JPH07115047A - Vertical detection device, horizontal detection device, illumination optical device and aligner wherein they are used - Google Patents

Vertical detection device, horizontal detection device, illumination optical device and aligner wherein they are used

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JPH07115047A
JPH07115047A JP5258175A JP25817593A JPH07115047A JP H07115047 A JPH07115047 A JP H07115047A JP 5258175 A JP5258175 A JP 5258175A JP 25817593 A JP25817593 A JP 25817593A JP H07115047 A JPH07115047 A JP H07115047A
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light source
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reticle
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潮 寒川
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Yoshiyuki Sugiyama
吉幸 杉山
Hiroshi Yamashita
博 山下
Toshiyuki Iwazawa
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • 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
    • G03F7/70058Mask illumination systems

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  • 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 realize a focal device which is free from deterioration of measurement accuracy caused by difference of local reflectance of a substrate, inclusion of diffraction light by a fine pattern on a substrate, waviness of a local substrate surface, etc., and an illumination optical system which restrains generation of local speckles and has further uniform illumination light intensity distribution. CONSTITUTION:An aligner comprises a projection lens 4 which carries out projection for transferring a pattern to be exposed generated in a reticle 3 to a substrate by reduction, an illumination optical system 2 which treats projected light from a laser light source 1 to become exposure light suitable for exposure, a stage 9 which mounts and moves the reticle 3 and a substrate, respectively and an alignment mechanism which aligns the reticle 3 and a substrate. A focal device comprises a vertical detection device 6 which measures a position of a substrate to a focal position of the projection lens 4 and a horizontal detection device 8 which measure an angle of a substrate surface to an optical axis of the projection lens 4 for arranging the image surface of the reticle 3 reduced by the projection lens 4 parallel to a substrate surface.

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、あるパターンを投影光
学系を介して物体上に転写する露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus that transfers a pattern onto an object via a projection optical system.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、技術革新の原動力となった半導体
装置はますます高密度化され、各々の素子の微細パター
ンは0.5μm以下に及ぼうとしている。半導体のパタ
ーン製造手段として、レチクルに描画されたパターンを
投影レンズによりウェハ上に縮小転写する露光装置が用
いられている。上記露光装置を用いてパターン転写を行
う場合、露光に先立ちウェハ面を投影レンズの焦点面に
配置しなければならないが、転写パターンが微細になる
に従って投影レンズの焦点深度が浅くなるため、焦点面
に正確にウェハを配置する技術が重要になる。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices, which have been the driving force of technological innovation, are becoming more and more dense, and the fine pattern of each element is about 0.5 μm or less. As a semiconductor pattern manufacturing means, an exposure device that reduces and transfers a pattern drawn on a reticle onto a wafer by a projection lens is used. When pattern transfer is performed using the above exposure apparatus, the wafer surface must be placed on the focal plane of the projection lens prior to exposure, but the focal depth of the projection lens becomes shallower as the transfer pattern becomes finer, so the focal plane Accurate wafer placement technology is important.

【0003】また、転写パターンの微細化に伴い露光光
の短波長化が進んでおり、近年では250nm以下の波
長を有するエキシマレーザ光が露光光として用いられよ
うとしている。一般的に、エキシマレーザからの出射光
ビーム径は小さいうえに強度分布が大きいため、露光領
域全面で均質なパターン転写を行うためには、ビーム径
を拡大し一様な強度分布をもつ光線に矯正するための照
明光学系が必要となる。
Further, as the transfer pattern becomes finer, the wavelength of exposure light is becoming shorter, and in recent years, excimer laser light having a wavelength of 250 nm or less is about to be used as exposure light. In general, the beam diameter of the light emitted from the excimer laser is small and the intensity distribution is large. Therefore, in order to perform a uniform pattern transfer over the entire exposure area, the beam diameter should be increased to a beam with a uniform intensity distribution. An illumination optical system for correction is required.

【0004】以下、従来の露光装置について図9を参照
しながら説明する。図9において101は合焦装置、1
02は照明光学系である。
A conventional exposure apparatus will be described below with reference to FIG. In FIG. 9, 101 is a focusing device, 1
Reference numeral 02 is an illumination optical system.

【0005】まず、合焦装置101の構成について説明
する。図9において、103はウェハ、104はウェハ
103を3次元的に移動させるためのウェハステージで
あり、合焦調整では投影レンズ光軸に沿った方向への移
動と、ウェハ面の角度調整を行う。105はレチクル、
106はレチクル105のパターンをウェハ103面上
に投影露光するための投影レンズ、107はLED等の
発光素子、108は発光素子107で発した光を平行光
線にするためのレンズ系である。109は送光スリット
であり、平行光線の一部を通過させるために長方形状の
スリットが設けられ、スリットの重心が光軸と一致する
よう配置されている。110は送光スリット109によ
り選択された光線をウェハ103面上に結像させるため
のレンズ系、111はウェハ103上で反射した光線を
再び結像させるためのレンズ系、112はレンズ系11
1の結像位置に設けられ、ウェハ103からの反射光位
置を検出するためのPSD素子、93は位置検出回路、
94はウェハステージ104を移動量を制御するための
ウェハステージ制御駆動回路である。
First, the structure of the focusing device 101 will be described. In FIG. 9, 103 is a wafer, and 104 is a wafer stage for moving the wafer 103 three-dimensionally. In focusing adjustment, movement in the direction along the optical axis of the projection lens and angle adjustment of the wafer surface are performed. . 105 is a reticle,
Reference numeral 106 is a projection lens for projecting and exposing the pattern of the reticle 105 onto the surface of the wafer 103, 107 is a light emitting element such as an LED, and 108 is a lens system for converting the light emitted from the light emitting element 107 into parallel rays. Reference numeral 109 denotes a light-sending slit, which is provided with a rectangular slit for passing a part of the parallel rays and is arranged so that the center of gravity of the slit coincides with the optical axis. 110 is a lens system for forming an image of the light beam selected by the light-sending slit 109 on the surface of the wafer 103, 111 is a lens system for forming an image of the light beam reflected on the wafer 103 again, and 112 is a lens system 11
1, a PSD element for detecting the position of reflected light from the wafer 103, which is provided at the image forming position of 1, a position detection circuit 93,
A wafer stage control drive circuit 94 controls the amount of movement of the wafer stage 104.

【0006】以上のように構成された露光装置の合焦装
置について、以下その動作について説明する。図9にお
いて、レチクル105、投影レンズ106、ウェハ10
3の光学系でレチクルパターンの焦点面がウェハ103
の表面に一致している状態を示している。発光素子10
7からの光は、レンズ108で平行光となる。この平行
光のうち、光軸近傍の光は送光スリット109を通り、
レンズ110により投影レンズ106の光軸とウェハ面
との交点付近で送行スリットの実像を結ぶ。この像はウ
ェハ103上で反射され、レンズ111を通り再びPS
D素子112面で結像し、スリット像位置が検出され
る。ウェハ103面の角度と高さが変化するとPSD素
子112受光面における送光スリットの結像位置が移動
するため、これを利用してウェハ面の光軸方向の移動量
(以下、ウェハ高さと呼ぶ)と面の光軸に対する傾きを
計測する。あらかじめ、ウェハ表面と投影レンズ焦点面
が一致した状態での送光スリットの像の位置Z0 を計測
しておく。次からは、送光スリット像の位置ZをZ0
一致させるようウェハステージ104を移動させること
により、投影レンズの焦点面とウェハ表面を一致させる
ことが可能となる。
The operation of the focusing device of the exposure apparatus configured as described above will be described below. In FIG. 9, the reticle 105, the projection lens 106, the wafer 10
In the optical system of No. 3, the focal plane of the reticle pattern is the wafer 103.
It shows the state of matching with the surface of. Light emitting element 10
The light from 7 is collimated by the lens 108. Of this parallel light, the light near the optical axis passes through the light transmission slit 109,
The lens 110 forms a real image of the sending slit near the intersection of the optical axis of the projection lens 106 and the wafer surface. This image is reflected on wafer 103, passes through lens 111 and again PS
An image is formed on the surface of the D element 112, and the slit image position is detected. When the angle and height of the surface of the wafer 103 change, the image forming position of the light-sending slit on the light receiving surface of the PSD element 112 moves, and this is utilized to move the wafer surface in the optical axis direction (hereinafter referred to as the wafer height). ) And the tilt of the surface with respect to the optical axis. In advance, the position Z 0 of the image of the light-sending slit in the state where the wafer surface and the focal plane of the projection lens coincide with each other is measured. From the next, by moving the wafer stage 104 so that the position Z of the light-transmitting slit image coincides with Z 0 , it becomes possible to coincide the focal plane of the projection lens with the wafer surface.

【0007】次に、照明光学系102の構成について説
明する。図9において、113はレーザ光源で、例えば
エキシマレーザのような光源である。114、115、
116、117は紫外光用反射ミラーであり、118は
シリンドリカルレンズを含む光学系、119は紫外光用
反射ミラーであり、120はビームエキスパンダでレー
ザのビーム径をおおよそ第1のフライアイレンズ121
開口の大きさに拡大するものである。122、124は
レンズであり、123は紫外光反射ミラーである。12
5は第2フライアイレンズで、121、122および1
24、125をもって、レチクル上を一様に照明するた
めのオプチカルインテグレータと称する。126は集光
レンズであり、127は紫外光用反射ミラーであり、1
28はメインコンデンサレンズでオプチカルインテグレ
ータ121、125から出射したビームを集光する。9
9は投影レンズ106の瞳位置である。
Next, the structure of the illumination optical system 102 will be described. In FIG. 9, 113 is a laser light source, for example, a light source such as an excimer laser. 114, 115,
Reference numerals 116 and 117 are reflection mirrors for ultraviolet light, 118 is an optical system including a cylindrical lens, 119 is a reflection mirror for ultraviolet light, and 120 is a beam expander and the beam diameter of the laser is approximately the first fly-eye lens 121.
It expands to the size of the opening. Reference numerals 122 and 124 are lenses, and 123 is an ultraviolet light reflection mirror. 12
5 is a second fly-eye lens, 121, 122 and 1
24 and 125 are called an optical integrator for uniformly illuminating the reticle. Reference numeral 126 is a condenser lens, 127 is a reflection mirror for ultraviolet light, and 1
Reference numeral 28 denotes a main condenser lens which collects the beams emitted from the optical integrators 121 and 125. 9
9 is a pupil position of the projection lens 106.

【0008】次に本発明の従来例における照明光学系に
ついてその動作を説明する。図9においてエキシマレー
ザ光源113により発振されたレーザビーム129は、
紫外光用反射ミラー114、115、116、117を
介してシリンドリカルレンズを含む光学系118に入射
し、断面形状が長方形のビームLBiからほぼ正方形な
ビームLBoに整形される。ビームLBoは紫外光用反
射ミラーで曲折されてビームエキスパンダー120に入
射する。ビームエキスパンダー120を出射したほぼ正
方形断面の平行ビームLBoは第1のフライアイレンズ
121、レンズ122を介して紫外光用反射ミラー12
3に入射する。ミラー123によって反射されたビーム
はレンズ124を通過し第2のフライアイレンズ125
に入射し、多数のスポット光として集光したのち発散
し、集光レンズ126により再度集光され、紫外光用反
射ミラー127で反射されてメインコンデンサレンズ1
28に入射する。メインコンデンサレンズ128により
過度に集光された多数のスポット光の各々のは、レチク
ル105上ですべて重畳され、一様な照度分布となって
レチクル105を照明する。これによりレチクル105
上の回路パターンを投影レンズ106によりウェハ10
3上に縮小投影され、パターンが露光される。
Next, the operation of the illumination optical system in the conventional example of the present invention will be described. In FIG. 9, the laser beam 129 oscillated by the excimer laser light source 113 is
The light enters the optical system 118 including a cylindrical lens through the ultraviolet light reflection mirrors 114, 115, 116, 117, and is shaped into a substantially square beam LBo from a beam LBi having a rectangular cross section. The beam LBo is bent by the reflection mirror for ultraviolet light and enters the beam expander 120. The parallel beam LBo having a substantially square cross-section emitted from the beam expander 120 passes through the first fly-eye lens 121 and the lens 122, and the reflection mirror 12 for ultraviolet light.
It is incident on 3. The beam reflected by the mirror 123 passes through the lens 124 and the second fly-eye lens 125.
To the main condenser lens 1 after being condensed into a large number of spot lights and then diverged, and then condensed again by the condenser lens 126 and reflected by the reflection mirror 127 for ultraviolet light.
It is incident on 28. Each of a large number of spot lights that are excessively condensed by the main condenser lens 128 are all superposed on the reticle 105 to have a uniform illuminance distribution and illuminate the reticle 105. This allows the reticle 105
The upper circuit pattern is projected onto the wafer 10 by the projection lens 106.
3 is reduced and projected, and the pattern is exposed.

【0009】ここで、投影レンズ106は両側テレセン
トリックであり、第2のフライアイレンズ125の出射
両側にできるスポット光は、集光レンズ126、メイン
コンデンサレンズ128等により投影レンズ106の瞳
99の位置とほぼ共役になっている。即ち、瞳99には
スポット光の点光源(ビームの集束点)が第1および第
2フライアイレンズ121、125の各々のレンズエレ
メント数の積だけ形成されることになる。このことは瞳
99での光源像の強度分布の一様化の点においても有利
である。
Here, the projection lens 106 is telecentric on both sides, and the spot light formed on both emission sides of the second fly-eye lens 125 is located at the position of the pupil 99 of the projection lens 106 by the condenser lens 126, the main condenser lens 128 and the like. Is almost conjugated with. In other words, the spot light source (focusing point of the beam) of the spot light is formed in the pupil 99 by the product of the number of lens elements of each of the first and second fly-eye lenses 121 and 125. This is also advantageous in terms of making the intensity distribution of the light source image at the pupil 99 uniform.

【0010】また、第1、第2のフライアイレンズ12
1、125は回転駆動部(図示せず)により光軸を回転
軸として、第1、第2フライアイレンズ121、12
5、もしくは第2フライアイレンズ125のみ回転駆動
されるようになっており、回転駆動ぶ制御系(図示せ
ず)はエキシマレーザ光源113からのトリガーにより
レーザ発振時のみ働き、パルス光の発振毎にフライアイ
レンズ121、125を回転させるようになっているの
で、スポット光により生じる干渉縞を回転させて干渉縞
を均一化し、見かけ上、干渉縞による照明むらを低減さ
せることができる。
Further, the first and second fly-eye lenses 12
Reference numerals 1 and 125 denote first and second fly-eye lenses 121 and 12 with an optical axis as a rotation axis by a rotation driving unit (not shown).
5, or only the second fly-eye lens 125 is rotationally driven, and a rotational driving control system (not shown) works only when laser oscillation is generated by a trigger from the excimer laser light source 113, and every time the pulsed light is emitted. Since the fly-eye lenses 121 and 125 are rotated, the interference fringes generated by the spot light can be rotated to uniformize the interference fringes, and apparently uneven illumination due to the interference fringes can be reduced.

【0011】次に、従来の証明光学系の出力照度の一様
性を向上させる方法として、特開昭62−115119
号公報に示されているものを、図10、図11、図1
2、図13を用いて説明する。図10は従来の照明光学
系におけるフライアイレンズの光軸方向に沿った方向か
ら見た断面図である。図10において、140はハウジ
ングであり、130はフライアイレンズ131を固定す
るためのクランプ要素である。132は出力ビームをブ
ロックするブロッキングマスクであり、ハウジング14
0に固定されている。また、図11はフライアイレンズ
131部の斜視概略図、図12はブロッキングマスクの
正面図、図13は幾つかのフライアイレンズ131の中
心部が金属蒸着によりブロックされており、且つ他のフ
ライアイレンズ131がブロックされている状態を示す
正面図である。
Next, as a method for improving the uniformity of the output illuminance of the conventional proof optical system, Japanese Patent Laid-Open No. 62-115119.
FIG. 10, FIG. 11, and FIG.
2 and FIG. 13 will be described. FIG. 10 is a cross-sectional view as seen from a direction along the optical axis direction of a fly-eye lens in a conventional illumination optical system. In FIG. 10, 140 is a housing, and 130 is a clamp element for fixing the fly-eye lens 131. A blocking mask 132 blocks the output beam, and
It is fixed at 0. FIG. 11 is a schematic perspective view of the fly-eye lens 131, FIG. 12 is a front view of a blocking mask, and FIG. 13 is a block diagram in which the center of some fly-eye lenses 131 is blocked by metal deposition and other fly-eye lenses are used. It is a front view showing the state where eye lens 131 is blocked.

【0012】以上のように構成されたフライアイレンズ
について、以下その動作について説明する。図10、図
11、図12、図13において光源(図示せず)からの
出力照度分布を結像面(ウェハ面)(図示せず)内の種
々の点で光検知器(図示せず)等により測定する。次い
で、出力照度の非一様性を、最大および最小の正規化し
た光検知器の読みの間の差をとりかつその差を全ての正
規化した読みの平均値で割ることにより全出力ビーム強
度の割合として決定し、出力照度の光の寄与に関係した
重み付け関数を決定する。このことは、光源からフライ
アイレンズ131への光入力の強度を測定することによ
り達成される。
The operation of the fly-eye lens constructed as described above will be described below. In FIG. 10, FIG. 11, FIG. 12, and FIG. 13, the output illuminance distribution from the light source (not shown) is detected by photodetectors (not shown) at various points on the image plane (wafer surface) (not shown). Etc. The output intensity non-uniformity is then taken as the difference between the maximum and minimum normalized photodetector readings and divided by the average of all normalized readings. And a weighting function related to the light contribution of the output illuminance. This is accomplished by measuring the intensity of the light input from the light source to the fly-eye lens 131.

【0013】次いで、重み付け関数を持ったフライアイ
レンズ131の中からブロック用の適切なフライアイレ
ンズ131を選択し、選択したフライアイレンズ131
の光学的入力表面1311の中央部分を金属蒸着等の方
法によりブロッキングすることができる。図13にブロ
ッキングパターン1312、1313の例を示す。
Next, an appropriate fly-eye lens 131 for a block is selected from the fly-eye lenses 131 having a weighting function, and the selected fly-eye lens 131 is selected.
The central portion of the optical input surface 1311 can be blocked by a method such as metal deposition. FIG. 13 shows an example of the blocking patterns 1312 and 1313.

【0014】次に、出力照度一様性向上方法の別の実施
例で、特別の形態をしたマスク要素132をフライアイ
レンズ131の入力部に配置させて、フライアイレンズ
131の単部に位置された複数個のフライアイレンズ1
31を部分的にブロックすることにより、出力照度一様
性の略等価的な向上を得ることができる。マスク要素1
32の実施例を図12、図13に示してある。マスク1
32の外側形状はハウジング140に装着するのに便利
な形状とし、マスク132は開放内部部分1321およ
び該開放内部部分1321内に突出する複数個のマスク
用突出部1322、1323を有しており、突出部13
22、1323は周囲に配置されたフライアイレンズ1
31を部分的にブロックする機能を有しており、周囲に
配置されたフライアイレンズ131を部分的にブロック
することによって出力照度を一様にすることができる。
Next, in another embodiment of the method for improving the uniformity of output illuminance, a mask element 132 having a special shape is arranged at the input portion of the fly-eye lens 131 and positioned at a single portion of the fly-eye lens 131. Multiple fly-eye lenses 1
By partially blocking 31 it is possible to obtain a substantially equivalent improvement in output illuminance uniformity. Mask element 1
An example of 32 is shown in FIGS. Mask 1
The outer shape of 32 is a shape convenient for mounting on the housing 140, and the mask 132 has an open inner portion 1321 and a plurality of mask protrusions 1322, 1323 protruding into the open inner portion 1321. Protrusion 13
Reference numerals 22 and 1323 denote fly-eye lenses 1 arranged around the lens.
It has a function of partially blocking 31, and the output illuminance can be made uniform by partially blocking the fly-eye lens 131 arranged around it.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の合焦装置の構成では、送光スリットが有限のスリッ
ト幅を持つことに起因し、入射光束のウェハ101面上
のスポットは有限の大きさを持っており、反射率の異な
る境界にスポットがまたがると、反射光束内の強度分布
が変化する。その結果、PSD素子109上におけるス
ポット内の光強度分布の重心位置が反射率が均一の場合
の重心位置(光束中心)からある量だけ移動する。この
ため、ウェハ101の表面の高さ及び角度が変化してい
ないにもかかわらず、PSD素子109で測定した光強
度分布の重心位置が変化し、合焦する際の誤差の要因と
なり、正確な焦点位置合わせが困難になってしまうとい
う課題を有していた。
However, in the configuration of the conventional focusing device described above, the spot of the incident light flux on the surface of the wafer 101 has a finite size because the light-transmitting slit has a finite slit width. When the spot extends over a boundary having different reflectance, the intensity distribution within the reflected light flux changes. As a result, the barycentric position of the light intensity distribution in the spot on the PSD element 109 moves by a certain amount from the barycentric position (light beam center) when the reflectance is uniform. Therefore, although the height and angle of the surface of the wafer 101 are not changed, the position of the center of gravity of the light intensity distribution measured by the PSD element 109 is changed, which causes an error at the time of focusing, resulting in an accurate correction. There is a problem that it becomes difficult to adjust the focus position.

【0016】また、上記の従来の照明光学系の構成で
は、レーザ光にエキシマレーザのような干渉性の高い光
線を露光光に使用する場合、フライアイレンズを回転さ
せたり、マスクでブロックする方法だけではレチクル面
上にスペックルパターンや干渉縞が発生し、レチクル面
上における露光光強度の均一化は保証できない。この照
度分布は、金属蒸着等でブロックするだけでは対処不可
能で、1μm以下の微細なパターンを転写する際におけ
る問題となっていた。
Further, in the above-mentioned configuration of the conventional illumination optical system, when a highly coherent light beam such as an excimer laser is used as the exposure light for the exposure light, the fly-eye lens is rotated or the mask is used for blocking. Only with this, speckle patterns and interference fringes are generated on the reticle surface, and it is not possible to guarantee that the exposure light intensity is uniform on the reticle surface. This illuminance distribution cannot be dealt with simply by blocking with metal vapor deposition or the like, which has been a problem in transferring a fine pattern of 1 μm or less.

【0017】本発明は上記従来技術の課題を解決するも
ので、合焦装置においては、半導体ウェハ等の被露光材
の反射率の不均一性によらず、被露光材の投影レンズ焦
点面への正確な配置が可能な露光装置を提供することを
目的とする。また、照明光学系においては、スペックル
の発生を抑え、レチクル面上における光強度分布を検出
し、照度の高い領域の光束強度を制御することによって
均一な照明光学系を有する露光装置を提供することを目
的とする。
The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. In the focusing device, the focusing surface of the projection lens of the material to be exposed is not affected by the nonuniformity of the reflectance of the material to be exposed such as a semiconductor wafer. It is an object of the present invention to provide an exposure apparatus capable of accurately arranging. Further, in the illumination optical system, it is possible to provide an exposure apparatus having a uniform illumination optical system by suppressing the generation of speckles, detecting the light intensity distribution on the reticle surface, and controlling the luminous flux intensity in a region with high illuminance. The purpose is to

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、露光するパターンが描かれたレチクルのパ
ターンを縮小して基板に転写するために投影する投影レ
ンズと、レーザ光源からの出射光を露光に適した露光光
に矯正する照明光学系と、レチクルおよび基板をそれぞ
れ搭載移動するステージと、レチクルと基板の位置合わ
せを行うアライメント機構からなる露光装置において、
上記アライメント機構は上記投影レンズの焦点面と基板
面を一致させる合焦装置を有し、上記合焦装置はレチク
ルの投影レンズによる縮小像面と基板面を平行に配置す
るために、投影レンズの焦点位置に対する基板の位置を
測定する垂直検出装置と投影レンズの光軸に対する基板
表面の角度を測定する水平検出装置とから構成される。
To achieve this object, the present invention comprises a projection lens for projecting a pattern of a reticle on which a pattern to be exposed is drawn for reduction and transfer to a substrate, and a laser from a laser light source. In an exposure apparatus including an illumination optical system that corrects emitted light into exposure light suitable for exposure, a stage that mounts and moves a reticle and a substrate, and an alignment mechanism that aligns the reticle and the substrate,
The alignment mechanism has a focusing device that matches the focal plane of the projection lens and the substrate surface, and the focusing device arranges the reduced image plane of the projection lens of the reticle and the substrate surface in parallel to each other. It consists of a vertical detector that measures the position of the substrate with respect to the focus position and a horizontal detector that measures the angle of the substrate surface with respect to the optical axis of the projection lens.

【0019】そして、水平検出装置は、1つの光源と、
光源から照射光線を基板上に平行光線で照明するよう構
成された照明光学系と、この光線中に配置された有限の
厚みを有する光学硝子基板と、この光学硝子基板を光線
に直行した軸の回りに自在に回転可能な回転機構と、基
板からの正反射光を逆方向に反射する反射ミラーと、反
射光が再び基板で反射され再度光学硝子基板を通過した
後に配置され反射光の一部を反射するビームスプリッタ
と、集光した光を光電変換する検出器と、回転機構の駆
動部分と、この駆動回路から回転の同期信号と検出器か
らの検出信号から基板の傾きを計算する信号処理回路部
から構成される。
The horizontal detecting device includes one light source,
An illumination optical system configured to illuminate a light beam emitted from a light source on a substrate by a parallel light beam, an optical glass substrate having a finite thickness disposed in the light beam, and an axis perpendicular to the optical glass substrate. A rotating mechanism that can freely rotate around, a reflection mirror that reflects specularly reflected light from the substrate in the opposite direction, and a part of the reflected light that is arranged after the reflected light is reflected by the substrate again and again passes through the optical glass substrate. A beam splitter that reflects light, a detector that photoelectrically converts the collected light, a drive part of the rotation mechanism, and signal processing that calculates the tilt of the substrate from the synchronization signal of rotation from this drive circuit and the detection signal from the detector. It is composed of a circuit section.

【0020】また、垂直検出装置は、レチクル上に設け
られたレンズとしての作用をする光学素子と、露光光と
は波長の異なるコヒーレント光を出射し上記光学素子を
照明する光源と、レチクルと投影レンズを経由し上記基
板によって反射された光線強度を検出する複数の検出光
学系と、複数の検証光学系からの検出信号より、投影レ
ンズの光軸に平行な方向に対する基板の位置を検出する
信号処理回路部から構成される。更に、照明光学系は、
レーザ光源から発せられるビームから多数の光源像群を
発生させる第1の光源像発生手段と、前記第1の光源像
発生手段からのビームを用いて多数の光源像を発生させ
る第2の光源像発生手段と、前記第2の光源像発生手段
から出射したビームを重ね合わせた状態で被照射面を照
明する照射手段と、被照射面の照度分布を検出する照度
分布検出手段と、前記照度分布検出手段からの出力信号
に応じて照射光量を調整する光量調整手段と、前記照度
分布検出手段により検出された出力信号に応じて前記光
量調整手段を制御する制御手段から成る構成を有してい
る。
Further, the vertical detection apparatus includes an optical element that functions as a lens provided on the reticle, a light source that emits coherent light having a wavelength different from that of the exposure light and illuminates the optical element, and the reticle and the projection. A signal for detecting the position of the substrate in the direction parallel to the optical axis of the projection lens from the detection signals from the plurality of detection optical systems that detect the intensity of the light beam reflected by the substrate via the lens and the plurality of verification optical systems. It is composed of a processing circuit unit. Furthermore, the illumination optics
First light source image generating means for generating a large number of light source image groups from a beam emitted from a laser light source, and second light source image for generating a large number of light source images using the beams from the first light source image generating means. Generating means, irradiating means for illuminating a surface to be irradiated in a state where the beams emitted from the second light source image generating means are superposed, illuminance distribution detecting means for detecting an illuminance distribution on the surface to be irradiated, and the illuminance distribution The light quantity adjusting means adjusts the irradiation light quantity according to the output signal from the detecting means, and the control means controls the light quantity adjusting means according to the output signal detected by the illuminance distribution detecting means. .

【0021】[0021]

【作用】本発明の垂直検出装置においては、レチクル上
に設けられたレンズとして作用する光学素子を、露光光
と異なる波長のコヒーレント光で照明し、散乱光を生成
する。生成された散乱光の一部は投影レンズを通過し、
その後基板面で反射され、再び投影レンズを通過し、上
記レチクル上に設けられたレンズとして作用する光学素
子に入射する。上記光学素子を透過した光線は、レチク
ル・投影レンズ・基板の相対位置に依存した特定の位置
に結像する。光線の結像位置は複数の異なる位置に配置
された検出光学系により検出され、それに従って投影レ
ンズ焦点位置と基板の位置のズレを検出する。これによ
り、基板の局所的な反射率の違い、基板上の微細パター
ンによる回折光の混入、及び局所的な基板面のうねり等
による測定精度の劣化のない焦点合わせを行うことがで
きる。
In the vertical detection apparatus of the present invention, the optical element acting as a lens provided on the reticle is illuminated with coherent light having a wavelength different from the exposure light to generate scattered light. Part of the generated scattered light passes through the projection lens,
After that, the light is reflected by the substrate surface, passes through the projection lens again, and is incident on the optical element that functions as a lens provided on the reticle. The light beam that has passed through the optical element forms an image at a specific position depending on the relative positions of the reticle, the projection lens, and the substrate. The image forming position of the light beam is detected by detection optical systems arranged at a plurality of different positions, and accordingly, the deviation between the focal position of the projection lens and the position of the substrate is detected. This makes it possible to perform focusing without causing deterioration in measurement accuracy due to differences in local reflectance of the substrate, mixing of diffracted light due to a fine pattern on the substrate, and local waviness of the substrate surface.

【0022】また、本発明の水平検出装置においては、
基板上の1ショット内の露光領域の複数箇所を連続ある
いは断続的に水平計測用の光線を走査することによっ
て、露光領域内の複数箇所における面の傾きを測定する
ことができ、これにより、局所的な反射率の違い、基板
上の微細パターンによる回折光の混入、及び局所的な基
板面のうねり等による測定精度の悪化を、複数箇所にお
ける測定値を平均化・重み付き平均化・多数決処理等の
統計処理を行うことによって、精度の高い水平位置合わ
せ行うことができる。
Further, in the horizontal detection device of the present invention,
By continuously or intermittently scanning a plurality of locations in the exposure area on a substrate with a light beam for horizontal measurement, it is possible to measure the surface inclination at a plurality of locations in the exposure area. Differences in reflectance, mixing of diffracted light due to fine patterns on the substrate, and deterioration of measurement accuracy due to local waviness on the substrate surface, etc. Averaging measured values at multiple points, weighted averaging, majority processing It is possible to perform highly accurate horizontal alignment by performing statistical processing such as.

【0023】更に、本発明の照明光学系においては、第
1の光源像発生手段であるフライアイレンズを構成する
N個のレンズ群で発生させたN本のビームを、第2の光
源像発生手段に入射させる。ここで、第2の光源像発生
手段であるフライアイレンズを構成するM個の小レンズ
群で、N×M本のビームに分離される。分離されたビー
ムは、M個の小レンズ群で構成された第2の光源像発生
手段に対応したM個の電気光学素子から成る光量調整手
段に入射する。ここで、被照射面の照度分布を検出する
照度分布検出手段により検出された出力信号に応じて照
射光量を制御する制御手段により前記電気光学素子を制
御し、全体光量の均一性はもちろんのこと、部分的なス
ペックルの発生を抑え、より均一な照明光強度分布を有
する照明光学系を得ることができる。
Further, in the illumination optical system of the present invention, the N light beams generated by the N lens groups forming the fly-eye lens, which is the first light source image generating means, are generated into the second light source image. Inject the means. Here, the M small lens groups forming the fly-eye lens, which is the second light source image generating means, split the beam into N × M beams. The separated beams are incident on the light amount adjusting means composed of M electro-optical elements corresponding to the second light source image generating means composed of M small lens groups. Here, the electro-optical element is controlled by the control unit that controls the irradiation light amount according to the output signal detected by the illuminance distribution detection unit that detects the illuminance distribution on the illuminated surface, and the uniformity of the entire light amount is of course Further, it is possible to suppress the occurrence of partial speckles and obtain an illumination optical system having a more uniform illumination light intensity distribution.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図1は本発明の一実施例における露
光装置の概略構成図である。図1において、1はレーザ
光源部で露光光を発生し、2は照明光学系でレーザ光源
部1からの出射光を露光に適した光束に矯正するための
レンズ系である。3はレチクル、4は投影レンズ、5は
ウェハで、投影レンズ4によりレチクル3面上のパター
ンを感光材が塗布されたウェハ5面上に転写する。6は
垂直検出ユニットで投影レンズ4の焦点面とウェハ5面
の面間隔を測定する。7は露光位置検出ユニットで、レ
チクル3面上のパターンの投影レンズ4による実像位置
とウェハ5面上の露光位置の相対的位置関係を計測す
る。また、8は水平検出ユニットで投影レンズ4の焦点
面とウェハ5面の平行度を測定する。9はステージ、1
0はステージ制御駆動回路で、垂直検出ユニット6、露
光位置検出ユニット7、水平検出ユニット8の検出結果
をステージ制御駆動回路10にて判断し、ウェハ5の露
光面を投影レンズ4の焦点面に一致させ、レチクル3の
パターンを所定の位置に露光されるようステージ9を移
動する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus in one embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 is a laser light source section for generating exposure light, and 2 is an illumination optical system for correcting a light beam emitted from the laser light source section 1 into a light beam suitable for exposure. 3 is a reticle, 4 is a projection lens, and 5 is a wafer. The projection lens 4 transfers the pattern on the surface of the reticle 3 onto the surface of the wafer 5 coated with the photosensitive material. Reference numeral 6 denotes a vertical detection unit that measures the surface distance between the focal plane of the projection lens 4 and the wafer 5 surface. An exposure position detection unit 7 measures the relative positional relationship between the real image position of the pattern on the surface of the reticle 3 by the projection lens 4 and the exposure position on the surface of the wafer 5. A horizontal detection unit 8 measures the parallelism between the focal plane of the projection lens 4 and the wafer 5 surface. 9 is the stage, 1
Reference numeral 0 denotes a stage control drive circuit, which determines the detection results of the vertical detection unit 6, the exposure position detection unit 7, and the horizontal detection unit 8 by the stage control drive circuit 10, and sets the exposure surface of the wafer 5 to the focal plane of the projection lens 4. The stage 9 is moved so that the patterns of the reticle 3 are aligned and exposed to a predetermined position.

【0025】以上のように構成された露光装置におい
て、次に垂直検出ユニット6の装置構成について、図2
に示す垂直検出ユニット概略構成図を用いて説明する。
まず、11は合焦用光源で、露光光と波長の異なるコヒ
ーレントな平面波を生成する。12はレチクル3面に設
けられている光学素子で、通常のレンズと同様に光束を
収束、発散させる作用を持つ。合焦用光源11からの出
射光束の断面の大きさは、光学素子12の有効径と同程
度になっている。13、14はハーフミラー、15は全
反射ミラー、16はレンズ系で、合焦用光源11からの
出射光をハーフミラー13によって光学素子12に導入
する。光学素子12を透過した光束は、投影レンズ4を
通過しウェハ5により反射された後、再度投影レンズ
4、光学素子12、レンズ系16を通過する。通過後の
光束は、ハーフミラー14及び全反射ミラー15によっ
て2系統の光束に分離される。17、18はアパチャ
ー、19、20は受光素子で、ハーフミラー14、全反
射ミラー15からの光束の一部をアパチャー17、18
によって選択し、受光素子19、20で光強度を測定す
る。21は信号強度比較回路であり、受光素子19、2
0で測定された光強度を比較し、ウェハ5が投影レンズ
4の焦点位置に対してどこに位置しているかを算出す
る。10はステージ制御駆動回路で、信号強度比較回路
21からの測定結果に基づき、ウェハ5が投影レンズ4
の焦点に位置するようにステージ9を制御、駆動する。
In the exposure apparatus configured as described above, the apparatus configuration of the vertical detection unit 6 will be described next with reference to FIG.
This will be described with reference to the schematic configuration diagram of the vertical detection unit shown in FIG.
First, 11 is a focusing light source that generates a coherent plane wave having a wavelength different from that of the exposure light. Reference numeral 12 denotes an optical element provided on the surface of the reticle 3, which has a function of converging and diverging a light beam like an ordinary lens. The cross-sectional size of the light flux emitted from the focusing light source 11 is about the same as the effective diameter of the optical element 12. Reference numerals 13 and 14 are half mirrors, 15 is a total reflection mirror, and 16 is a lens system, and the light emitted from the focusing light source 11 is introduced into the optical element 12 by the half mirror 13. The light flux that has passed through the optical element 12 passes through the projection lens 4, is reflected by the wafer 5, and then passes through the projection lens 4, the optical element 12, and the lens system 16 again. The light flux after passing is split into two light fluxes by the half mirror 14 and the total reflection mirror 15. Reference numerals 17 and 18 denote apertures, and reference numerals 19 and 20 denote light receiving elements. A part of the light flux from the half mirror 14 and the total reflection mirror 15 is used as an aperture 17, 18
The light intensity is measured by the light receiving elements 19 and 20. Reference numeral 21 is a signal strength comparison circuit,
The light intensity measured at 0 is compared to calculate where the wafer 5 is located with respect to the focal position of the projection lens 4. Reference numeral 10 denotes a stage control drive circuit, which is based on the measurement result from the signal intensity comparison circuit 21 and causes the wafer 5 to project onto the projection lens 4.
The stage 9 is controlled and driven so as to be positioned at the focal point of.

【0026】以上のように構成された垂直検出ユニット
6のウェハ位置検出原理について、図2を参照しながら
以下に説明する。合焦用光源11からの出射光束は光学
素子12及び投影レンズ4を通過するが、上記2つの合
成焦点距離をf1とする。また、ウェハ5により反射さ
れた光束は、再び投影レンズ4と光学素子12を通過し
レンズ系16により収束されるが、投影レンズ4と光学
素子12とレンズ系16の合成焦点距離をf2とする。
以上のように考えるとき、合焦用光源11から出射され
た光束は受光素子19、20に達するまで、焦点距離f
1、f2の2つのレンズを通過することと等価になる。
ここで、2つのレンズの間隔をDとすると、ウェハ5の
位置がdだけ投影レンズ4から遠ざかると、焦点距離f
1、f2のレンズ間隔がD+2dになるため、合焦用光
源21からの出射光の焦点位置が変化する。アパチャー
17、18と受光素子19、20によって、異なる位置
における光強度が測定されるが、それらを比較すること
によって合焦用光源11からの出射光がレンズ系16を
経たときの焦点の位置が算出される。レチクル3、投影
レンズ4、ウェハ5が正しい位置にあるときの、合焦用
光源11からの出射光の焦点位置を予め登録しておけ
ば、後は常に焦点位置が同じになるようウェハ5を移動
させることにより合焦が可能になる。
The principle of wafer position detection of the vertical detection unit 6 configured as described above will be described below with reference to FIG. The light flux emitted from the focusing light source 11 passes through the optical element 12 and the projection lens 4, and the combined focal length of the two is f1. Further, the light flux reflected by the wafer 5 again passes through the projection lens 4 and the optical element 12 and is converged by the lens system 16, and the combined focal length of the projection lens 4, the optical element 12 and the lens system 16 is f2. .
Considering as described above, the luminous flux emitted from the focusing light source 11 reaches the light receiving elements 19 and 20 until the focal length f.
It is equivalent to passing two lenses of 1 and f2.
Here, if the distance between the two lenses is D, and the position of the wafer 5 is moved away from the projection lens 4 by d, the focal length f
Since the lens interval of 1 and f2 is D + 2d, the focal position of the light emitted from the focusing light source 21 changes. The light intensities at different positions are measured by the apertures 17 and 18 and the light receiving elements 19 and 20. By comparing them, the focus position when the light emitted from the focusing light source 11 passes through the lens system 16 is determined. It is calculated. If the focus position of the light emitted from the focusing light source 11 when the reticle 3, the projection lens 4, and the wafer 5 are in the correct positions is registered in advance, the wafer 5 is always adjusted so that the focus positions will be the same thereafter. Focusing becomes possible by moving.

【0027】光学素子12がなくても、図2と同様な装
置構成により合焦させることが可能であるが、光学素子
12をレチクル位置に設けることにより、投影レンズ4
に対するレチクル位置の情報も抽出することができ、レ
チクル3のウェハ5面上での投影像の投影倍率を一定に
することが可能である。また、レンズ系16は全てのレ
ンズ系の合成焦点距離を短くするために設けられてお
り、ウェハ5の移動に伴う2つの受光素子で測定される
光強度の変化を増幅する。以上のようにレンズ系16を
挿入することによって、より精度の高い合焦が可能にな
る。
Focusing can be performed by the same device configuration as in FIG. 2 without the optical element 12, but by providing the optical element 12 at the reticle position, the projection lens 4
The information of the reticle position with respect to can also be extracted, and the projection magnification of the projection image of the reticle 3 on the surface of the wafer 5 can be made constant. The lens system 16 is provided to shorten the combined focal length of all the lens systems, and amplifies a change in light intensity measured by the two light receiving elements as the wafer 5 moves. By inserting the lens system 16 as described above, more accurate focusing becomes possible.

【0028】光学素子12はレンズと同様に光束の収
束、発散の作用があるものならどのような構造をとって
もよい。例えば、図3に示すようにレチクル上の転写パ
ターンの一部分に転写パターンと同様にクロムメッキ
で、フルネルパターンを設けておくとよい。フルネルパ
ターンの透過回折光は一つの焦点を結び、レンズと同じ
作用をする。
The optical element 12 may have any structure as long as it has a function of converging and diverging a light beam like a lens. For example, as shown in FIG. 3, it is advisable to provide a Fresnel pattern on a part of the transfer pattern on the reticle by chrome plating similarly to the transfer pattern. The transmitted diffracted light in the Fresnel pattern forms one focal point and has the same function as a lens.

【0029】以上のように、本実施例の露光装置におけ
る垂直検出ユニット6において、レチクル上にレンズと
同様な作用をする光学素子を設け、その光学素子をコヒ
ーレントな光線で照明し、透過光が投影レンズを通過し
ウェハで反射され再び投影レンズと光学素子を経た後に
形成される焦点位置を計測する事により、ウェハの部分
的な反射率の差異、ウェハ表面の局所的なうねり、ウェ
ハ表面の微細パターンの回折やスペックル等に影響され
ない合焦が可能になる。
As described above, in the vertical detection unit 6 in the exposure apparatus of the present embodiment, an optical element having the same function as a lens is provided on the reticle, and the optical element is illuminated with a coherent light beam so that the transmitted light is By measuring the focal position formed after passing through the projection lens and being reflected by the wafer and passing through the projection lens and the optical element again, the partial reflectance difference of the wafer, the local waviness of the wafer surface, and the wafer surface Focusing that is not affected by the diffraction of fine patterns and speckles becomes possible.

【0030】ここで、上記垂直検出ユニット6の実施例
において、アパチャーと受光素子は2組であるが、3組
以上設けてもよい。受光素子を多数設けることにより、
異なる位置における光強度を多点計測できることにな
り、それらの計測結果を統計処理することによって、レ
ンズの残存収差による光強度の変化に左右されない正確
な合焦動作が可能な垂直検出ユニットを得ることができ
る。
Here, in the embodiment of the vertical detection unit 6 described above, the number of apertures and light receiving elements is two, but three or more may be provided. By providing a large number of light receiving elements,
It becomes possible to measure the light intensity at multiple points at different positions, and by statistically processing the measurement results, it is possible to obtain a vertical detection unit capable of an accurate focusing operation that is not affected by changes in the light intensity due to residual aberration of the lens. You can

【0031】次に、本発明の実施例における水平検出ユ
ニット7の装置構成について、図4に示す水平検出ユニ
ット概略構成図を用いて説明する。図4は本発明の一実
施例における露光装置の水平位置検出ユニット8の構成
図である。図4において、5はウェハ、9はウェハ5を
3次元的に移動させるためのステージであり、傾き調整
では主にあおり方向の移動を行う。4はレチクル(図示
せず)のパターンをウェハ5面に投影露光するための投
影レンズ、22はLED等の発光素子(光源)、23は
発光素子22で発した光を平行光線に矯正するための照
射光学系のレンズであり、レンズ23の焦点付近に発光
素子22が設けられている。24は照射光学系の送光ス
リットであり、平行光線の一部を通過させるためのスリ
ットが開けられ、このスリットの中心が光軸と一致する
ように設けられている。25は送光スリット24から発
せられたスリット光をウェハ5面上の異なる位置に照射
するために光軸をシフトする光学硝子基板状の平行シフ
タ、26はウェハ5上で反射したスリット光を同じ光路
を通るように反射するためのミラー、27はミラー26
に反射された光線がハーフミラー28によって一部反射
された反射光を集光するためのレンズ、29は集光した
光の重心位置を検出するPSD素子、30は位置検出回
路、10は位置検出回路30の出力に基づき、ウェハス
テージ9をあおり2方向に移動させるためのウェハステ
ージ制御駆動回路である。31はシフタ駆動回路で、平
行シフタ25のあおり動作を制御する。
Next, the device configuration of the horizontal detection unit 7 in the embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram of the horizontal detection unit shown in FIG. FIG. 4 is a configuration diagram of the horizontal position detection unit 8 of the exposure apparatus in one embodiment of the present invention. In FIG. 4, 5 is a wafer, and 9 is a stage for moving the wafer 5 three-dimensionally. The tilt adjustment mainly moves in the tilting direction. 4 is a projection lens for projecting and exposing a pattern of a reticle (not shown) on the surface of the wafer 5, 22 is a light emitting element (light source) such as an LED, and 23 is for correcting light emitted from the light emitting element 22 into parallel rays. The light emitting element 22 is provided in the vicinity of the focal point of the lens 23. Reference numeral 24 denotes a light-sending slit of the irradiation optical system, which is provided with a slit for passing a part of the parallel light beam, and is provided so that the center of this slit coincides with the optical axis. Reference numeral 25 is an optical glass substrate parallel shifter that shifts the optical axis to irradiate different positions on the wafer 5 with the slit light emitted from the light-transmitting slit 24, and 26 is the same slit light reflected on the wafer 5. A mirror for reflecting the light so as to pass through the optical path, 27 is a mirror 26
A lens for condensing the reflected light partially reflected by the half mirror 28, a PSD for detecting the position of the center of gravity of the condensed light, 30 a position detection circuit, and 10 a position detection A wafer stage control drive circuit for moving the wafer stage 9 in two tilt directions based on the output of the circuit 30. Reference numeral 31 denotes a shifter drive circuit, which controls the tilting operation of the parallel shifter 25.

【0032】以上の構成において、以下、その動作につ
いて図5を参照しながら説明する。図5は水平検出ユニ
ットの動作原理を説明するための模式図である。図5に
おいては、レチクル(図示せず)、投影レンズ4、ウェ
ハ5の光学系で、レチクルパターンの焦点面がウェハ5
の表面上に合致した状態を示しており、この時の送光ス
リット24のレンズ27による像のPSD素子面におけ
る受光位置をZ0 とする。発光素子22からの光は、レ
ンズ23で平行光にされる。この平行光のうち、光軸近
傍の光は送光スリット24を通り、平行シフタ25を通
過し投影レンズ4の中心の直下で、かつウェハ5の表面
上に送光スリット24の開口形状の平行光束が照射され
る。この光束はウェハ5面上で反射され、ミラー26で
反射され再びウェハ5で反射され再度平行シフタ25を
通り、ハーフミラー28で光線の一部が反射されPSD
素子29で受光され光線のスポット位置が検出される。
上記のようにウェハ5は水平位置Z=Z0 におかれてい
るため、位置検出回路30からの出力信号は零となる。
そして、ウェハステージ9を移動量に対応して得られる
位置検出回路30からの出力信号(例えば水平位置から
ずれたときは点線のような光路)からウェハ5面の傾き
を検出できる。
The operation of the above arrangement will be described below with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operation principle of the horizontal detection unit. In FIG. 5, the reticle (not shown), the projection lens 4, and the wafer 5 are optical systems, and the focal plane of the reticle pattern is the wafer 5.
Is shown on the surface of the light-receiving surface, and the light receiving position on the PSD element surface of the image by the lens 27 of the light transmitting slit 24 at this time is Z0. The light from the light emitting element 22 is collimated by the lens 23. Of this parallel light, the light near the optical axis passes through the light-sending slit 24, passes through the parallel shifter 25, immediately below the center of the projection lens 4, and on the surface of the wafer 5 in parallel with the opening shape of the light-sending slit 24. The luminous flux is emitted. This light flux is reflected on the surface of the wafer 5, reflected by the mirror 26, again reflected by the wafer 5, again passed through the parallel shifter 25, and partially reflected by the half mirror 28, resulting in PSD.
The element 29 receives the light and detects the spot position of the light beam.
Since the wafer 5 is located at the horizontal position Z = Z0 as described above, the output signal from the position detection circuit 30 becomes zero.
Then, the inclination of the wafer 5 surface can be detected from an output signal from the position detection circuit 30 (for example, an optical path like a dotted line when deviated from the horizontal position) obtained corresponding to the movement amount of the wafer stage 9.

【0033】ここで、図4に示してあるように、平行シ
フタ25はシフタ駆動回路31によって光軸に垂直な軸
にそって回転が可能であり、平行シフタ25を回転する
ことで、送光スリット24を通過した後の光束を光軸に
対して平行に移動させることが可能になるため、ウェハ
5上の異なる位置にスリット光を照射できる。このと
き、平行シフタ25によってシフトした光束は平行に移
動するため、ウェハ5面の角度が一定ならば、ウェハ5
面上の任意の位置に光束が照射されていても集光レンズ
27によって結像される光束スポットのPSD素子29
上での位置は変化しないので、ウェハ5上の照射位置と
無関係にウェハ5の傾き量が計測可能である。
Here, as shown in FIG. 4, the parallel shifter 25 can be rotated by a shifter drive circuit 31 along an axis perpendicular to the optical axis, and by rotating the parallel shifter 25, light is transmitted. Since the light flux after passing through the slit 24 can be moved parallel to the optical axis, the slit light can be irradiated to different positions on the wafer 5. At this time, since the light flux shifted by the parallel shifter 25 moves in parallel, if the angle of the wafer 5 surface is constant, the wafer 5
The PSD element 29 of the light beam spot imaged by the condenser lens 27 even if the light beam is irradiated to any position on the surface.
Since the position above does not change, the tilt amount of the wafer 5 can be measured regardless of the irradiation position on the wafer 5.

【0034】ここで、本実施例における水平検出ユニッ
ト8に上記の平行シフタ25が備えているのは次の理由
による。すでにウェハ5上の露光領域に何らかのパター
ンが転写されている状況において、時にウェハ5面上で
の照明領域が反射率の異なる領域をまたぐ場合がある。
送光スリット24のスリット幅が無限小で、レンズ2
3、27が無収差で、レンズ27の結像面とPSD素子
29の受光面が一致しているならば、前記の状況に遭遇
してもウェハ5面の角度の計測に影響はない。しかし、
実際には送光スリット24は有限のスリット幅を有し、
またレンズ23、27は収差を持つ。更にPSD素子2
9の受光面をレンズ27の結像面に完全に位置させるこ
とは困難である。そのため、PSD素子29受光面にお
けるスリット光のスポットは有限の大きさを有するた
め、前記状況においてはウェハ5面上での照明領域内の
反射率の変化によって、ウェハ5面の傾きの測定が影響
される。また、ウェハ5表面は完全な平面ではなく、若
干の面のうねりを有している。そのため、ウェハ5の局
所的な面の角度を計測しても、必ずしも露光領域の面角
度を測定しているとはいえない。
The parallel shifter 25 is provided in the horizontal detection unit 8 in this embodiment for the following reason. In the situation where some pattern has already been transferred to the exposure area on the wafer 5, the illumination area on the surface of the wafer 5 may sometimes straddle an area having different reflectance.
The slit width of the light sending slit 24 is infinitely small, and the lens 2
If 3 and 27 have no aberration and the image forming surface of the lens 27 and the light receiving surface of the PSD element 29 coincide with each other, even if the above situation is encountered, the measurement of the angle of the wafer 5 surface is not affected. But,
Actually, the light transmitting slit 24 has a finite slit width,
The lenses 23 and 27 have aberrations. Further PSD element 2
It is difficult to completely position the light receiving surface of 9 on the image forming surface of the lens 27. Therefore, since the spot of the slit light on the light receiving surface of the PSD element 29 has a finite size, in the above situation, the measurement of the tilt of the wafer 5 surface is affected by the change of the reflectance in the illumination area on the wafer 5 surface. To be done. Further, the surface of the wafer 5 is not a perfect flat surface but has a slight undulation. Therefore, even if the local surface angle of the wafer 5 is measured, it cannot be said that the surface angle of the exposure region is necessarily measured.

【0035】以上のように、スリット光のウェハ5面に
おける照明領域において、スリット光に対する反射率の
変化がある場合やウェハ5面のうねりが存在する場合
は、ウェハ5面の角度計測値の信頼性が低下する。そこ
で、本実施例における水平検出ユニット8は平行シフタ
25を備え、平行シフタ25の角度を変化させることに
よって、スリット光のウェハ5面における照明領域を変
化させ、異なる領域における測定値を統計処理すること
によって、前記のレンズ23、27の収差、PSD素子
29受光面とレンズ27の結像面の不一致、ウェハ5面
のうねり等の測定への影響を除去するものである。
As described above, in the illumination area of the slit light on the wafer 5 surface, when there is a change in the reflectance with respect to the slit light or when there is undulation on the wafer 5 surface, the reliability of the angle measurement value of the wafer 5 surface is relied upon. Sex decreases. Therefore, the horizontal detection unit 8 in this embodiment includes the parallel shifter 25, and by changing the angle of the parallel shifter 25, the illumination area of the slit light on the wafer 5 surface is changed, and the measured values in different areas are statistically processed. This eliminates the influence on the measurement such as the aberration of the lenses 23 and 27, the mismatch between the light receiving surface of the PSD element 29 and the image forming surface of the lens 27, and the waviness of the wafer 5 surface.

【0036】以上のように本実施例によれば、平行光を
ウェハ上に照射し、反射光を再びミラーで折り返しPS
D素子で受光するときに、平行シフタを回転することに
よりウェハ上の複数の位置を走査することで、ウェハの
局所的な反射率の異なる領域があったとしても十分な水
平位置の調整が可能である。
As described above, according to this embodiment, the parallel light is irradiated onto the wafer, and the reflected light is reflected back by the mirror PS.
When light is received by the D element, by rotating the parallel shifter to scan multiple positions on the wafer, sufficient horizontal position adjustment is possible even if there are regions with different local reflectances on the wafer. Is.

【0037】なお、実施例において平行シフタ25は1
軸方向のみ回転可能な構造としたが、平行シフタ25は
2軸方向に回転可能ならウェハ5上をより自由度高く走
査可能にしてもよい。また、平行シフタ25を2枚設け
それぞれ別の方向に走査する構造をとっても良い。
In the embodiment, the parallel shifter 25 is set to 1
Although the structure is such that it can rotate only in the axial direction, the parallel shifter 25 may be capable of scanning the wafer 5 with a higher degree of freedom if it can rotate in the two axial directions. Further, a structure may be adopted in which two parallel shifters 25 are provided and scanning is performed in different directions.

【0038】次に、本発明の実施例における照明光学系
2について、図面を参照しながら説明する。図6は本発
明の一実施例における照明光学系2の概略構成図で、図
6において、32は露光機構部である。33はレーザ光
源で、例えばエキシマレーザのような光源である。34
は紫外反射用ミラーであり、35は凹レンズ、36は凸
レンズであり、凹レンズ35と凸レンズ36は1つのレ
ンズ系としてビームエキスパンダの役割を持っており、
レーザのビーム径をおおよそ第1のフライアイレンズ3
7の大きさに拡大するものである。37はレチクル上を
均一に照明するための第1のフライアイレンズであり、
フライアイレンズ37は図7の平面図に示すごとく、四
角柱が多数(図7では5×5=25個)接合されて構成
されており、各四角柱の両端面はそれぞれ凸球面に形成
されており、凸レンズの作用を有している。38は凸レ
ンズで、39は第1のフライアイレンズ37から出射し
たビームを曲折させる紫外反射用ミラーである。40は
凸レンズで、凸レンズ38とともに第1のフライアイレ
ンズ37から出射したビームをコリメートするコリメー
トレンズの役割をもっている。41はレチクル上を均一
に照明するための第2のフライアイレンズであり、第1
のフライアイレンズ37と同様の構成をしており、第1
のフライアイレンズ37の入射面と第2のフライアイレ
ンズ41の出射面とは略共役関係に維持されている。こ
こで37、38及び40、41を総称してレチクル上を
均一に照明するためのオプチカル・インテグレータと称
する。
Next, the illumination optical system 2 in the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the illumination optical system 2 in one embodiment of the present invention. In FIG. 6, reference numeral 32 is an exposure mechanism section. A laser light source 33 is a light source such as an excimer laser. 34
Is a mirror for ultraviolet reflection, 35 is a concave lens, 36 is a convex lens, the concave lens 35 and the convex lens 36 have a role of a beam expander as one lens system,
The beam diameter of the laser is approximately the first fly-eye lens 3
It is expanded to the size of 7. 37 is a first fly-eye lens for uniformly illuminating the reticle,
As shown in the plan view of FIG. 7, the fly-eye lens 37 is configured by joining a large number of quadrangular prisms (5 × 5 = 25 in FIG. 7), and each end face of each quadrangular prism is formed into a convex spherical surface. And has the function of a convex lens. Reference numeral 38 is a convex lens, and 39 is an ultraviolet reflection mirror that bends the beam emitted from the first fly-eye lens 37. Reference numeral 40 denotes a convex lens which, together with the convex lens 38, also serves as a collimator lens for collimating the beam emitted from the first fly-eye lens 37. Reference numeral 41 is a second fly-eye lens for uniformly illuminating the reticle.
It has the same configuration as the fly-eye lens 37 of
The entrance surface of the fly-eye lens 37 and the exit surface of the second fly-eye lens 41 are maintained in a substantially conjugate relationship. Here, 37, 38 and 40, 41 are collectively called an optical integrator for uniformly illuminating the reticle.

【0039】42は第2のフライアイレンズ41に対応
した電気光学素子から成る光量調整手段であり、例えば
石英ガラス等で構成された液晶素子であり、43は被照
射面(ウェハ面)の照度分布を検出する照度分布検出手
段44により検出された出力信号に応じて照射光量を制
御する制御手段である。45は紫外反射用ミラーであ
り、46はコンデンサレンズで、2段のオプチカル・イ
ンテグレータ37、41から出射したビームを集光す
る。3は転写用のパターンが描かれているレチクル、4
7はレチクル3を吸着、保持するレチクルホルダ、4は
レチクル3のパターンを投影する投影レンズ、5はパタ
ーンが焼付けられるウェハである。9はステージであ
り、ウェハ5を吸着、保持し、かつ焼付けを行う際に移
動、合焦を行う。45は露光機構部の定盤である。44
は被照射面(ウェハ面)の照度分布を検出する照度分布
検出手段で例えば、紫外用フォトセンサである。
Reference numeral 42 is a light quantity adjusting means composed of an electro-optical element corresponding to the second fly-eye lens 41, which is a liquid crystal element composed of, for example, quartz glass, and 43 is the illuminance of the irradiated surface (wafer surface). The control unit controls the irradiation light amount in accordance with the output signal detected by the illuminance distribution detection unit 44 that detects the distribution. Reference numeral 45 is an ultraviolet reflecting mirror, and 46 is a condenser lens that collects the beams emitted from the two-stage optical integrators 37 and 41. 3 is a reticle on which a transfer pattern is drawn, 4
Reference numeral 7 is a reticle holder for sucking and holding the reticle 3, 4 is a projection lens for projecting the pattern of the reticle 3, and 5 is a wafer on which the pattern is printed. Reference numeral 9 denotes a stage, which moves and focuses the wafer 5 when sucking and holding the wafer 5 and baking the wafer 5. Reference numeral 45 is a surface plate of the exposure mechanism section. 44
Is an illuminance distribution detecting means for detecting the illuminance distribution on the irradiated surface (wafer surface), for example, an ultraviolet photosensor.

【0040】以上のように構成された照明光学系2につ
いて、以下その動作について図6を参照しながら説明す
る。まず、エキシマレーザ光源33から発振されたレー
ザビームは紫外用反射ミラー34で反射され、ビームエ
キスパンダ35、36に入射する。ビームエキスパンダ
35、36を出射し、ほぼ正方形断面の平行ビームに拡
大されたレーザビームは第1の光源像発生手段であるフ
ライアイレンズ37に入射する。フライアイレンズ37
の入射面側の凸面の焦点距離は、フライアイレンズ37
の厚さにほぼ等しいため、フライアイレンズ37に入射
するビームは各四角柱レンズ要素によって出射面側の各
凸面の近傍に集光されN個(図7では25個)のスポッ
ト像が形成される。形成されたスポット光は第2の光源
像発生手段であるフライアイレンズ41でN×M個のス
ポット光として集光した後、発散したレーザビームは紫
外反射用ミラー45で曲折され、コンデンサレンズ46
に入射する。入射したレーザビームはコンデンサレンズ
46により適度に集光され、多数のスポット光の各々か
らの光はレチクル3上ですべて重畳され、一様な照度分
布となってレチクル3を照射する。これによりレチクル
3に描かれている回路パターンは投影レンズ4によりウ
ェハ5上に縮小投影され、パターンが焼付けられる。
The operation of the illumination optical system 2 configured as described above will be described below with reference to FIG. First, the laser beam oscillated from the excimer laser light source 33 is reflected by the ultraviolet reflection mirror 34 and enters the beam expanders 35 and 36. The laser beam emitted from the beam expanders 35 and 36 and expanded into a parallel beam having a substantially square cross section enters a fly-eye lens 37 which is a first light source image generating means. Fly eye lens 37
The focal length of the convex surface on the incident surface side of
Since the beam incident on the fly-eye lens 37 is condensed by each quadrangular prism lens element in the vicinity of each convex surface on the exit surface side, N (25 in FIG. 7) spot images are formed. It The formed spot light is condensed as N × M spot lights by the fly-eye lens 41 which is the second light source image generating means, and then the diverged laser beam is bent by the ultraviolet reflection mirror 45 and the condenser lens 46.
Incident on. The incident laser beam is appropriately condensed by the condenser lens 46, and the lights from each of the multiple spot lights are all superimposed on the reticle 3 to irradiate the reticle 3 with a uniform illuminance distribution. As a result, the circuit pattern drawn on the reticle 3 is reduced and projected on the wafer 5 by the projection lens 4, and the pattern is printed.

【0041】また、第2の光源像発生手段であるフライ
アイレンズ41から出射したレーザビームは、M個の小
レンズ群で構成された第2のフライアイレンズ41に対
応したM個の電気光学素子42に入射する。電気光学素
子42の構造は図8に示してあるように、第2のフライ
アイレンズ41中の小レンズ数と同数のM個の電気光学
素子から構成され、各々の電気光学素子は独立にレーザ
光透過率を変動させることが可能である。ここで、被照
射面の照度分布を検出する紫外用フォトセンサ44によ
り検出された出力信号に応じて照射光量を制御する照度
分布制御回路43により前記電気光学素子42を制御す
ることによって、全体光量の均一性はもちろんのこと、
部分的なスペックルの発生を抑えた、より均一な照明光
学装置を得ることができる。
Further, the laser beam emitted from the fly-eye lens 41, which is the second light source image generating means, is M electro-optical corresponding to the second fly-eye lens 41 composed of M small lens groups. It is incident on the element 42. As shown in FIG. 8, the structure of the electro-optical element 42 is composed of M electro-optical elements of the same number as the number of small lenses in the second fly-eye lens 41, and each electro-optical element is a laser independently. It is possible to change the light transmittance. Here, by controlling the electro-optical element 42 by the illuminance distribution control circuit 43 that controls the irradiation light amount according to the output signal detected by the ultraviolet photosensor 44 that detects the illuminance distribution on the irradiated surface, the total light amount is Of course, the uniformity of
It is possible to obtain a more uniform illumination optical device in which the generation of partial speckles is suppressed.

【0042】以上のように本実施例における照明光学系
によれば、被照射面に設けた照度分布検出手段と、照度
分布検出手段により検出された出力信号に応じて照射光
量を制御する照度分布制御手段と、第2フライアイレン
ズの直後に照度分布制御手段により照射光量を調整する
光量調整手段を設けることにより、光量低下も無く一様
な均一照明を得ることができる。
As described above, according to the illumination optical system of the present embodiment, the illuminance distribution detecting means provided on the illuminated surface and the illuminance distribution for controlling the illuminating light quantity according to the output signal detected by the illuminance distribution detecting means. By providing the control means and the light quantity adjusting means for adjusting the irradiation light quantity by the illuminance distribution controlling means immediately after the second fly-eye lens, it is possible to obtain uniform and uniform illumination without a decrease in the light quantity.

【0043】なお、本実施例において、電気光学素子4
2の電気光学素子単位の数と、フライアイレンズ41の
小レンズの数は同じであるが、電気光学素子単位の数を
小レンズの数量より多くした構造をとることも可能であ
る。
In this embodiment, the electro-optical element 4
The number of two electro-optical element units is the same as the number of small lenses of the fly-eye lens 41, but it is also possible to adopt a structure in which the number of electro-optical element units is larger than the number of small lenses.

【0044】以上のように、本実施例における垂直検出
ユニット6、水平検出ユニット8、照明光学系2によっ
て、ウェハ表面の局所的な反射率の相違、基板上の微細
パターンによる回折光の混入、及び局所的なウェハ面の
うねり等に影響されない合焦動作が可能であり、且つ全
体光量の均一性はもちろんのこと部分的なスペックルの
発生を抑え、より均一な照明光強度分布を有する露光装
置を提供することが出来る。なお、垂直検出ユニット
6、水平検出ユニット8、照明光学系2はそれぞれ図
2、図4、図6に示したような構成を持つ独立の装置と
して種々の目的に用いることも可能である。
As described above, the vertical detection unit 6, the horizontal detection unit 8, and the illumination optical system 2 in this embodiment cause a difference in local reflectance of the wafer surface, mixing of diffracted light due to a fine pattern on the substrate, And exposure that has a more uniform illumination light intensity distribution that can perform focusing operation that is not affected by local waviness on the wafer surface and that suppresses partial speckle generation as well as the uniformity of the overall light intensity. A device can be provided. The vertical detection unit 6, the horizontal detection unit 8, and the illumination optical system 2 can be used for various purposes as independent devices having the configurations shown in FIGS. 2, 4, and 6, respectively.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上のように本発明は、光軸に対し光線
を平行に移動させる機構を設けることにより、ウェハ面
上の1ショット内の露光領域の複数箇所を連続あるいは
断続的にウェハ面の平行度計測用の光線を走査し、露光
領域内の複数箇所の平行度を測定することができる。ま
た、レチクル上にレンズと同様な作用をする光学素子を
設け、露光光とは異なる波長の光源を用いて照明し、生
成される散乱光のウェハからの反射光の焦点位置を複数
の受光素子で検出することによりウェハ面上の露光領域
位置を投影レンズの焦点に合致させることができる。上
記の構成をとることにより、ウェハ面上に局所的な反射
率の相違、局所的な面のうねり、露光領域に存在する微
細パターンによって生成される回折光やスペックルに影
響されない合焦ができる優れた露光装置を実現できるも
のである。
As described above, according to the present invention, by providing a mechanism for moving a light beam in parallel with the optical axis, a plurality of exposure areas in one shot on the wafer surface are continuously or intermittently applied to the wafer surface. It is possible to measure the parallelism at a plurality of positions within the exposure area by scanning the parallel measurement light beam of. In addition, an optical element that acts like a lens is provided on the reticle, and a light source having a wavelength different from that of the exposure light is used to illuminate the focal point of the reflected light from the wafer, which is generated by scattered light. It is possible to match the position of the exposure area on the wafer surface with the focus of the projection lens by detecting with. With the above configuration, focusing can be performed without being affected by the difference in reflectance locally on the wafer surface, the local waviness of the surface, the diffracted light generated by the fine pattern existing in the exposure area, and the speckle. An excellent exposure apparatus can be realized.

【0046】更に、本発明における照明光学装置は、ウ
ェハ面に設けた照度分布検出手段と、照度検出手段によ
り検出された出力信号に応じて露光光の照射光量を制御
する照度分布制御手段と、第2フライアイレンズの直後
に照度分布制御手段により照射光量を調整する光量調整
手段を設けることにより、光量低下がなく途中のレンズ
系で生成されるスペックル等の影響されることなく均一
な照明を得ることができる優れた露光装置を実現できる
ものである。
Further, the illumination optical device according to the present invention comprises an illuminance distribution detecting means provided on the wafer surface, and an illuminance distribution controlling means for controlling the irradiation light quantity of the exposure light according to the output signal detected by the illuminance detecting means, By providing the light quantity adjusting means for adjusting the irradiation light quantity by the illuminance distribution controlling means immediately after the second fly's eye lens, there is no decrease in the light quantity and uniform illumination without being affected by speckles generated in the lens system in the middle. It is possible to realize an excellent exposure apparatus that can obtain

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

【図1】本発明の一実施例における露光装置の概略構成
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施例における垂直検出ユニットの概略構成
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a vertical detection unit in the same embodiment.

【図3】同実施例における垂直検出ユニットでレチクル
上に施されているレンズとして作用する光学素子パター
ンの模式図
FIG. 3 is a schematic view of an optical element pattern acting as a lens provided on a reticle in the vertical detection unit in the same embodiment.

【図4】同実施例における水平検出ユニットの概略構成
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a horizontal detection unit in the same embodiment.

【図5】同実施例における水平検出ユニットの動作原理
を説明するための模式図
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operation principle of the horizontal detection unit in the embodiment.

【図6】同実施例における照明光学系の概略構成図FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system in the example.

【図7】同実施例における光軸方向から見たフライアイ
レンズの外観図
FIG. 7 is an external view of the fly-eye lens viewed from the optical axis direction in the example.

【図8】同実施例における電気光学素子の外観図FIG. 8 is an external view of an electro-optical element in the example.

【図9】従来の露光装置における合焦装置と照明光学系
の概略構成図
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a focusing device and an illumination optical system in a conventional exposure apparatus.

【図10】従来の照明光学系におけるフライアイレンズ
の光軸方向に沿った方向から見た断面図
FIG. 10 is a cross-sectional view of a fly-eye lens in a conventional illumination optical system as seen from a direction along an optical axis direction.

【図11】従来の照明光学系におけるフライアイレンズ
の斜視概略図
FIG. 11 is a schematic perspective view of a fly-eye lens in a conventional illumination optical system.

【図12】従来の照明光学系におけるフライアイレンズ
のブロッキングマスクの光軸方向からの正面図
FIG. 12 is a front view from the optical axis direction of a blocking mask of a fly-eye lens in a conventional illumination optical system.

【図13】従来の照明光学系におけるフライアイレンズ
のブロッキングマスクの作用を説明するための模式図
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the action of a blocking mask of a fly-eye lens in a conventional illumination optical system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ光源部 2 照明光学系 3 レチクル 4 投影レンズ 5 ウェハ 6 垂直検出ユニット 7 露光位置検出ユニット 8 水平検出ユニット 9 ステージ 10 ステージ制御駆動回路 11 合焦用光源 12 光学素子 13、14 ハーフミラー 15 全反射ミラー 17、18 アパチャー 19、20 受光素子 21 信号強度比較回路 22 発光素子 24 送光スリット 25 平行シフタ 29 PSD素子 30 位置検出回路 31 シフタ駆動回路 34、39、45 紫外反射用ミラー 35 凹レンズ 36、38、40 凸レンズ 37 第1のフライアイレンズ 41 第2のフライアイレンズ 42 電気光学素子 43 照度分布制御回路 44 紫外用フォトセンサ 46 コンデンサレンズ 1 Laser Light Source Section 2 Illumination Optical System 3 Reticle 4 Projection Lens 5 Wafer 6 Vertical Detection Unit 7 Exposure Position Detection Unit 8 Horizontal Detection Unit 9 Stage 10 Stage Control Drive Circuit 11 Focusing Light Source 12 Optical Elements 13, 14 Half Mirror 15 All Reflecting mirror 17, 18 Aperture 19, 20 Light receiving element 21 Signal intensity comparing circuit 22 Light emitting element 24 Light transmitting slit 25 Parallel shifter 29 PSD element 30 Position detecting circuit 31 Shifter driving circuit 34, 39, 45 UV reflection mirror 35 Concave lens 36, 38, 40 Convex Lens 37 First Fly-Eye Lens 41 Second Fly-Eye Lens 42 Electro-Optical Element 43 Illuminance Distribution Control Circuit 44 UV Photo Sensor 46 Condenser Lens

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 吉幸 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 山下 博 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 岩澤 利幸 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Yoshiyuki Sugiyama 3-10-1 Higashisanda, Tama-ku, Kawasaki City, Kanagawa Matsushita Giken Co., Ltd. (72) Hiroshi Yamashita 3-chome, Higashimita, Tama-ku, Kawasaki City, Kanagawa No. 10-1 Matsushita Giken Co., Ltd. (72) Inventor Toshiyuki Iwasawa 3-10-1 Higashisanda, Tama-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Matsushita Giken Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の物体に描画されたパターンを第2
の物体に転写する装置において、第1の物体に設けられ
たレンズとして作用する光学素子と、露光光とは波長の
異なるアライメント光を出射し上記光学素子を照明する
光源と、上記光学素子を通過し第2の物体を経由して得
られるアライメント光を検出する複数の検出光学系と、
上記複数の検出光学系の出力を比較する手段と、上記比
較手段からの信号を基に第2の物体の位置を調整する手
段とを備えた垂直検出装置。
1. A pattern drawn on a first object is a second pattern.
In the apparatus for transferring to the object, an optical element that acts as a lens provided on the first object, a light source that emits alignment light having a wavelength different from the exposure light and illuminates the optical element, and passes through the optical element. And a plurality of detection optical systems for detecting alignment light obtained via the second object,
A vertical detection device comprising means for comparing the outputs of the plurality of detection optical systems and means for adjusting the position of the second object based on the signals from the comparison means.
【請求項2】 上記光学素子としてフレネルゾーンレン
ズを用いた請求項1記載の垂直検出装置。
2. The vertical detection device according to claim 1, wherein a Fresnel zone lens is used as the optical element.
【請求項3】 近似的平面を有する物体において、1つ
の光源と、光源から照射する光線を上記物体平面上に平
行光線で照射するように構成された照射光学系と、この
光線中に配置された有限長の厚みを有する光学硝子基板
と、この光学硝子基板を光線の通過する方向に対して回
転自在に支持する回転機構と、上記物体平面による正反
射光を垂直に反射する反射ミラーと、反射光が再び上記
物体平面で反射され光学硝子基板を通過した位置に配置
され反射光の一部を再び反射するビームスプリッタと、
ビームスプリッタからの反射平行光を集光するレンズ
と、集光した光を光電変換する検出器と、回転機構の駆
動回路と、この駆動回路からの回転の同期信号と検出器
からの検出信号から上記物体平面の傾きを計算する信号
処理回路部からなる水平検出装置。
3. In an object having an approximate plane, one light source, an irradiation optical system configured to irradiate a light beam emitted from the light source with parallel rays on the object plane, and arranged in the light beam. An optical glass substrate having a finite length, a rotation mechanism that rotatably supports the optical glass substrate with respect to the direction in which light rays pass, a reflection mirror that vertically reflects specularly reflected light from the object plane, A beam splitter in which the reflected light is again reflected by the object plane and passed through the optical glass substrate, and a part of the reflected light is reflected again,
From the lens that collects the reflected parallel light from the beam splitter, the detector that photoelectrically converts the collected light, the drive circuit of the rotation mechanism, the rotation synchronization signal from this drive circuit, and the detection signal from the detector A horizontal detection device comprising a signal processing circuit unit for calculating the inclination of the object plane.
【請求項4】 物体を照明する為のパルス化されたレー
ザ光を発する光源と、該光源から発せられるビームを用
いて多数の光源像を発生させる第1の光源像発生手段
と、該第1の光源像発生手段からのビームを用いて多数
の光源像を発生させる第2の光源像発生手段と、該第2
の光源像発生手段からのビームを重ね合わせた状態で被
照射面を照射する照射手段と、被照射面の照度分布を検
出する照度分布検出手段と該照度分布検出手段からの出
力信号に応じて照射光量を調整する光量調整手段を具備
したことを特徴とする照明光学装置。
4. A light source which emits pulsed laser light for illuminating an object, a first light source image generating means which generates a large number of light source images using a beam emitted from the light source, and the first light source image generating means. Second light source image generating means for generating a large number of light source images using the beam from the light source image generating means of
Irradiating means for irradiating the irradiated surface in a state where the beams from the light source image generating means are overlapped, illuminance distribution detecting means for detecting the illuminance distribution on the irradiated surface, and an output signal from the illuminance distribution detecting means An illumination optical device comprising a light amount adjusting means for adjusting an irradiation light amount.
【請求項5】 上記第1および、第2の光源像発生手段
は集光レンズとフライアイレンズで構成されており、第
1の光源像発生手段の入射面と第2の光源像発生手段の
出射面とは略共役関係に維持されていると同時に、光量
調整手段は第2光源像発生手段の焦点面より外側に配置
されていることを特徴とした請求項4記載の照明光学装
置。
5. The first and second light source image generating means are composed of a condenser lens and a fly-eye lens, and the incident surface of the first light source image generating means and the second light source image generating means. 5. The illumination optical apparatus according to claim 4, wherein the light quantity adjusting means is arranged outside the focal plane of the second light source image generating means while being maintained in a substantially conjugate relationship with the emission surface.
【請求項6】 レチクルに描かれた露光するパターンを
縮小して基板に転写するために投影する投影レンズと、
上記レチクルを照明する為のパルス化されたレーザ光を
発する光源と、露光を行うための照明光学系と、上記レ
チクル及び上記基板をそれぞれ搭載移動するステージ
と、上記レチクルと上記基板の位置合わせを行うアライ
メント機構からなる露光装置において、上記アライメン
ト機構は上記投影レンズによるレチクル上のパターンの
実像面に基板面を配置する合焦装置を有し、上記合焦装
置は投影レンズ光軸方向の基板と投影レンズ間距離を測
定する垂直検出装置と基板の水平面を測定する水平検出
装置とから構成され、上記水平検出装置は、1つの光源
と、光源から照射する光線を基板上に平行光線で照射す
るように構成された照射光学系と、この光線中に配置さ
れた有限長の厚みを有する光学硝子基板と、この光学硝
子基板を光線の通過する方向に対して回転自在に支持す
る回転機構と、基板からの正反射光を垂直に反射する反
射ミラーと、反射光が再び基板で反射され光学硝子基板
を通過した位置に配置され反射光の一部を再び反射する
ビームスプリッタと、ビームスプリッタからの反射平行
光を集光するレンズと、集光した光を光電変換する検出
器と、回転機構の駆動回路と、この駆動回路からの回転
の同期信号と検出器からの検出信号から基板の傾きを計
算する信号処理回路部から構成され、上記垂直検出装置
は、レチクルの一部に設けられたレンズとして作用する
光学素子と、露光光とは波長の異なるアライメント光を
出射し上記光学素子を照明する光源と、上記光学素子を
通過し基板を経由して得られるアライメント光を検出す
る複数の検出光学系と、上記検出光学系の出力を比較す
る手段と、上記比較手段からの信号を基にして基板の位
置を調整する手段から構成され、上記照明光学系は、上
記物体を照明する為のパルス化されたレーザ光を発する
光源から発せられるビームを用いて多数の光源像を発生
させる第1の光源像発生手段と、上記第1の光源像発生
手段からのビームを用いて多数の光源像を発生させる第
2の光源像発生手段と、上記第2の光源像発生手段から
のビームを重ね合わせた状態で被照射面を照射する照射
手段と、被照射面の照度分布を検出する照度分布検出手
段と該照度分布検出手段からの出力信号に応じて照射光
量を調整する光量調整手段から構成されることを特徴と
する露光装置。
6. A projection lens for projecting an exposure pattern drawn on a reticle so as to be reduced and transferred onto a substrate.
A light source that emits pulsed laser light for illuminating the reticle, an illumination optical system for performing exposure, a stage that mounts and moves the reticle and the substrate, respectively, and alignment of the reticle and the substrate are performed. In the exposure apparatus including an alignment mechanism, the alignment mechanism has a focusing device that arranges a substrate surface on a real image plane of a pattern on the reticle formed by the projection lens, and the focusing device includes a substrate in the optical axis direction of the projection lens. It is composed of a vertical detection device for measuring the distance between the projection lenses and a horizontal detection device for measuring the horizontal plane of the substrate. The horizontal detection device irradiates one light source and light rays emitted from the light source on the substrate as parallel light rays. The irradiation optical system configured as described above, the optical glass substrate having a finite length arranged in the light beam, and the light beam passing through the optical glass substrate. A rotation mechanism that rotatably supports the direction of reflection, a reflection mirror that vertically reflects the specularly reflected light from the substrate, and a position where the reflected light is reflected by the substrate again and passes through the optical glass substrate. A beam splitter that partially reflects again, a lens that collects the reflected parallel light from the beam splitter, a detector that photoelectrically converts the collected light, a drive circuit of the rotation mechanism, and a rotation circuit from this drive circuit. The vertical detection device is composed of a signal processing circuit unit that calculates the tilt of the substrate from the synchronization signal and the detection signal from the detector, and the vertical detection device includes an optical element acting as a lens provided in a part of the reticle and the exposure light. A light source that emits alignment light having different wavelengths and illuminates the optical element, a plurality of detection optical systems that detect the alignment light that passes through the optical element and is obtained via the substrate, and the detection optical system. And a means for adjusting the position of the substrate based on the signal from the comparison means, and the illumination optical system emits pulsed laser light for illuminating the object. First light source image generating means for generating a large number of light source images using a beam emitted from a light source, and second light source image for generating a large number of light source images using a beam from the first light source image generating means. The generating means, the irradiating means for irradiating the surface to be irradiated with the beams from the second light source image generating means superimposed on each other, the illuminance distribution detecting means for detecting the illuminance distribution on the surface to be irradiated, and the illuminance distribution detecting means. An exposure apparatus comprising a light amount adjusting means for adjusting an irradiation light amount according to an output signal from the exposure device.
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