteristics are measured based on the signal corresponding to the reflected light obtained from the minute opening 21 at the time of wafer replacement, for example. , (1) may be corrected.

【0061】(3) 環境の変化や照明光吸収によって
投影光学系PLの前記結像特性(焦点位置、像面湾曲、
像面傾斜)の変化が速い場合は予測制御と前述の微小開
口部21を使った計測を併用することで結像特性の変化
に対応可能になる。予測制御とは、例えば、特開平1−
273318号公報に開示されているものと同様に、投
影光学系PLが露光光から受ける熱量によって変動する
結像特性を予めメモリに記憶し、このメモリに記憶され
た値に基づいて実露光時の結像特性を(1)と同様にし
て補正するものである。ここでは例えば、予測制御によ
る補正はレンズエレメントを駆動することにより行うも
のとする。
(3) The imaging characteristics of the projection optical system PL (focal position, field curvature,
When the change of the image plane inclination) is fast, it is possible to cope with the change of the image forming characteristic by using the predictive control and the measurement using the above-mentioned minute aperture 21 in combination. The predictive control is, for example, JP-A-1-
Similarly to the one disclosed in Japanese Patent No. 273318, the imaging characteristics that vary depending on the amount of heat that the projection optical system PL receives from the exposure light are stored in advance in the memory, and the actual exposure is performed based on the values stored in this memory. The imaging characteristic is corrected in the same manner as (1). Here, for example, the correction by the predictive control is performed by driving the lens element.

【0062】投影光学系PLの結像特性の変化特性は、
図1のシャッタ2の開閉の情報、パワーモニタ5、反射
率モニタ8及び照射量モニタ16の出力PS,RS,L
Sを使用して熱量を計測し、その熱量によって変動する
結像特性の状態変数を主制御系32のメモリに記憶す
る。なお、熱量は、露光条件毎の照射エネルギーを検出
する照射量モニタ16の出力値LSと、シャッタ2のオ
ープン時間とに基づいて算出される。ここで、投影光学
系PLの下地の反射率が零の場合は投影光学系PLの透
過光のみを考えればよいが、投影光学系PLの下地の反
射率によって投影光学系PLに蓄積される熱量が異なる
ため、反射率が零でない場合は、(透過光+反射光)が
熱エネルギーに寄与する。従って、この場合は反射モニ
タ8からの出力値も用いる。さらに、パワーモニタ5は
露光中の光源のゆらぎ等の経時変化を常にモニタしてい
て、その出力値LSの変化も考慮して投影光学系PLに
蓄積される熱量を決定する。
The change characteristic of the image forming characteristic of the projection optical system PL is
Information about opening and closing of the shutter 2 of FIG. 1, outputs PS, RS, and L of the power monitor 5, the reflectance monitor 8, and the dose monitor 16.
The amount of heat is measured by using S, and the state variable of the imaging characteristic that changes depending on the amount of heat is stored in the memory of the main control system 32. The amount of heat is calculated based on the output value LS of the irradiation amount monitor 16 that detects the irradiation energy for each exposure condition and the open time of the shutter 2. Here, when the reflectance of the base of the projection optical system PL is zero, only the transmitted light of the projection optical system PL needs to be considered, but the heat quantity accumulated in the projection optical system PL by the reflectance of the base of the projection optical system PL. Therefore, when the reflectance is not zero, (transmitted light + reflected light) contributes to thermal energy. Therefore, in this case, the output value from the reflection monitor 8 is also used. Further, the power monitor 5 constantly monitors temporal changes such as fluctuations of the light source during exposure, and determines the amount of heat accumulated in the projection optical system PL in consideration of changes in its output value LS.

【0063】また、投影光学系PLの結像状態が大気圧
変化をはじめとする他の要因で変動する場合には、予め
予測して記憶されているデータ(例えば大気圧変動に対
する結像特性の変動のデータ)に基づいてこれらの変化
量も前記状態変数に加える。この合計値に対して平均焦
点位置、像面湾曲、像面傾斜の最適な補正量を計算し、
レンズエレメント40,41、43及び45をレンズエ
レメントの駆動素子群48〜50で駆動して補正を行
う。
When the image forming state of the projection optical system PL fluctuates due to other factors such as atmospheric pressure change, data predicted in advance and stored (for example, image forming characteristic with respect to atmospheric pressure change). These changes are also added to the state variables based on the fluctuation data). Calculate the optimum correction amount for the average focus position, field curvature, and field tilt for this total value,
The lens elements 40, 41, 43, and 45 are driven by the lens element drive element groups 48 to 50 to perform correction.

【0064】このようにして、例えば1枚のウエハに対
する露光を行っている間に、レンズエレメント40,4
1、43及び45を予測制御により駆動する。一方、定
期的に、例えばウエハ交換毎または単位処理枚数毎(例
えばレチクル交換毎、ウエハ10枚処理毎)に上述した
と同様に微小開口部21を透過するレチクルからの反射
光に対応する光電検出器28からの信号を検出し、その
結果から焦点位置、像面湾曲、像面傾斜を計算する。光
電検出器28から求めた焦点位置、像面湾曲、像面傾斜
によって予測制御の焦点位置、像面湾曲、像面傾斜の補
正を行うと、予測制御が定期的にキャリブレーションさ
れ、投影光学系PLの結像特性が向上する。
In this way, the lens elements 40, 4 are exposed during the exposure of, for example, one wafer.
1, 43 and 45 are driven by predictive control. On the other hand, periodically, for example, every time the wafer is exchanged or every unit number of processed wafers (for example, every time the reticle is exchanged, every 10 wafers are processed), photoelectric detection corresponding to the reflected light from the reticle passing through the minute opening portion 21 is performed as described above. The signal from the device 28 is detected, and the focus position, the curvature of field, and the tilt of the field are calculated from the results. When the focus position, the field curvature, and the image surface inclination of the predictive control are corrected by the focus position, the image surface curvature, and the image surface inclination obtained from the photoelectric detector 28, the predictive control is periodically calibrated and the projection optical system. The imaging characteristics of PL are improved.

【0065】このキャリブレーションは予測制御と計算
の誤差を演算し、予測制御の値を計測値に補正したり、
予測制御の演算式を補正したりすることによって行われ
る。また、予測制御を併用する場合には、例えば何枚の
ウエハ毎に上記の如き投影光学系の結像特性の計測を行
うかを設定するための枚数設定手段(カウンタ等)を設
けておくことが望ましい。一般に、露光動作を開始して
から所定枚数のウエハまでは、予測制御において演算に
て算出される結像特性と、上記計測にて求まる実際の結
像特性との差(演算誤差)は小さく、枚数設定手段にセ
ットするウエハ枚数は多くてもよく、ここでは例えば1
0枚に設定しておくものとする。
This calibration calculates the error between the prediction control and the calculation, corrects the value of the prediction control to the measured value,
This is performed by correcting the calculation formula of the predictive control. Further, when the predictive control is also used, a number setting means (a counter or the like) for setting, for example, how many wafers the measurement of the imaging characteristics of the projection optical system as described above should be provided. Is desirable. Generally, from the start of the exposure operation to the predetermined number of wafers, the difference (calculation error) between the image formation characteristic calculated by the calculation in the predictive control and the actual image formation characteristic obtained by the above measurement is small, The number of wafers set in the number setting means may be large, and here, for example, 1
It shall be set to 0 sheets.

【0066】このように、枚数設定手段を用いる場合、
露光動作開始前に結像特性の計測、補正を行った後は、
予測制御のみで結像特性を補正しながら、10枚目まで
のウエハの露光を行い、この露光が終了した時点でまた
上記計測と補正を実行する。そして、この計測結果と予
測制御の演算にて算出される結像特性とを比較し、その
差が所定の許容値(投影光学系の焦点深度や結像特性の
制御精度等によって定まる値)以上となっている場合に
は、枚数設定手段にセットされた設定枚数を変更し、例
えばウエハ毎に計測、補正を行うようにしてもよい。こ
の方法により計測回数を低減することができ、スループ
ットが向上する。さらに、実際に計測されたデータに基
づいて状態変数を求め、予測制御における状態変数と比
較することにより、あと何枚のウエハに対する露光を行
うと、上記差が許容値以上になるかを判断し、設定枚数
を自動で少ない枚数(例えばウエハ毎)に変更するよう
にしてもよい。これにより上記差が許容値を越えること
なく設定枚数を変更することができ、さらに結像状態が
安定していれば上記差が許容値を越えることなく予測制
御だけで露光を行えることになりスループットの向上が
期待できる。
As described above, when the number setting means is used,
After measuring and correcting the imaging characteristics before starting the exposure operation,
The wafers up to the tenth wafer are exposed while the imaging characteristics are corrected only by the predictive control, and the measurement and the correction are performed again when the exposure is completed. Then, this measurement result is compared with the imaging characteristic calculated by the calculation of the predictive control, and the difference is equal to or more than a predetermined allowable value (a value determined by the depth of focus of the projection optical system or the control accuracy of the imaging characteristic). In such a case, the set number set in the number setting means may be changed and, for example, measurement and correction may be performed for each wafer. With this method, the number of measurements can be reduced and throughput is improved. Furthermore, by determining the state variable based on the actually measured data and comparing it with the state variable in the predictive control, it is determined how many more wafers will be exposed and the difference will exceed the allowable value. Alternatively, the set number may be automatically changed to a smaller number (for example, for each wafer). As a result, the set number can be changed without the difference exceeding the allowable value, and if the image formation state is stable, the exposure can be performed only by predictive control without the difference exceeding the allowable value. Can be expected to improve.

【0067】尚、例えば環境変化(圧力、温度、湿度
等)をモニタする環境センサを設けておき、予測制御中
に、投影光学系PLの結像特性が大きく変動し得るよう
な異常を環境センサが検知した場合、異常を検知した時
点で直ちに露光動作を停止し、前述の如く微小開口部2
1を使った計測を行い、レンズエレメントを駆動するこ
とによる投影光学系PLの結像特性の補正を行うように
してもよい。
It should be noted that, for example, an environment sensor for monitoring environmental changes (pressure, temperature, humidity, etc.) is provided, and during the predictive control, an abnormality such that the image forming characteristic of the projection optical system PL can greatly change can be detected. , The exposure operation is immediately stopped when an abnormality is detected, and the minute opening 2
It is also possible to perform the measurement using 1 and to correct the image forming characteristic of the projection optical system PL by driving the lens element.

【0068】結像特性の変化が速い場合、上記の方法よ
りもより簡単に、予測制御を行わずウエハ交換毎に測定
し、前回あるいは前々回の計測時の値をもとに一次補
間、あるいは二次補間の要領で予測することによっても
ある程度の効果が得られる。ここで、基準部材20が傾
いている場合でも、斜入射式のオートフォーカス検出系
でXYステージの位置をかえながら予めその傾きを計測
しておき、微小開口部21による計測時にその傾きによ
って生じる誤差分を補正することもできる。
When the change of the image forming characteristic is fast, it is easier than the above method to perform the measurement every time the wafer is exchanged without performing the predictive control, and perform the linear interpolation or the secondary interpolation based on the value at the time of the previous measurement or the measurement before the two. A certain degree of effect can be obtained by making a prediction in the manner of the next interpolation. Here, even when the reference member 20 is tilted, the tilt is measured in advance by changing the position of the XY stage by the oblique incidence type autofocus detection system, and an error caused by the tilt when measuring by the minute opening 21 is performed. The minutes can also be corrected.

【0069】また前述までの実施例では、投影光学系P
Lの光軸中心を測定する唯一の焦点検出系29を設けた
場合について説明したが、露光エリア内の各所が計測で
きるように複数個の焦点検出系を設けることもできる。
このとき、複数個の焦点検出系29が基準部材20の各
点を測定することができれば、基準部材20が傾いてい
る場合、あるいは傾きが変化している場合でも誤差なく
測定できる。逆に、基準部材20を厳密に水平に保持で
きれば、基準部材20の複数の開口パターンを有する微
小開口部21を複数の焦点検出系29のキャリブレーシ
ョンに用いることもできる。
In the above-described embodiments, the projection optical system P
The case where only one focus detection system 29 for measuring the optical axis center of L is provided has been described, but a plurality of focus detection systems may be provided so that each position in the exposure area can be measured.
At this time, if the plurality of focus detection systems 29 can measure each point of the reference member 20, even if the reference member 20 is tilted or the tilt is changed, measurement can be performed without error. Conversely, if the reference member 20 can be held strictly horizontally, the minute openings 21 having a plurality of opening patterns of the reference member 20 can be used for calibration of the plurality of focus detection systems 29.

【0070】また、この場合像面の凹凸とウエハWの凹
凸も考慮してより綿密な焦点合わせも可能である。例え
ばウエハWのそりに合わせて像面を意図的に湾曲させて
露光することも可能である。尚、焦点検出系29及びレ
ベリング検出系30は本実施例の構成に限られるもので
はない。例えばウエハ上の矩形状のショット領域の4隅
及びその中心の夫々にスリットまたはピンホールの像を
照射することにより各点での高さ位置(Z方向の位置)
を検出するように焦点検出系を構成すれば、特に水平位
置検出系を設けずとも、5点での高さ位置からウエハ表
面の傾斜量を求めることができる。
Further, in this case, more detailed focusing can be performed by taking into consideration the unevenness of the image plane and the unevenness of the wafer W. For example, it is also possible to intentionally bend the image plane according to the warp of the wafer W and perform exposure. The focus detection system 29 and the leveling detection system 30 are not limited to the configuration of this embodiment. For example, the height position at each point (position in the Z direction) is obtained by irradiating an image of a slit or a pinhole on each of the four corners of the rectangular shot area on the wafer and the center thereof.
If the focus detection system is configured to detect the, the inclination amount of the wafer surface can be obtained from the height positions at five points without providing a horizontal position detection system.

【0071】次に微小開口部21のパターンの変形例を
説明する。前述までの実施例では微小開口部21のパタ
ーンを図2(a)及び(b)のような透過部と遮光部と
の組み合わせパターンで説明したが、照明光の波長を1
/4波長だけシフトさせる位相格子パターンを用いて図
2と等価なパターンを形成できる。この原理を図11を
用いて簡単に説明する。図11(a)に示すように、位
相格子パターンよりなる微小開口部21を下方から照明
すると回折光が発生する。このとき、0次光に比べ±1
次光は位相が1/4波長だけずれる。これらの光線がレ
チクルRの裏面で反射され微小開口部21に戻ってく
る。微小開口部21が投影光学系PLの焦点面にあると
き、図11(b)のように±1次光は再び回折し、±1
次の光線が0次光と同じ光路を戻っていく。このとき光
線±1次光はさらに位相が1/4波長ずれ、0次光とは
1/2波長だけ位相がずれることになる。このため、光
線±1次光は0次光を打ち消すように働く。位相格子と
しての微小開口部21が投影光学系PLの焦点面にない
ときは位相差が1/2波長にならないため、前述の打ち
消し合う条件からはずれる。以上より、図12のよう
に、微小開口部21を透過する反射光に対応する光電検
出器28の出力が最小となるときがベストフォーカスで
ある。その図12の横軸は図1の焦点検出系29の出力
信号、即ちZ方向の位置である。このように位相シフト
パターンを使う方法によれば、前述した方法に比べ微小
開口部21を光線がすべて通過するためSN比が高くな
りベストフォーカス点を見つけ易くすることができる。
Next, a modification of the pattern of the minute opening 21 will be described. In the above-described embodiments, the pattern of the minute opening portion 21 is described as the combination pattern of the transmitting portion and the light shielding portion as shown in FIGS. 2A and 2B, but the wavelength of the illumination light is 1
A pattern equivalent to that of FIG. 2 can be formed by using a phase grating pattern that is shifted by / 4 wavelength. This principle will be briefly described with reference to FIG. As shown in FIG. 11A, diffracted light is generated by illuminating the minute opening 21 made of the phase grating pattern from below. At this time, it is ± 1 compared to the 0th order light.
The phase of the next light is shifted by ¼ wavelength. These light rays are reflected by the back surface of the reticle R and return to the minute opening 21. When the minute opening 21 is on the focal plane of the projection optical system PL, the ± first-order light is diffracted again as shown in FIG.
The next ray returns along the same optical path as the 0th order ray. At this time, the phases of the light rays ± first-order light are further shifted by ¼ wavelength, and the phases are shifted by ½ wavelength from the zero-order light. Therefore, the light rays ± first-order light act to cancel the zero-order light. When the minute aperture 21 as the phase grating is not on the focal plane of the projection optical system PL, the phase difference does not become 1/2 wavelength, and thus the above-mentioned canceling condition is not satisfied. From the above, as shown in FIG. 12, the best focus is when the output of the photoelectric detector 28 corresponding to the reflected light passing through the minute opening 21 is minimum. The horizontal axis of FIG. 12 represents the output signal of the focus detection system 29 of FIG. 1, that is, the position in the Z direction. According to the method using the phase shift pattern as described above, since all the light rays pass through the minute opening 21 as compared with the above-described method, the SN ratio becomes high, and the best focus point can be easily found.

【0072】さらに、計測結果(像面湾曲、像面傾斜
等)に基づいて結像特性を補正する場合、前述の予測制
御によって焦点検出系29のハービングガラスを駆動し
て、予めおおまかに焦点位置を見つけておいてもよい。
この場合差信号SCの線形性の良い領域で、高精度に焦
点位置を検出することが期待できる。尚、焦点検出系2
9及びレベリング検出系30のキャリブレーションの際
のオフセットを与える方式は光学的方式(ハービングガ
ラスを駆動させる等)または電気的方式(出力値に電気
的にオフセット量を加える等)のどちらでも良い。ま
た、計測結果(像面湾曲、像面傾斜、平均焦点位置)に
基づいて投影光学系PLの平均的な結像面を求め、この
結像面が零点基準になるように焦点検出系29及びレベ
リング検出系30のキャリブレーションを行うだけでも
構わない。この際、前述の如く検出された平均的結像面
の評価を行い、この平均的な結像面の最良結像面(設計
値)に対する変化量が所定の許容値(焦点検出系29や
レベリング検出系30の検出可能範囲)以内であればキ
ャリブレーションのみを行い、許容値を越えている場合
には前述のレンズ駆動等の方法により補正を行うことと
してもよい。
Further, when the image forming characteristic is corrected based on the measurement result (field curvature, image surface inclination, etc.), the herbing glass of the focus detection system 29 is driven by the above-described predictive control to roughly focus in advance. You may find the position.
In this case, it can be expected that the focus position is detected with high accuracy in the region where the difference signal SC has good linearity. The focus detection system 2
9 and the method of giving an offset at the time of calibration of the leveling detection system 30 may be either an optical method (such as driving a herbing glass) or an electrical method (such as electrically adding an offset amount to an output value). . Further, an average image forming surface of the projection optical system PL is obtained based on the measurement result (image surface curvature, image surface inclination, average focus position), and the focus detecting system 29 and the focus detecting system 29 are set so that this image forming surface serves as a zero point reference. It suffices to simply calibrate the leveling detection system 30. At this time, the average image plane detected as described above is evaluated, and the amount of change of this average image plane with respect to the best image plane (design value) is within a predetermined allowable value (focus detection system 29 or leveling). If it is within the detectable range of the detection system 30), only the calibration is performed, and if it exceeds the allowable value, the correction may be performed by the method such as the lens driving described above.

【0073】ここで、前述の実施例では投影光学系PL
の結像特性を補正する手段の一例として、投影光学系P
Lを構成するレンズエレメントの一部を駆動する機構を
用いていたが、本発明に適用できる補正手段は上記機構
に限られるものではなく、例えばレチクルRを駆動する
方式、もしくはレチクルRと投影光学系PLとの間に配
置したフィールドレンズを投影光学系PLの光軸に対し
て垂直な面内で2次元移動、またはこの面に対して傾斜
させる方法、あるいは特定のレンズエレメント間の空気
圧を変化させる方式等を採用しても構わない。
Here, in the above-described embodiment, the projection optical system PL
As an example of means for correcting the image forming characteristic of the projection optical system P
Although a mechanism for driving a part of the lens element forming L is used, the correction means applicable to the present invention is not limited to the above mechanism, and for example, a method of driving the reticle R, or a reticle R and projection optics. A field lens arranged between the lens and the system PL is two-dimensionally moved in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system PL, or is tilted with respect to this plane, or the air pressure between specific lens elements is changed. It is also possible to adopt a method of making it happen.

【0074】また、前述の計測方法と同様にして図7の
ようなグラフを求め、その非対称性から球面収差を求め
ることもでき、前述と同様にレンズエレメントを駆動す
ることにより同様に補正可能である。また、球面収差は
投影光学系PLとウエハ間に平行平板ガラスを入れ、そ
の厚みを変えることにより補正できる。厚みの変え方は
例えばくさび状の一組のガラスをスライドさせたり、厚
みの違うガラスを複数種備えた回転板を回すようにすれ
ばよい。
Further, it is also possible to obtain the graph as shown in FIG. 7 and to obtain the spherical aberration from the asymmetry in the same manner as the above-mentioned measuring method, and it is also possible to make the same correction by driving the lens element as described above. is there. The spherical aberration can be corrected by inserting a parallel flat plate glass between the projection optical system PL and the wafer and changing its thickness. For changing the thickness, for example, a pair of wedge-shaped glasses may be slid, or a rotating plate provided with a plurality of kinds of glasses having different thicknesses may be rotated.

【0075】また、以上では微小開口部21を有する基
準部材20をZステージ14上に配置し、ステージの下
方から投影光学系PLの結像特性用の照明光を照射し、
レチクルRの裏面からの反射光を再び投影光学系PL及
び微小開口部21を介して光電検出器28で受光するよ
うにしたが、次のようにして、結像特性計測用の照明光
を照射するようにしてもよい。
Further, in the above, the reference member 20 having the minute opening 21 is arranged on the Z stage 14, and the illumination light for the image forming characteristic of the projection optical system PL is irradiated from below the stage.
The reflected light from the back surface of the reticle R is received by the photoelectric detector 28 again through the projection optical system PL and the minute opening 21, but the illumination light for measuring the imaging characteristics is emitted as follows. You may do it.

【0076】即ち、開口パターンを有するレチクルを用
い、レチクル上方からその開口パターン及び投影光学系
PLを介してウエハステージ上の基準反射面に計測用照
明光を照射し、その基準反射面からの反射光を投影光学
系PL、レチクルの開口パターンを介して光電検出器で
受光する。この場合、光電検出器はレチクルとほぼ共役
な位置に配置される。更に、テストレチクルを用いるこ
となく、開口パターンを実際の露光用のレチクルの複数
箇所に設けることによって、同様に結像特性を求めるこ
とができる。
That is, a reticle having an opening pattern is used, and the reference reflecting surface on the wafer stage is irradiated with measurement illumination light from above the reticle through the opening pattern and the projection optical system PL, and the light is reflected from the reference reflecting surface. The light is received by the photoelectric detector through the projection optical system PL and the opening pattern of the reticle. In this case, the photoelectric detector is arranged at a position almost conjugate with the reticle. Further, the imaging characteristics can be similarly obtained by providing the opening pattern at a plurality of positions of the actual exposure reticle without using the test reticle.

【0077】以上では半導体集積回路を製造するための
縮小投影型露光装置を例として説明したが、本発明はこ
れ以外の装置、例えば大型の液晶表示素子基板を製造す
るのに使用される露光装置などにも同様に適用できる。
また、以上の実施例で開示された装置は、第1基板に対
する第2基板の位置の面位置を検出する面位置検出装置
にも応用できる。
Although the reduction projection type exposure apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit has been described above as an example, the present invention is another apparatus, for example, an exposure apparatus used for manufacturing a large-sized liquid crystal display element substrate. The same can be applied to.
Further, the apparatus disclosed in the above embodiments can be applied to a surface position detecting apparatus that detects the surface position of the position of the second substrate with respect to the first substrate.

【0078】[0078]

【発明の効果】本発明によれば、高速且つ高精度に像面
湾曲、像面傾斜又は平均焦点位置を求めることができ
る。従って、別に結像特性補正手段を動作させることに
より、装置のスループットを落とすことなく投影光学系
の結像特性を補正できる。また、実際の回路パターンが
形成されたマスクをセットした状態でもスループットを
低下させずに投影光学系の結像特性を計測できると共
に、結像特性の予測制御と組み合わせることで予測制御
用のパラメータのキャリブレーションを行うこともで
き、結像特性の補正精度が向上する。
According to the present invention, the curvature of field, the inclination of the field or the average focus position can be obtained at high speed and with high accuracy. Therefore, by separately operating the image forming characteristic correcting means, the image forming characteristic of the projection optical system can be corrected without lowering the throughput of the apparatus. Further, even when the mask on which the actual circuit pattern is formed is set, the imaging characteristic of the projection optical system can be measured without lowering the throughput, and by combining with the predictive control of the imaging characteristic, the parameter for predictive control can be set. Calibration can also be performed, and the correction accuracy of the imaging characteristics is improved.

【0079】また、基準部材に形成された投影光学系に
対する光路長がそれぞれ異なる複数の微小開口部が、そ
の基準部材上の段差により光路長が変えられている場合
には、その基準部材を薄くできる。また、その基準部材
に形成された投影光学系に対する光路長がそれぞれ異な
る複数の微小開口部が、その基準部材上に設けられた位
相シフターにより光路長が変えられている場合には、そ
の微小開口部を容易に形成できる。
If a plurality of minute apertures formed on the reference member and having different optical path lengths with respect to the projection optical system have different optical path lengths due to the steps on the reference member, the reference member should be thin. it can. Further, when a plurality of minute apertures formed on the reference member and having different optical path lengths with respect to the projection optical system have their optical path lengths changed by a phase shifter provided on the reference member, the minute apertures are changed. The part can be easily formed.

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

【図1】本発明による投影露光装置の一実施例の全体を
示す一部断面図を含む構成図でる。
FIG. 1 is a configuration diagram including a partial cross-sectional view showing an entire embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention.

【図2】(a)は図1の基準部材20の微小開口部21
の一例を示す断面図、(b)はその基準部材20の微小
開口部の他の例を示す断面図である。
FIG. 2A is a minute opening 21 of the reference member 20 of FIG.
FIG. 3B is a cross-sectional view showing an example, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing another example of the minute opening of the reference member 20.

【図3】(a)は図1の基準部材20のZ方向の位置と
光電検出器28から出力される検出信号SA及びSBと
の関係を示す波形図、(b)は検出信号SAと検出信号
SBとの差信号SCと基準部材20のZ方向の位置との
関係を示す波形図である。
3A is a waveform diagram showing the relationship between the Z-direction position of the reference member 20 of FIG. 1 and the detection signals SA and SB output from the photoelectric detector 28, and FIG. 3B is a detection signal SA and detection signal SA. 6 is a waveform diagram showing the relationship between the difference signal SC from the signal SB and the position of the reference member 20 in the Z direction. FIG.

【図4】図1の投影光学系PLの露光領域に対する基準
部材20の開口パターンの設置箇所を示す平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view showing a place where an opening pattern of a reference member 20 is installed in an exposure area of the projection optical system PL of FIG.

【図5】(a)は図1の基準部材20の微小開口部21
のパターンの一例を示す平面図、(b)はその微小開口
部21のパターンの他の例を示す平面図、(c)はその
微小開口部21のパターンの更に他の例を示す平面図で
ある。
5A is a minute opening 21 of the reference member 20 of FIG.
Is a plan view showing an example of the pattern of the minute opening 21, a plan view showing another example of the pattern of the minute opening 21, and a plan view showing yet another example of the pattern of the minute opening 21. is there.

【図6】図1の投影光学系PLを光軸AXの方向から見
た場合の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the projection optical system PL of FIG. 1 viewed from the direction of the optical axis AX.

【図7】基準部材20の微小開口部21の像高に対する
焦点検出系29の出力信号を示す特性図である。
7 is a characteristic diagram showing the output signal of the focus detection system 29 with respect to the image height of the minute opening 21 of the reference member 20. FIG.

【図8】図7の特性図を像面傾斜成分と像面湾曲成分と
に分けて示す特性図である。
8 is a characteristic diagram showing the characteristic diagram of FIG. 7 divided into an image plane inclination component and an image plane curvature component.

【図9】像面湾曲を除去する場合の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram for removing a field curvature.

【図10】投影光学系PLの露光領域の半分のみを使用
する場合の説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram when only half of the exposure area of the projection optical system PL is used.

【図11】図1の基準部材20の微小開口部21として
位相格子パターンを使用する場合の説明図である。
11 is an explanatory diagram when a phase grating pattern is used as the minute openings 21 of the reference member 20 of FIG.

【図12】位相格子パターンを使用した場合における、
図1の光電検出器28の出力信号と焦点検出系29の出
力信号との関係を示す波形図である。
FIG. 12 shows a case where a phase grating pattern is used,
3 is a waveform diagram showing the relationship between the output signal of the photoelectric detector 28 and the output signal of the focus detection system 29 in FIG. 1. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 シャッタ 14 Zステージ 15 XYステージ 19 干渉計 20 基準部材 21 微小開口部 21a 下段の開口パターン部 21b 上段の開口パターン部 28 光電検出器 29 焦点検出系 30 レベリング検出系 32 主制御系 32A 合焦位置検出器 32B 結像特性検出部 33 駆動素子制御系 40,41,43,45 レンズエレメント 48a,48b,49a,49b,50a,50b 駆
動素子 R レチクル PL 投影光学系 W ウエハ 54 位相部材
1 Light Source 2 Shutter 14 Z Stage 15 XY Stage 19 Interferometer 20 Reference Member 21 Minute Aperture 21a Lower Aperture Pattern Part 21b Upper Aperture Pattern Part 28 Photoelectric Detector 29 Focus Detection System 30 Leveling Detection System 32 Main Control System 32A Combination Focus position detector 32B Imaging characteristic detection unit 33 Drive element control system 40, 41, 43, 45 Lens element 48a, 48b, 49a, 49b, 50a, 50b Drive element R Reticle PL Projection optical system W Wafer 54 Phase member

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マスクを露光光で均一に照明する第1の
照明系と、前記マスクのパターンの像を結像面上に形成
する投影光学系と、該投影光学系の結像面に感光基板の
露光面がほぼ一致するように該感光基板を保持して前記
投影光学系の光軸方向及び該光軸と垂直な方向に移動自
在なステージとを有する投影露光装置において、 前記ステージ上に配置され、前記投影光学系に対する光
路長がそれぞれ異なる複数の微小開口部が近接して形成
された基準部材と;前記複数の微小開口部を前記露光光
又は前記露光光とほぼ等しい波長の光で前記ステージ側
から照明し、前記複数の微小開口部を透過した透過光を
前記投影光学系を介して前記マスクに入射させる第2の
照明系と;該第2の照明系による照明によって前記マス
クに達した光の内で、前記マスクにより反射されて、前
記投影光学系を介して再び前記複数の微小開口部のそれ
ぞれを透過した光を個別に光電変換信号する光電変換手
段と;該光電変換手段から出力される複数の光電変換信
号に基づいて、前記投影光学系の結像面の前記複数の微
小開口部の位置での前記投影光学系の光軸方向の位置を
検出する像面状態検出手段と;該像面状態検出手段で検
出された各位置情報に基づいて、前記投影光学系の焦点
位置、像面傾斜及び像面湾曲の中の少なくとも1つの結
像特性を算出する結像特性算出手段とを有する事を特徴
とする投影露光装置。
1. A first illumination system for uniformly illuminating a mask with exposure light, a projection optical system for forming an image of the pattern of the mask on an image forming surface, and a photosensitive surface for the image forming surface of the projection optical system. In a projection exposure apparatus having a stage that holds the photosensitive substrate so that the exposure surfaces of the substrates are substantially aligned and is movable in the optical axis direction of the projection optical system and in a direction perpendicular to the optical axis, A reference member that is disposed and has a plurality of minute apertures each having a different optical path length with respect to the projection optical system formed in close proximity; and the plurality of minute apertures with the exposure light or light having a wavelength substantially equal to the exposure light. A second illumination system that illuminates from the stage side and makes transmitted light that has passed through the plurality of minute openings enter the mask through the projection optical system; and the mask is illuminated by the second illumination system. Within the light that has reached Photoelectric conversion means for individually photoelectrically converting the light reflected by the mask and transmitted again through each of the plurality of minute openings through the projection optical system; and a plurality of photoelectric conversions output from the photoelectric conversion means. Image plane state detection means for detecting the positions of the projection optical system in the optical axis direction at the positions of the plurality of minute openings on the image plane of the projection optical system based on the signal; and the image plane state detection means. An image forming characteristic calculating means for calculating at least one image forming characteristic among the focus position, the image plane inclination and the image plane curvature of the projection optical system based on each position information detected by Projection exposure system.
【請求項2】 前記基準部材に形成された前記投影光学
系に対する光路長がそれぞれ異なる複数の微小開口部
は、前記基準部材上の段差により光路長が変えられてい
る事を特徴とする請求項1記載の投影露光装置。
2. The plurality of minute apertures formed on the reference member and having different optical path lengths with respect to the projection optical system are changed in optical path length by a step on the reference member. 1. The projection exposure apparatus according to 1.
【請求項3】 前記基準部材に形成された前記投影光学
系に対する光路長がそれぞれ異なる複数の微小開口部
は、前記基準部材上に設けられた位相シフターにより光
路長が変えられている事を特徴とする請求項1記載の投
影露光装置。
3. A plurality of minute apertures formed on the reference member and having different optical path lengths with respect to the projection optical system are changed in optical path length by a phase shifter provided on the reference member. The projection exposure apparatus according to claim 1.
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