JPH0845813A - Scanning exposure method and device - Google Patents

Scanning exposure method and device

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JPH0845813A
JPH0845813A JP6175198A JP17519894A JPH0845813A JP H0845813 A JPH0845813 A JP H0845813A JP 6175198 A JP6175198 A JP 6175198A JP 17519894 A JP17519894 A JP 17519894A JP H0845813 A JPH0845813 A JP H0845813A
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JP
Japan
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substrate
scanning
wafer
focus position
detection signal
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Withdrawn
Application number
JP6175198A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Miyaji
敬 宮地
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH0845813A publication Critical patent/JPH0845813A/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • 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
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70358Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

Abstract

PURPOSE:To accurately follow up a target surface on the surface of a wafer without using the low-pass filter of a variable cut-off frequency and regardless of the condition of the surface of the wafer and scanning velocity when auto- focus is performed in a scanning exposure device. CONSTITUTION:A focus signal is supplied to a filter part 51 from an AF sensor 25 to obtain the estimate of the true value of the focus signal in the filter part 51. The focus position of the approximate surface of the surface of a wafer and a tilt angle are computed by using the estimate in least square approximate computing part 52, and a deviation obtained by subtracting the computation from a target value in a subtrating part 54 is supplied to a control part 62 to drive an actuator 63 by a control signal from the control part 62. The gain of the filter part 51 is optimized by using the dispersion of a focus signal when the wafer is at a standstill or moving.

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、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等を製造するための走査型露光装置のオー
トフォーカス機構、又はオートレベリング機構の制御方
法に適用して好適な走査露光方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is suitable for a scanning exposure method and a method for controlling an autofocus mechanism or an autoleveling mechanism of a scanning type exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device or the like. Regarding the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子等を製造するためのリソグラ
フィ工程で使用される投影露光装置の内で、ステップ・
アンド・リピート方式(ステッパー等)のような一括露
光方式(静止型)の投影露光装置では、合焦させようと
するウエハ(又はガラスプレート等の基板)が静止して
いるため、オートフォーカスあるいはオートレベリング
は、一定の目標値に対するサーボ制御により行われる。
2. Description of the Related Art In a projection exposure apparatus used in a lithography process for manufacturing a semiconductor device, etc.
In a batch exposure method (static type) projection exposure apparatus such as an and repeat method (stepper, etc.), the wafer (or the substrate such as a glass plate) to be focused is stationary, and therefore, auto focus or auto focus is performed. Leveling is performed by servo control for a constant target value.

【0003】図11は、従来のオートフォーカス及びオ
ートレベリング機構を簡略化して示し、この図11にお
いて、加減算部74の第1の入力部にウエハのフォーカ
ス位置(投影光学系の光軸方向の位置)、及び2方向の
傾斜角の目標値が供給されている。また、合焦対象面
(ウエハの表面)のN個の(Nは3以上の整数)計測点
での実際のフォーカス位置が焦点位置検出系(AFセン
サ)72により検出され、検出されたN個のフォーカス
位置のデータが最小自乗近似演算部73に供給され、最
小自乗近似演算部73ではそれらN個のフォーカス位置
を用いてウエハの表面に最小自乗法的に近似される平面
のフォーカス位置、及び2方向の傾斜角を求める。
FIG. 11 is a simplified view of a conventional auto-focusing and auto-leveling mechanism. In FIG. 11, the focus position of the wafer (the position in the optical axis direction of the projection optical system) is shown in the first input section of the adder / subtractor section 74. ), And the target values of the tilt angles in the two directions are supplied. The actual focus positions at N (N is an integer of 3 or more) measurement points on the target surface (wafer surface) are detected by the focus position detection system (AF sensor) 72, and the detected N positions are detected. Is supplied to the least-squares approximation calculation unit 73, and the least-squares approximation calculation unit 73 uses these N focus positions to focus on the plane of the plane that is approximated to the surface of the wafer by the method of least squares, and Find the tilt angles in two directions.

【0004】図12(a)は、1つの計測点用のAFセ
ンサの一例を示し、この図12(a)において、スリッ
ト板77を通過した検出光が、送光側対物レンズ78を
経てウエハ79の表面に斜めにスリット像を形成し、ウ
エハ79からの反射光が受光側対物レンズ80を経て光
電検出器81上にスリット像を再結像する。ウエハ79
のフォーカス位置が例えば位置79Aに変化すると、光
電検出器81上での結像位置が横ずれすることから、光
電検出器81の検出信号よりウエハ79のフォーカス位
置が検出される。
FIG. 12 (a) shows an example of an AF sensor for one measurement point. In FIG. 12 (a), the detection light passing through the slit plate 77 passes through the light-transmitting side objective lens 78 and the wafer. A slit image is obliquely formed on the surface of 79, and the reflected light from the wafer 79 re-images the slit image on the photoelectric detector 81 via the light-receiving side objective lens 80. Wafer 79
When the focus position of the wafer changes to, for example, the position 79A, the focus position of the wafer 79 is detected from the detection signal of the photoelectric detector 81 because the image formation position on the photoelectric detector 81 is laterally displaced.

【0005】図11に戻り、このように実測されたフォ
ーカス位置、及び2方向の傾斜角は加減算部74の第2
の入力部に供給され、加減算部74において目標値から
実測値を差し引いて得られた位置偏差が制御部75へ出
力される。その制御部75でその位置偏差に所定のゲイ
ンを乗ずる等により求められた制御信号に基づいて、ウ
エハの姿勢を変化させるためのアクチュエータ96が駆
動され、これにより変化したウエハのフォーカス位置が
AFセンサ72によりフィードバックされることで、通
常の位置サーボ系が構成されている。
Returning to FIG. 11, the focus position and the tilt angles in the two directions measured in this way are determined by the second addition / subtraction unit 74.
The position deviation obtained by subtracting the measured value from the target value in the adder / subtractor 74 is output to the controller 75. An actuator 96 for changing the attitude of the wafer is driven based on a control signal obtained by the control unit 75 multiplying the positional deviation by a predetermined gain, and the changed focus position of the wafer is detected by the AF sensor. By being fed back by 72, a normal position servo system is constructed.

【0006】一括露光方式(静止型)の投影露光装置に
おいては、静止しているウエハに対してオートフォーカ
スをかけるため、合焦対象面の外乱w(k)は存在せ
ず、全体のサーボ系中で発生するノイズのうち支配的な
ものは、AFセンサ72のゆらぎv(k)である。この
ゆらぎv(k)は、AFセンサの検出光の光路上の気体
の流れ等に起因して光路長が変化し、あたかもウエハ7
9の表面が変位したように見える現象である。図11で
は、アクチュエータ76とAFセンサ72との間に仮想
的に加算部71を設け、この加算部71からAFセンサ
のゆらぎv(k)が混入するものとしている。従来の装
置においては、そのゆらぎv(k)の影響を軽減するた
め、AFセンサ72の出力信号を時間的に平均化してい
た。この場合、静止中であってもウエハは微小量移動す
るため、その時間平均は移動平均ともみなすことができ
る。
In the projection exposure apparatus of the batch exposure system (static type), since the stationary wafer is automatically focused, the disturbance w (k) on the target surface does not exist, and the entire servo system is used. The dominant noise among the generated noise is the fluctuation v (k) of the AF sensor 72. This fluctuation v (k) changes the optical path length due to the flow of gas on the optical path of the detection light of the AF sensor, etc.
This is a phenomenon in which the surface of 9 appears to be displaced. In FIG. 11, an adder 71 is virtually provided between the actuator 76 and the AF sensor 72, and the fluctuation v (k) of the AF sensor is mixed from the adder 71. In the conventional device, in order to reduce the influence of the fluctuation v (k), the output signal of the AF sensor 72 is averaged over time. In this case, since the wafer moves a minute amount even when it is stationary, the time average can be regarded as a moving average.

【0007】これに対して近年、半導体素子等の1個の
チップパターンが大型化する傾向にあるため、より大き
なレチクルのパターンをウエハ上に露光する露光装置が
求められている。そこで、投影光学系に大きな負担をか
けることなく大面積のパターンの露光を行う露光装置と
して、レチクルを照明した状態で、レチクルを投影光学
系の光軸を横切る第1の方向に走査するのと同期して、
ウエハを第1の方向に対応する第2の方向に走査するこ
とにより、レチクルのパターンをウエハの各ショット領
域に逐次露光するスリットスキャン方式、又はステップ
・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置が注目され
ている。このような走査型露光装置の場合、図12
(b)に示すように、投影光学系の露光フィールド内の
所定の露光領域82に対してウエハ79を走査すること
により露光が行われるため、同一径の投影光学系を使用
してより大きなショット領域への露光が可能になる。
On the other hand, in recent years, one chip pattern of a semiconductor element or the like tends to be large, and thus an exposure apparatus for exposing a larger reticle pattern onto a wafer is required. Therefore, as an exposure apparatus that exposes a large-area pattern without imposing a heavy burden on the projection optical system, while scanning the reticle, the reticle is scanned in a first direction across the optical axis of the projection optical system. In sync,
A scanning type exposure apparatus such as a slit scan method or a step-and-scan method that sequentially exposes a pattern of a reticle to each shot area of the wafer by scanning the wafer in a second direction corresponding to the first direction is provided. Attention has been paid. In the case of such a scanning type exposure apparatus, FIG.
As shown in (b), since the exposure is performed by scanning the wafer 79 with respect to the predetermined exposure area 82 in the exposure field of the projection optical system, a larger shot is obtained by using the projection optical system having the same diameter. The area can be exposed.

【0008】走査型露光装置においては、ウエハが走査
方向に移動する際にウエハの表面の凹凸又は段差が時系
列信号としてAFセンサで観察される。このうち、図1
2(b)に示すように、ウエハ79上の露光領域82よ
り走査方向に短いピッチ(波長)の凹凸領域79aにつ
いてはオートフォーカスをかけて追従させることが原理
的に不可能であるため、これを合焦対象面の外乱w
(k)によるノイズとみなすことができる。図11を走
査型露光装置に適用した場合には、仮想的に加減算部7
4でその合焦対象面の外乱w(k)が導入されている。
In the scanning type exposure apparatus, when the wafer moves in the scanning direction, irregularities or steps on the surface of the wafer are observed by the AF sensor as a time series signal. Of these, Figure 1
As shown in FIG. 2 (b), since it is impossible in principle to follow the uneven area 79a having a pitch (wavelength) shorter than the exposure area 82 on the wafer 79 in the scanning direction by autofocusing, Is the disturbance w on the target surface
It can be regarded as noise due to (k). When FIG. 11 is applied to the scanning type exposure apparatus, the addition / subtraction unit 7 is virtually
In step 4, the disturbance w (k) of the focusing target surface is introduced.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、走査型
露光装置のオートフォーカス及びオートレベリング機構
では、一括露光方式では現れない合焦対象面の外乱w
(k)が新たなノイズ源となって、合焦動作が不安定に
なるという不都合があった。通常、走査露光方式で露光
を行う場合には、ウエハに対する露光量制御等のため
に、走査速度が広範囲に亘って可変となる。従って、そ
の合焦対象面の外乱によるノイズ成分の周波数分布は走
査速度に応じて広く変わることとなるため、平均化、即
ちローパスフィルタによるノイズの除去を考えた場合に
は、そのカットオフ周波数を走査速度に応じて可変にす
る必要がある。しかしながら、このように走査速度に応
じて試行錯誤的に最適なカットオフ周波数を求めるのは
困難である。
As described above, in the auto-focusing and auto-leveling mechanism of the scanning type exposure apparatus, the disturbance w on the focusing target surface which does not appear in the collective exposure method.
(K) becomes a new noise source, and the focusing operation becomes unstable. Usually, when performing exposure by the scanning exposure method, the scanning speed is variable over a wide range for controlling the exposure amount of the wafer. Therefore, the frequency distribution of the noise component due to the disturbance on the focusing target surface varies widely according to the scanning speed, and therefore, when considering the averaging, that is, the noise removal by the low-pass filter, the cutoff frequency is changed. It must be variable according to the scanning speed. However, it is difficult to obtain the optimum cutoff frequency by trial and error according to the scanning speed.

【0010】本発明は斯かる点に鑑み、走査露光方式で
露光を行う際に、カットオフ周波数が可変のローパスフ
ィルタを用いることなく、且つ合焦対象物(感光性の基
板)の表面の状態や走査速度に依らずに、オートフォー
カス又はオートレベリングでその合焦対象物の表面を目
標とする面に正確に追従させることができる走査露光方
法を提供することを目的とする。更に本発明はそのよう
な走査露光方法を実施できる走査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 does not use a low-pass filter having a variable cutoff frequency when performing exposure by a scanning exposure method, and the surface condition of an object to be focused (photosensitive substrate). It is an object of the present invention to provide a scanning exposure method capable of accurately causing the surface of an in-focus object to follow a target surface by autofocusing or autoleveling regardless of the scanning speed. Another object of the present invention is to provide a scanning exposure apparatus capable of carrying out such a scanning exposure method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明による走査露光方
法は、転写用のパターンが形成されたマスク(7)を露
光用の照明光で照明し、マスク(7)のパターンを投影
光学系(11)を介して感光性の基板(12)上に投影
し、マスク(7)を所定の方向(+X方向)に走査する
のと同期して、基板(12)を所定の方向(−X方向)
に走査することにより、基板(12)上にマスク(7)
のパターンを逐次露光する走査露光方法において、基板
(12)の表面のその投影光学系の光軸方向の位置に応
じた検出信号を出力する焦点位置検出手段(25,3
4)と、焦点位置検出手段(25,34)から出力され
る検出信号を所定のゲインで増減するフィルタ手段(5
1A〜51I)と、このフィルタ手段から出力される検
出信号に基づいて基板(12)のその投影光学系の光軸
方向の位置を調整する高さ調整手段(16A〜16C)
と、を備え、基板(12)が静止しているときの焦点位
置検出手段(25,34)からの検出信号のばらつき、
及び基板(12)が走査されているときの焦点位置検出
手段(25,34)からの検出信号のばらつきに基づい
てフィルタ手段(51A〜51I)におけるその所定の
ゲインを求めるものである。
In a scanning exposure method according to the present invention, a mask (7) on which a transfer pattern is formed is illuminated with exposure illumination light, and the pattern of the mask (7) is projected onto a projection optical system ( 11) through the photosensitive substrate (12) and scan the mask (7) in a predetermined direction (+ X direction), the substrate (12) is moved in a predetermined direction (-X direction). )
By scanning on the mask (7) on the substrate (12)
In the scanning exposure method for sequentially exposing the pattern of (2), the focus position detecting means (25, 3) for outputting a detection signal according to the position of the surface of the substrate (12) in the optical axis direction of the projection optical system
4) and filter means (5) for increasing / decreasing the detection signal output from the focus position detecting means (25, 34) with a predetermined gain.
1A to 51I) and height adjusting means (16A to 16C) for adjusting the position of the substrate (12) in the optical axis direction of the projection optical system based on the detection signal output from the filter means.
And a variation of the detection signal from the focus position detection means (25, 34) when the substrate (12) is stationary,
And the predetermined gain in the filter means (51A to 51I) based on the variation of the detection signal from the focus position detection means (25, 34) when the substrate (12) is being scanned.

【0012】この場合、基板(12)が静止していると
きに予めその焦点位置検出手段からの検出信号のばらつ
きを第1のばらつきとして求めておき、マスク(7)及
び基板(12)を同期して走査する際の走査開始から露
光が開始されるまでのそれぞれの助走期間に、その焦点
位置検出手段からの検出信号のばらつきを第2のばらつ
きとしてを求め、その第1のばらつき及びその第2のば
らつきに基づいて定めたその所定のゲインを用いて、そ
の助走期間に続く露光期間にそのフィルタ手段を動作さ
せるようにしてもよい。
In this case, when the substrate (12) is stationary, the variation of the detection signal from the focus position detecting means is previously obtained as the first variation, and the mask (7) and the substrate (12) are synchronized. In each running period from the start of scanning to the start of exposure in the case of scanning, the variation of the detection signal from the focus position detecting means is obtained as the second variation, and the first variation and the first variation thereof are obtained. The predetermined gain determined based on the variation of 2 may be used to operate the filter means during the exposure period following the run-up period.

【0013】また、本発明による走査露光装置は、転写
用のパターンが形成されたマスク(7)を露光用の照明
光で照明し、マスク(7)のパターンを投影光学系(1
1)を介して基板ステージ(15X,15Y)上の感光
性の基板(12)上に投影し、マスク(7)を所定の方
向に走査するのと同期して、その基板ステージを介して
基板(12)を所定の方向に走査することにより、その
基板上にそのマスクのパターンを逐次露光する走査露光
装置において、基板(12)の表面のその投影光学系の
光軸方向の位置に応じた検出信号を出力する焦点位置検
出手段(25,34)と、この焦点位置検出手段から出
力される検出信号を所定のゲインで増減するフィルタ手
段(51A〜51I)と、このフィルタ手段から出力さ
れる検出信号に基づいて基板ステージ(15X,15
Y)に対する基板(12)のその投影光学系の光軸方向
の位置を調整する高さ調整手段(16A〜16C)と、
基板(12)が静止しているときのその焦点位置検出手
段からの検出信号のばらつき、及び基板(12)が走査
されているときのその焦点位置検出手段からの検出信号
のばらつきに基づいて前記フィルタ手段におけるその所
定のゲインを求める演算手段(53)と、を備えたもの
である。
Further, the scanning exposure apparatus according to the present invention illuminates the mask (7) on which the transfer pattern is formed with the illumination light for exposure, and projects the pattern of the mask (7) onto the projection optical system (1).
1) via the substrate stage (15X, 15Y) onto the photosensitive substrate (12) and scan the mask (7) in a predetermined direction in synchronization with the substrate stage via the substrate stage. In a scanning exposure apparatus that sequentially exposes the pattern of the mask on the substrate by scanning (12) in a predetermined direction, it depends on the position of the surface of the substrate (12) in the optical axis direction of the projection optical system. Focus position detecting means (25, 34) for outputting a detection signal, filter means (51A to 51I) for increasing / decreasing the detection signal output from the focus position detecting means with a predetermined gain, and output from this filter means. Based on the detection signal, the substrate stage (15X, 15X
Height adjusting means (16A to 16C) for adjusting the position of the substrate (12) in the optical axis direction of the projection optical system with respect to Y);
Based on the variation of the detection signal from the focus position detection means when the substrate (12) is stationary and the variation of the detection signal from the focus position detection means when the substrate (12) is scanned, And a calculating means (53) for obtaining the predetermined gain in the filter means.

【0014】[0014]

【作用】斯かる本発明の走査露光方法によれば、ノイズ
成分の統計量に着目し、オートフォーカス又はオートレ
ベリングをかけるためのサーボ系中にノイズの統計量を
計測するための手段を組み込み、計測されたノイズの統
計量を基にフィルタ手段(51A〜51I)のゲインを
最適化し、この最適化されたフィルタ手段を用いてフィ
ルタリングを実行する。
According to such a scanning exposure method of the present invention, focusing on the statistical amount of the noise component, a means for measuring the statistical amount of noise is incorporated in the servo system for applying autofocus or autoleveling, The gain of the filter means (51A to 51I) is optimized based on the measured noise statistic, and filtering is executed using this optimized filter means.

【0015】本発明の原理を図11に基づいて説明す
る。図11はオートフォーカス及びオートレベリング機
構の従来の基本的なモデルを示し、この図11におい
て、焦点位置検出手段としてのAFセンサ72により感
光性の基板としてのウエハの表面のN個の計測点でのフ
ォーカス位置が計測され、最小自乗近似演算部73にお
いてそれらN点に例えば最小自乗法的に最も合致する平
面のフォーカス位置、及び傾斜角が求められ、加減算部
74で目標値からそれら計測値を差し引いて偏差が求め
られ、この偏差が制御部75を介して高さ調整手段とし
てのアクチュエータ76に供給されている。AFセンサ
72で計測されるフォーカス位置は、基準面(投影光学
系の結像面)の位置に対するウエハの表面の位置の偏差
量(フォーカス位置偏差)とする。また、仮想的な加算
部71においてAFセンサ72のゆらぎv(k)が第1
のノイズとして混入し、加減算部74において仮想的に
合焦対象面の外乱w(k)が第2のノイズとして混入し
ている。
The principle of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows a conventional basic model of an auto-focusing and auto-leveling mechanism. In FIG. 11, AF sensor 72 as a focus position detecting means is used to measure N measurement points on the surface of a wafer as a photosensitive substrate. The focus position of the plane is measured, the focus position of the plane that best matches the N points, for example, in the least squares method, and the tilt angle are obtained in the least square approximation calculation unit 73, and the measured values are calculated from the target values in the addition / subtraction unit 74. The deviation is obtained by subtracting the deviation, and this deviation is supplied to the actuator 76 as height adjusting means via the control unit 75. The focus position measured by the AF sensor 72 is the deviation amount (focus position deviation) of the position of the surface of the wafer with respect to the position of the reference plane (image plane of the projection optical system). Further, in the virtual adding unit 71, the fluctuation v (k) of the AF sensor 72 is the first
The noise w of the focusing target surface is virtually mixed in as the second noise in the adder / subtractor 74.

【0016】図11で表されるシステムを時刻kにおけ
る状態方程式で記述すると次のようになる。
The system shown in FIG. 11 can be described by the state equation at time k as follows.

【0017】[0017]

【数1】x(k+1)=x(k)+w(k)、 y(k)=x(k)+v(k) この式で、x(k)はウエハ表面での時刻kにおけるフ
ォーカス位置偏差、x(k+1)はウエハ表面での時刻
(k+1)におけるフォーカス位置偏差、y(k)はフ
ォーカス位置偏差の時刻kでの観測量である。
## EQU1 ## x (k + 1) = x (k) + w (k), y (k) = x (k) + v (k) In this expression, x (k) is the focus position deviation at the time k on the wafer surface. , X (k + 1) is the focus position deviation at the time (k + 1) on the wafer surface, and y (k) is the observed amount of the focus position deviation at the time k.

【0018】ここで、AFセンサのゆらぎv(k)、及
び合焦対象面の外乱w(k)は共に定常過程であると
し、その最適推定量をそれぞれE{v(k)}、及びE
{w(k)}とすると、次式が成立している。 E{v(k)}=0、E{w(k)}=0 次に、走査露光方式で露光を行う際には、例えば図9に
示すように投影光学系による露光領域13に対して感光
性の基板としてのウエハ12が+X方向に走査される。
この際にマスク側の走査速度VR は例えば図10に示す
ように変化し、ウエハ12のX方向への速度もほぼ同じ
傾向で変化し、加速期間T1に対応して図9に示すよう
に、ショット領域64Aの手前に助走区間67Aが設け
られている。その露光領域13が助走区間67Aを通過
してショット領域64Aにかかったときに、オートフォ
ーカス又はオートレベリングを行うことを考える。
Here, it is assumed that the fluctuation v (k) of the AF sensor and the disturbance w (k) of the focusing target surface are both stationary processes, and their optimum estimation amounts are E {v (k)} and E, respectively.
Assuming {w (k)}, the following equation holds. E {v (k)} = 0, E {w (k)} = 0 Next, when performing exposure by the scanning exposure method, for example, as shown in FIG. The wafer 12 as a photosensitive substrate is scanned in the + X direction.
At this time, the scanning speed V R on the mask side changes, for example, as shown in FIG. 10, the speed of the wafer 12 in the X direction also changes with substantially the same tendency, and as shown in FIG. 9 corresponding to the acceleration period T1. The run-up section 67A is provided in front of the shot area 64A. Consider that auto-focusing or auto-leveling is performed when the exposure area 13 passes through the approach area 67A and reaches the shot area 64A.

【0019】先ず、AFセンサのゆらぎv(k)、及び
合焦対象面の外乱w(k)の量を代表する統計量として
分散を求める。AFセンサのゆらぎv(k)の分散E
{v(k)2}は、合焦対象物が静止しているときに一定
時間AFセンサの出力信号を観測することで求めること
ができる。それを次のようにおく。
First, the variance is obtained as a statistic representing the amount of fluctuation v (k) of the AF sensor and the amount of disturbance w (k) on the focusing surface. Variance E of fluctuation v (k) of AF sensor
{V (k) 2 } can be obtained by observing the output signal of the AF sensor for a certain period of time when the focused object is stationary. Put it like this:

【0020】[0020]

【数2】E{v(k)2}=σv 2 次に、例えばその助走区間67Aにおいて合焦対象物と
してのウエハ12を移動させている間で、且つできるだ
けその移動速度が露光時の走査速度に近いときにAFセ
ンサの出力信号を観測し、その出力信号の分散σw'2
求める。これは合焦対象面の外乱w(k)がAFセンサ
の出力信号内で時系列として観測されたものに、先のA
Fセンサ自身のゆらぎv(k)を加えたものと考えられ
るため、合焦対象面の外乱w(k)の分散をE{w
(k)2}として、次式が成り立つ。
[Equation 2] E {v (k) 2 } = σ v 2 Next, for example, while the wafer 12 as the focusing object is being moved in the run-up section 67A, its movement speed is as much as possible during exposure. The output signal of the AF sensor is observed when the scanning speed is close, and the variance σ w ' 2 of the output signal is obtained. This is because the disturbance w (k) on the surface to be focused is observed as a time series in the output signal of the AF sensor.
Since it is considered that the fluctuation v (k) of the F sensor itself is added, the dispersion of the disturbance w (k) on the focusing surface is E {w
As (k) 2 }, the following equation holds.

【0021】[0021]

【数3】E{w(k)2}=σw'2 −σv 2=σw 2 ここで、σw 2は合焦対象面の外乱を表す分散である。こ
の場合、v(k)とw(k)とは互いに独立であるの
で、v(k)とw(k)との積の推定量E{v(k)・
w(k)}は0である。即ち、次式が成立している。
## EQU3 ## E {w (k) 2 } = σ w ' 2 −σ v 2 = σ w 2 where σ w 2 is the variance representing the disturbance on the focusing surface. In this case, since v (k) and w (k) are independent of each other, the estimator E {v (k) · of the product of v (k) and w (k) is obtained.
w (k)} is 0. That is, the following equation is established.

【0022】[0022]

【数4】E{v(k)・w(k)}=0 よって、図11のサーボ系に対する最適フィルタとして
定常カルマンフィルタを使用する。そのフィルタリング
のアルゴリズムを以下に示す。(1) 先ず、時刻kで
のAFセンサの観測量の真値x(k)の推定量を《x
(k)》とし、時刻(k+1)での真値x(k)の暫定
推定量を〈x(k+1)〉、AFセンサの観測値y
(k)の暫定推定量を〈y(k+1)〉とすると、(数
1)より〈x(k+1)〉、及び〈y(k+1)〉の予
測として次式が成り立つ。
## EQU00004 ## E {v (k) .w (k)} = 0 Therefore, the stationary Kalman filter is used as the optimum filter for the servo system in FIG. The filtering algorithm is shown below. (1) First, the estimated amount of the true value x (k) of the observed amount of the AF sensor at time k is set to << x
(K) >>, the provisional estimator of the true value x (k) at time (k + 1) is <x (k + 1)>, and the observed value y of the AF sensor is
Assuming that the provisional estimator of (k) is <y (k + 1)>, the following equation holds as the prediction of <x (k + 1)> and <y (k + 1)> from (Equation 1).

【0023】[0023]

【数5】〈x(k+1)〉=《x(k)》、 〈y(k+1)〉=〈x(k+1)〉 (2) 次に、AFセンサの実際の観測値y(k+1)
を用いて暫定推定量〈x(k+1)〉を補正し、時刻
(k+1)でのAFセンサの観測値の真値の推定量《x
(k+1)》を得る。即ち、所定のゲインGを用いて次
のようにする。
<X (k + 1)> = << x (k) >>, <y (k + 1)> = <x (k + 1)> (2) Next, the actual observed value y (k + 1) of the AF sensor.
Is used to correct the provisional estimator <x (k + 1)>, and the true value estimator << x of the observed value of the AF sensor at time (k + 1) << x
(K + 1) >> is obtained. That is, the following is performed using a predetermined gain G.

【0024】[0024]

【数6】《x(k+1)》=〈x(k+1)〉+G{y(k+1)−
〈y(k+1)〉} 具体的に、時刻kで(数1)の処理を、また時刻(k+
1)で(数2)の処理をパイプライン的に行うことでフ
ィルタリングが連続的に実行され、AFセンサの観測値
の真値の推定量の時系列として《x》を得ることができ
る。ここで、ゲインGは次式で表される。
## EQU6 ## << x (k + 1) >> = <x (k + 1)> + G {y (k + 1)-
<Y (k + 1)>} Specifically, the process of (Equation 1) is performed at time k, and again at time (k +
By performing the processing of (Equation 2) in 1) in a pipeline manner, filtering is continuously executed, and << x >> can be obtained as a time series of the estimated amount of the true value of the observed value of the AF sensor. Here, the gain G is expressed by the following equation.

【0025】[0025]

【数7】G=M/(M+σv 2) この式で変数Mは次の代数リカッチ式の定常解、即ち、
整数のパラメータkを無限大にするときの変数M(k)
の極限値である。
Equation 7] G = M / (M + σ v 2) variable M in this formula stationary solution of the following algebraic Riccati equation, i.e.,
Variable M (k) when the integer parameter k is set to infinity
Is the limit value of.

【0026】[0026]

【数8】M(k+1)=M(k)−M(k)2 /{M
(k)+σv 2}+σw 2、 M(0)=0 その変数Mは、初期値M(0)から(数8)を反復計算
し、その収束値から求めることができる。この変数Mよ
り(数7)からゲインGを求め、(数5)及び(数6)
のフィルタリングをリアルタイム演算で実行する。この
場合、v(k)・w(k)は定常過程であるので、その
ゲインGの計算はσw 2、及びσv 2の計測時、即ち合焦対
象物を走査する際の助走時に行えばよい。また、合焦対
象物としてのウエハ12を静止させた状態で露光を行う
際には、σw 2=0として扱えばよく、この場合は上記フ
ィルタは単なる平均化フィルタと等価となる。
(8) M (k + 1) = M (k) −M (k) 2 / {M
(K) + σ v 2} + σ w 2, M (0) = 0 the variable M from the initial value M (0) to (8) repeated calculations can be determined from the convergence value. From this variable M, the gain G is obtained from (Equation 7), and (Equation 5) and (Equation 6)
The filtering of is executed in real time. In this case, since v (k) · w (k) is a steady process, the calculation of the gain G is performed at the time of measuring σ w 2 and σ v 2 , that is, at the time of the approach run when scanning the focused object. I'll do it. Further, when exposure is performed with the wafer 12 as an object to be focused stationary, it may be treated as σ w 2 = 0. In this case, the above filter is equivalent to a simple averaging filter.

【0027】図11のサーボ系に、以上のようにして求
めたフィルタを入れたオートフォーカス及びオートレベ
リング機能のブロック図、即ち本発明によるオートフォ
ーカス及びオートレベリング機構のブロック図を図8に
示す。図8では、AFセンサ25の出力信号をフィルタ
部51でフィルタリングしてAFセンサ25の出力信号
の最適推定量を得る。そして、その最適推定量を最小自
乗近似演算部52で平面近似し、この近似平面の2方向
の傾き成分θx ,θy とフォーカス位置成分zとを求
め、減算部54でウエハの表面の目標値(θxr,θyr
r )と近似によって求められた値との偏差を取って制
御部62に渡し、制御部62で制御信号を演算し、それ
によって求められた制御信号を用いて制御対象としての
アクチュエータ63を制御している。
FIG. 8 shows a block diagram of the autofocus and autoleveling function in which the servo system shown in FIG. 11 has the filters obtained as described above, that is, the autofocus and autoleveling mechanism according to the present invention. In FIG. 8, the output signal of the AF sensor 25 is filtered by the filter unit 51 to obtain the optimum estimated amount of the output signal of the AF sensor 25. Then, the optimum estimation amount is subjected to plane approximation by the least-squares approximation calculation unit 52, the two-direction tilt components θ x and θ y of this approximation plane and the focus position component z are obtained, and the subtraction unit 54 targets the surface of the wafer. Values (θ xr , θ yr ,
z r ) and the value obtained by approximation are passed to the control unit 62, the control signal is calculated by the control unit 62, and the actuator 63 to be controlled is controlled using the control signal obtained by the control signal. are doing.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。本実施例は、ステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。図
1は、本実施例の投影露光装置を示し、この図1におい
て、光源及びオプティカル・インテグレータ等を含む光
源系1からの露光用の照明光ILが、第1リレーレンズ
2、レチクルブラインド(可変視野絞り)3、第2リレ
ーレンズ4、ミラー5、及びメインコンデンサーレンズ
6を介して、均一な照度でレチクル7の下面のスリット
状の照明領域8を照明する。レチクルブラインド3の配
置面はレチクル7のパターン形成面と共役であり、レチ
クルブラインド3の開口の位置及び形状により、レチク
ル7上の照明領域8の形状が設定される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to a step-and-scan type projection exposure apparatus. FIG. 1 shows a projection exposure apparatus according to the present embodiment. In FIG. 1, the illumination light IL for exposure from a light source system 1 including a light source, an optical integrator, and the like is used as a first relay lens 2 and a reticle blind (variable). The slit-shaped illumination area 8 on the lower surface of the reticle 7 is illuminated with a uniform illuminance via the field diaphragm 3, the second relay lens 4, the mirror 5, and the main condenser lens 6. The arrangement surface of the reticle blind 3 is conjugate with the pattern formation surface of the reticle 7, and the shape of the illumination area 8 on the reticle 7 is set by the position and shape of the opening of the reticle blind 3.

【0029】レチクル7上の照明領域8内のパターンの
像が、投影光学系11を介してフォトレジストが塗布さ
れたウエハ12上のスリット状の露光領域13内に投影
露光される。投影光学系11の光軸に平行にZ軸を取
り、その光軸に垂直な2次元平面内で図1の紙面に平行
な方向にX軸を、図1の紙面に垂直な方向にY軸を取
る。レチクル7はレチクルステージ9上に保持され、レ
チクルステージ9はレチクルベース10上で走査方向で
あるX方向に例えばリニアモータにより駆動される。レ
チクルステージ9上の移動鏡18、及び外部のレーザ干
渉計19によりレチクル7のX座標が計測され、このX
座標が装置全体の動作を制御する主制御系20に供給さ
れ、主制御系20は、レチクルステージ駆動系21及び
レチクルステージ9を介してレチクル7の位置及び移動
速度の制御を行う。
The image of the pattern in the illumination area 8 on the reticle 7 is projected and exposed through the projection optical system 11 into the slit-shaped exposure area 13 on the wafer 12 coated with the photoresist. The Z axis is taken in parallel with the optical axis of the projection optical system 11, the X axis is in the direction parallel to the paper surface of FIG. 1 and the Y axis is in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 within a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis. I take the. The reticle 7 is held on the reticle stage 9, and the reticle stage 9 is driven on the reticle base 10 in the X direction which is the scanning direction by, for example, a linear motor. The X coordinate of the reticle 7 is measured by the moving mirror 18 on the reticle stage 9 and the external laser interferometer 19, and this X coordinate is measured.
The coordinates are supplied to the main control system 20 that controls the operation of the entire apparatus, and the main control system 20 controls the position and the moving speed of the reticle 7 via the reticle stage drive system 21 and the reticle stage 9.

【0030】一方、ウエハ12は、不図示のウエハホル
ダを介してフォーカス・レベリングステージ14上に保
持され、フォーカス・レベリングステージ14は3個の
Z方向に移動自在なアクチュエータ16A〜16Cを介
してYステージ15Y上に載置され、Yステージ15Y
は、Xステージ15X上に例えば送りねじ方式でY方向
に移動されるように載置され、Xステージ15Xは、装
置ベース17上に例えば送りねじ方式でX方向に移動さ
れるように載置されている。3個のアクチュエータ16
A〜16Cを並行に伸縮させることにより、フォーカス
・レベリングステージ14のZ方向の位置(フォーカス
位置)の調整が行われ、3個のアクチュエータ16A〜
16Cの伸縮量を個別に調整することにより、フォーカ
ス・レベリングステージ14の傾斜角の調整が行われ
る。
On the other hand, the wafer 12 is held on the focus / leveling stage 14 via a wafer holder (not shown), and the focus / leveling stage 14 is connected to the Y stage via three actuators 16A to 16C movable in the Z direction. 15Y mounted on the Y stage 15Y
Is mounted on the X stage 15X by, for example, a feed screw method so as to be moved in the Y direction, and the X stage 15X is mounted on the apparatus base 17 by, for example, a feed screw method so as to be moved in the X direction. ing. 3 actuators 16
By expanding and contracting A to 16C in parallel, the position (focus position) of the focus / leveling stage 14 in the Z direction is adjusted, and the three actuators 16A to 16C
The tilt angle of the focus / leveling stage 14 is adjusted by individually adjusting the expansion / contraction amount of 16C.

【0031】また、フォーカス・レベリングステージ1
4の上端に固定されたX軸用の移動鏡22X、及び外部
のレーザ干渉計23Xにより、ウエハ12のX座標が常
時モニタされ、図6に示すように、Y軸用の移動鏡22
Y、及び外部のレーザ干渉計23Yにより、ウエハ12
のY座標が常時モニタされ、検出されたX座標、Y座標
が主制御系20内の座標検出部59に供給されている。
Further, the focus / leveling stage 1
The X-coordinate of the wafer 12 is constantly monitored by the X-axis moving mirror 22X fixed to the upper end of the wafer No. 4 and the external laser interferometer 23X, and as shown in FIG.
Y and the external laser interferometer 23Y, the wafer 12
Is always monitored, and the detected X and Y coordinates are supplied to the coordinate detection unit 59 in the main control system 20.

【0032】ここで、アクチュエータ16A〜16Cの
構成例につき説明する。図7は、アクチュエータ16A
の一部断面図を含む構成図であり、この図7において、
図1のYステージ15Y上に駆動機構ハウジング40が
固定され、駆動機構ハウジング40内に送りねじ41が
回転自在に収納され、送りねじ41の左端にカップリン
グ42を介してロータリモータ43が連結され、送りね
じ41の右端にカップリング44を介して回転角検出用
のロータリエンコーダ45が連結されている。また、送
りねじ41にナット39が螺合され、ナット39に支柱
38を介して上端が傾斜した斜面部36Aが固定され、
斜面部36Aの上端に回転体36Bが接触している。回
転体36Bは、図1のフォーカス・レベリングステージ
14内に回転自在に、且つ横方向には移動できないよう
に埋め込まれている。
Here, a configuration example of the actuators 16A to 16C will be described. FIG. 7 shows the actuator 16A.
FIG. 9 is a configuration diagram including a partial cross-sectional view of FIG.
The drive mechanism housing 40 is fixed on the Y stage 15Y of FIG. 1, the feed screw 41 is rotatably accommodated in the drive mechanism housing 40, and the rotary motor 43 is connected to the left end of the feed screw 41 via a coupling 42. A rotary encoder 45 for detecting a rotation angle is connected to the right end of the feed screw 41 via a coupling 44. Further, the nut 39 is screwed to the feed screw 41, and the slope portion 36A having the upper end inclined is fixed to the nut 39 through the support column 38.
The rotating body 36B is in contact with the upper end of the inclined surface portion 36A. The rotator 36B is embedded in the focus / leveling stage 14 shown in FIG. 1 so as to be rotatable and immovable in the lateral direction.

【0033】また、斜面部36Aは直線ガイド37に沿
って送りねじ41に平行なX方向に移動できるように支
持されている。この場合、図1のウエハステージ制御系
24からの駆動速度を示す制御信号がロータリモータ4
3に供給され、ロータリモータ43は指示された駆動速
度(角速度)で送りねじ41を回転する。これにより、
ナット39が送りねじ41に沿ってX方向に移動し、斜
面部36Aも送りねじ41に沿って移動する。従って、
斜面部36Aの上端に接触する回転体36Bは、回転し
ながら駆動機構ハウジング40に対して上下方向(Z方
向)に変位する。また、送りねじ43の回転角速度をロ
ータリエンコーダ45により計測することにより、回転
体36Bの上下方向への移動速度が検出される。他のア
クチュエータ16B,16Cも同じ構成である。
The slope 36A is supported so as to be movable along the linear guide 37 in the X direction parallel to the feed screw 41. In this case, the control signal from the wafer stage control system 24 shown in FIG.
3, the rotary motor 43 rotates the feed screw 41 at the instructed drive speed (angular speed). This allows
The nut 39 moves in the X direction along the feed screw 41, and the slope portion 36A also moves along the feed screw 41. Therefore,
The rotating body 36B contacting the upper end of the inclined surface portion 36A is displaced in the vertical direction (Z direction) with respect to the drive mechanism housing 40 while rotating. Further, by measuring the rotational angular velocity of the feed screw 43 by the rotary encoder 45, the moving velocity of the rotating body 36B in the vertical direction is detected. The other actuators 16B and 16C have the same configuration.

【0034】なお、アクチュエータ16A〜16Cは、
図7のようにロータリーモータを使用する方式の外に、
例えばピエゾ素子等から構成してもよい。図1に戻り、
主制御系20は、供給された座標に基づいてウエハステ
ージ駆動系24を介してXステージ15X、Yステージ
15Y、及びフォーカス・レベリングステージ14の動
作を制御する。例えば走査露光方式で露光を行う場合に
は、投影光学系11が投影倍率βで倒立像を投影するも
のとして、レチクルステージ9を介してレチクル7を照
明領域8に対して+X方向(又は−X方向)に速度VR
で走査するのと同期して、Xステージ15Xを介してウ
エハ12が露光領域13に対して−X方向(又は+X方
向)に速度v(=β・VR )で走査される。
The actuators 16A to 16C are
In addition to the method using a rotary motor as shown in Fig. 7,
For example, it may be composed of a piezo element or the like. Returning to FIG. 1,
The main control system 20 controls the operations of the X stage 15X, the Y stage 15Y, and the focus / leveling stage 14 via the wafer stage drive system 24 based on the supplied coordinates. For example, when performing exposure by a scanning exposure method, it is assumed that the projection optical system 11 projects an inverted image at a projection magnification β, and the reticle 7 is moved through the reticle stage 9 in the + X direction (or −X direction) with respect to the illumination area 8. Direction) speed V R
In synchronism with the scanning in step S1, the wafer 12 is scanned through the X stage 15X in the −X direction (or + X direction) at a speed v (= β · V R ).

【0035】次に、ウエハ12の表面のZ方向の位置
(フォーカス位置)を検出するための多点の焦点位置検
出系(以下、「多点AFセンサ」という)25の構成に
つき説明する。この多点AFセンサ25において、光源
26から射出されたフォトレジストに対して非感光性の
検出光が、コンデンサーレンズ27を介して送光スリッ
ト板28内の多数のスリットを照明し、それらスリット
の像が送光側対物レンズ29を介して、投影光学系11
の光軸に対して斜めにウエハ12上の露光領域13及び
この前後の先読み領域35A,35B(図2参照)の1
5個の計測点P11〜P51に投影される。
Next, the structure of a multipoint focus position detection system (hereinafter referred to as "multipoint AF sensor") 25 for detecting the position (focus position) of the surface of the wafer 12 in the Z direction will be described. In this multi-point AF sensor 25, detection light that is non-photosensitive to the photoresist emitted from the light source 26 illuminates a large number of slits in the light-sending slit plate 28 via the condenser lens 27, and The image is transmitted through the light-transmitting-side objective lens 29 to the projection optical system 11
Of the exposure area 13 on the wafer 12 and the pre-reading areas 35A and 35B (see FIG. 2) before and after the exposure area 13 obliquely to the optical axis of
It is projected on the five measurement points P 11 to P 51 .

【0036】図2は、ウエハ12上のそれら計測点P11
〜P51の配置を示し、この図2において、スリット状の
露光領域13に対して+X方向、及び−X方向側にそれ
ぞれ先読み領域35A及び35Bが設定されている。そ
して、露光領域13内に3行×3列の計測点P21〜P43
が設定され、先読み領域35B内に3個の計測点P11
13が設定され、先読み領域35A内に3個の計測点P
51〜P53が設定されている。本実施例では、露光領域1
3内の9個の計測点でのフォーカス位置の情報から露光
領域13内での平均的なフォーカス位置、及び傾斜角を
求める。更に、ウエハ12の走査方向が−X方向の場合
には後述のように、先読み領域35A内の3個の計測点
でのフォーカス位置の情報を使用して段差の補正を行
い、ウエハ12の走査方向が+X方向の場合には、先読
み領域35B内の3個の計測点でのフォーカス位置の情
報を使用して段差の補正を行う。
FIG. 2 shows those measurement points P 11 on the wafer 12.
2 to P 51. In FIG. 2, preread areas 35A and 35B are set on the + X direction side and the −X direction side of the slit-shaped exposure area 13, respectively. Then, in the exposure area 13, measurement points P 21 to P 43 of 3 rows × 3 columns are arranged.
Is set, and the three measurement points P 11 to
P 13 is set, and three measurement points P are set in the prefetch area 35A.
51 to P 53 are set. In this embodiment, the exposure area 1
The average focus position in the exposure area 13 and the tilt angle are obtained from the information of the focus positions at the nine measurement points in 3. Further, when the scanning direction of the wafer 12 is the −X direction, the level difference is corrected by using the focus position information at the three measurement points in the prefetch area 35A, and the wafer 12 is scanned as described later. When the direction is the + X direction, the step difference is corrected using the information on the focus positions at the three measurement points in the prefetch area 35B.

【0037】図1に戻り、それらの計測点からの反射光
が、受光側対物レンズ30を介して振動スリット板31
上に集光され、振動スリット板31上にそれら計測点に
投影されたスリット像が再結像される。振動スリット板
31は、主制御系20からの駆動信号DSにより駆動さ
れる加振器32により所定方向に振動している。振動ス
リット板31の多数のスリットを通過した光が光電検出
器33上の多数の光電変換素子によりそれぞれ光電変換
され、これら光電変換信号が信号処理系34に供給され
る。
Returning to FIG. 1, the reflected light from these measurement points passes through the light-receiving side objective lens 30 and the vibrating slit plate 31.
The slit images which are focused on and projected on the measurement points on the vibrating slit plate 31 are re-imaged. The vibrating slit plate 31 is vibrating in a predetermined direction by the vibrator 32 driven by the drive signal DS from the main control system 20. The light passing through the large number of slits of the vibration slit plate 31 is photoelectrically converted by the large number of photoelectric conversion elements on the photoelectric detector 33, and these photoelectric conversion signals are supplied to the signal processing system 34.

【0038】図3は、図1中の送光スリット板28を示
し、この図3において、送光スリット板28には図2の
ウエハ上の計測点P11〜P53に対応する位置にそれぞれ
スリット2811〜2853が形成されている。また、図1
中の振動スリット板31上にも、図4に示すように図2
のウエハ上の計測点P11〜P53に対応する位置にそれぞ
れスリット3111〜3153が形成され、振動スリット板
31は加振器32により各スリットの長手方向に直交す
る計測方向に振動している。
FIG. 3 shows the light-sending slit plate 28 shown in FIG. 1. In FIG. 3, the light-sending slit plate 28 is located at positions corresponding to the measurement points P 11 to P 53 on the wafer shown in FIG. Slits 28 11 to 28 53 are formed. Also, FIG.
Also on the vibrating slit plate 31 inside, as shown in FIG.
Slits 31 11 to 31 53 are formed on the wafer at positions corresponding to the measurement points P 11 to P 53 , respectively, and the vibrating slit plate 31 is vibrated by the vibrator 32 in the measurement direction orthogonal to the longitudinal direction of each slit. ing.

【0039】次に、図5は、図1中の光電検出器33、
及び信号処理系34を示し、この図5において、光電検
出器33上の1行目の光電変換素子3311〜3313
は、それぞれ図2の計測点P11〜P13から反射されて、
且つ振動スリット板31中の対応するスリットを通過し
た光が入射し、2行目〜4行目の光電変換素子3321
3343には、それぞれ図2の計測点P21〜P43から反射
されて、且つ振動スリット板31中の対応するスリット
を通過した光が入射し、5行目の光電変換素子3351
3353には、それぞれ図2の計測点P51〜P53から反射
されて、且つ振動スリット板31中の対応するスリット
を通過した光が入射する。そして、2行目〜4行目の光
電変換素子3321〜3343からの検出信号は、増幅器4
6A〜46Iを介して同期整流器47A〜47Iに供給
される。同期整流器47A〜47Iはそれぞれ加振器3
2用の駆動信号DSを用いて入力された検出信号を同期
整流することにより、対応する計測点のフォーカス位置
に所定範囲でほぼ比例するフォーカス信号を生成する。
本実施例では、同期整流器47A〜47Iから出力され
るフォーカス信号は、それぞれ図1において対応する計
測点が投影光学系11の結像面(ベストフォーカス面)
に合致しているときに0になるようにキャリブレーショ
ンが行われている。
Next, FIG. 5 shows the photoelectric detector 33 in FIG.
5 shows a signal processing system 34. In FIG. 5, the photoelectric conversion elements 33 11 to 33 13 in the first row on the photoelectric detector 33 are reflected from the measurement points P 11 to P 13 in FIG.
And the light is incident having passed through the corresponding slits in the vibrating slit plate 31, 2 to fourth rows of the photoelectric conversion elements 33 21 to
Lights reflected from the measurement points P 21 to P 43 in FIG. 2 and passing through the corresponding slits in the vibration slit plate 31 are incident on the reference numeral 33 43 , and the photoelectric conversion elements 33 51 to
Lights reflected from the measurement points P 51 to P 53 in FIG. 2 and passed through the corresponding slits in the vibration slit plate 31 are incident on the reference numeral 33 53 . Then, the detection signal from the photoelectric conversion element 33 21-33 43 2 fourth rows are amplifier 4
It is supplied to the synchronous rectifiers 47A to 47I via 6A to 46I. The synchronous rectifiers 47A to 47I are the vibrators 3 respectively.
By synchronously rectifying the input detection signal using the drive signal DS for 2, the focus signal that is substantially proportional to the focus position of the corresponding measurement point in the predetermined range is generated.
In the present embodiment, the focus signals output from the synchronous rectifiers 47A to 47I have the corresponding measurement points in FIG. 1 at the image forming plane (best focus plane) of the projection optical system 11.
The calibration is performed so that the value becomes 0 when it matches.

【0040】同期整流器47A〜47Iから出力される
フォーカス信号は、それぞれアナログ/デジタル(A/
D)変換器49A〜49Iを介して図6の主制御系20
に供給される。また、1行目の光電変換素子3321〜3
43からの検出信号は、3組の増幅器、同期整流器、及
びA/D変換器を含む部分処理系48Aに供給され、5
行目の光電変換素子3351〜3353からの検出信号は、
3組の増幅器、同期整流器、及びA/D変換器を含む部
分処理系48Bに供給されている。これら部分処理系4
8A及び48Bからのフォーカス信号も主制御系20に
供給されている。
The focus signals output from the synchronous rectifiers 47A to 47I are analog / digital (A /
D) Main converter 20 of FIG. 6 via converters 49A-49I
Is supplied to. Further, the first row of the photoelectric conversion element 33 21-3
Detection signals from the three 43, three sets of amplifiers are fed to the partial processing system 48A including a synchronous rectifier, and an A / D converter, 5
The detection signals from the photoelectric conversion elements 33 51 to 33 53 in the row are
It is supplied to a partial processing system 48B including three sets of amplifiers, a synchronous rectifier, and an A / D converter. These partial processing systems 4
Focus signals from 8A and 48B are also supplied to the main control system 20.

【0041】図6は、図1の3個のアクチュエータ16
A〜16Cの駆動系を示し、この図6において、信号処
理系34内のA/D変換器49A〜49Iから出力され
るフォーカス信号がそれぞれ主制御系20内のフィルタ
部51A〜51Iに供給され、フィルタ部51A〜51
Iでそれぞれ入力されるフォーカス信号に対して(数
5)、及び(数6)のフィルタリングが施され、フィル
タ部51A〜51Iから最小自乗近似演算部52に対し
てそれぞれフォーカス信号の真値の推定量《x》がほぼ
リアルタイムで順次出力される。
FIG. 6 shows the three actuators 16 of FIG.
6 shows drive systems A to 16C. In FIG. 6, the focus signals output from the A / D converters 49A to 49I in the signal processing system 34 are supplied to the filter units 51A to 51I in the main control system 20, respectively. , Filter units 51A to 51
The focus signals input by I are subjected to the filtering of (Equation 5) and (Equation 6), and the true values of the focus signals are estimated from the filter units 51A to 51I to the least-squares approximation calculation unit 52. The quantity << x >> is sequentially output in near real time.

【0042】具体的に、フィルタ部51Iでのフィルタ
リング処理の一例につき説明する。この場合、(数6)
で使用されるゲインGの最適値が予め求められてフィル
タ部51Iに設定されているものとする。更に、A/D
変換器49Iから出力されるデジタルのフォーカス信号
のサンプリング周期で時間を規格化し、時刻0,…,
k,k+1においてA/D変換器49Iから出力される
フォーカス信号、即ち実際の観測量をそれぞれy
(0),…,y(k),y(k+1)とする。また、そ
のフォーカス信号の真値をそれぞれx(0),…,x
(k),x(k+1)として、本実施例のフィルタ部5
1Iではその真値の推定量《x(0)》,…,《x
(k)》,《x(k+1)》を以下の手順で順次求め
る。
A specific example of the filtering process in the filter unit 51I will be described. In this case, (Equation 6)
It is assumed that the optimum value of the gain G used in step 1 is previously obtained and set in the filter unit 51I. Furthermore, A / D
Time is standardized by the sampling cycle of the digital focus signal output from the converter 49I, and time 0, ...,
At k and k + 1, the focus signal output from the A / D converter 49I, that is, the actual observation amount is y
(0), ..., Y (k), y (k + 1). Further, the true values of the focus signals are respectively set to x (0), ..., x
(K) and x (k + 1), the filter unit 5 of the present embodiment
In 1I, the estimated value of the true value << x (0) >>, ..., << x
(K) >>, << x (k + 1) >> are sequentially obtained by the following procedure.

【0043】先ず、時刻0でのフォーカス信号の真値の
推定量《x(0)》を、例えば観測値y(0)で近似
し、(数5)より時刻1でのフォーカス信号の真値x
(1)の暫定推定量〈x(1)〉、及びフォーカス信号
の観測量の暫定推定量〈y(1)〉を算出する。この場
合は、次のようになる。
First, the estimated value << x (0) >> of the true value of the focus signal at time 0 is approximated by, for example, the observed value y (0), and from (Equation 5), the true value of the focus signal at time 1 is obtained. x
The temporary estimated amount <x (1)> of (1) and the temporary estimated amount <y (1)> of the observed amount of the focus signal are calculated. In this case, it becomes as follows.

【0044】[0044]

【数9】〈y(1)〉=〈x(1)〉=y(0) その後、暫定推定量〈x(1)〉,〈y(1)〉、時刻
1での観測量y(1)、及びゲインGを用いて(数6)
より、時刻1でのフォーカス信号の真値の推定量《x
(1)》を求める。この場合は、次のようになる。
[Formula 9] <y (1)> = <x (1)> = y (0) After that, the provisional estimated amount <x (1)>, <y (1)>, the observed amount y (1) at time 1 ), And the gain G (Equation 6)
Therefore, the estimated amount of the true value of the focus signal at time 1 << x
(1) >> is calculated. In this case, it becomes as follows.

【0045】[0045]

【数10】《x(1)》=〈x(1)〉+G{y(1)
−〈y(1)〉} 以下、(数5)及び(数6)を繰り返して適用すること
により、順次フォーカス信号の真値の推定値《x
(2)》,…,《x(k)》を求める。次に、(数5)
より時刻(k+1)でのフォーカス信号の真値の暫定推
定量〈x(k+1)〉、及び観測値の暫定推定量〈y
(k+1)〉を求めた後、(数6)より時刻(k+1)
でのフォーカス信号の真値の推定量《x(k+1)》を
求める。
[Equation 10] << x (1) >> = <x (1)> + G {y (1)
-<Y (1)>} Hereinafter, by repeatedly applying (Equation 5) and (Equation 6), the estimated value <x of the true value of the focus signal is sequentially obtained.
(2) >>, ..., << x (k) >>. Next, (Equation 5)
At time (k + 1), the provisional estimator <x (k + 1)> of the true value of the focus signal and the provisional estimator <y of the observed value <y
After calculating (k + 1)>, the time (k + 1) is calculated from (Equation 6).
Then, the estimated value << x (k + 1) >> of the true value of the focus signal at is obtained.

【0046】次に、フィルタ部51Iに設定されるゲイ
ンGの算出方法につき説明する。本実施例ではA/D変
換器49Aから出力されるフォーカス信号y(k)が補
正量算出部53にも供給されている。先ず、ウエハ12
が静止している間に、補正量算出部53は所定時間フォ
ーカス信号y(k)を観測することにより、そのフォー
カス信号y(k)の分散σv 2を算出しておく。その後、
ウエハ12がほぼ走査露光時の走査速度に近い速度で走
査方向(X方向)移動しているときに、補正量算出部5
3は所定時間フォーカス信号y(k)を観測することに
より、そのフォーカス信号y(k)の分散σw'2 を算出
する。その後、(数3)に基づいて補正量算出部53
は、合焦対象面の外乱を表す分散σw 2を算出する。
Next, a method of calculating the gain G set in the filter section 51I will be described. In this embodiment, the focus signal y (k) output from the A / D converter 49A is also supplied to the correction amount calculation unit 53. First, the wafer 12
The correction amount calculation unit 53 calculates the variance σ v 2 of the focus signal y (k) by observing the focus signal y (k) for a predetermined time while is stationary. afterwards,
When the wafer 12 is moving in the scanning direction (X direction) at a speed substantially close to the scanning speed during scanning exposure, the correction amount calculation unit 5
3 observes the focus signal y (k) for a predetermined time to calculate the variance σ w ' 2 of the focus signal y (k). After that, the correction amount calculation unit 53 is calculated based on (Equation 3).
Calculates the variance σ w 2 representing the disturbance on the focusing surface.

【0047】そして、補正量算出部53は、(数8)で
整数パラメータkを大きくしたときの収束値として変数
Mを決定し、この変数M、及び分散σv 2を用いて(数
7)より最適なゲインGを決定する。同様に補正量算出
部53は、フィルタ部51A〜51Hのそれぞれについ
ても独立に最適なゲインを求めて、求めたゲインの設定
を行う。なお、例えば1つのフィルタ部51Iについて
求めたゲインを、他のフィルタ部51A〜51Hに設定
するようにしてもよい。
Then, the correction amount calculation unit 53 determines the variable M as the convergence value when the integer parameter k is increased in (Equation 8), and uses this variable M and the variance σ v 2 (Equation 7). A more optimal gain G is determined. Similarly, the correction amount calculation unit 53 independently obtains an optimum gain for each of the filter units 51A to 51H and sets the obtained gain. Note that, for example, the gain obtained for one filter unit 51I may be set for the other filter units 51A to 51H.

【0048】次に、最小自乗近似演算部52では、図2
の露光領域13内の9個の計測点P 21〜P43に対応する
9個のフォーカス信号の真値の推定量《x(k)》に基
づいて、最小自乗法的にその露光領域13を近似するす
る平面を決定し、この決定された平面の中心でのZ座標
z、XZ平面内での傾斜角θx 、及びYZ平面内での傾
斜角θy を求め、これらZ座標z、傾斜角θx 、及び傾
斜角θy をそれぞれ減算部54A,54C,及び54B
に供給する。
Next, in the least-squares approximation calculation unit 52, as shown in FIG.
Measurement points P in the exposure area 13 of twenty one~ P43Corresponding to
Based on the estimated value of the true value of nine focus signals << x (k) >>
Then, the exposure area 13 is approximated by the method of least squares.
Z plane at the center of the determined plane
Inclination angle θ in z, XZ planex, And tilt in the YZ plane
Angle θyAnd the Z coordinate z and the tilt angle θx, And lean
Angle θyTo subtraction units 54A, 54C, and 54B, respectively.
Supply to.

【0049】また、減算部54A,54C,及び54B
には、それぞれ不図示の目標値設定部から投影光学系1
1の結像面の中心でのZ座標zr 、XZ平面内での傾斜
角θ xr、及びYZ平面内での傾斜角Δθyr、即ちウエハ
の表面位置の目標値も供給されている。減算部54A,
54C,及び54Bから制御部55に対して、それぞれ
次式で示すように目標値から近似平面の値を差し引いて
得られるZ座標偏差Δz、傾斜角偏差Δθx 、及び傾斜
角偏差Δθy が供給される。
Further, the subtraction units 54A, 54C and 54B
From the target value setting unit (not shown) to the projection optical system 1 respectively.
Z coordinate z at the center of the image plane of 1r, Inclination in the XZ plane
Angle θ xr, And the tilt angle Δθ in the YZ planeyr, Ie wafer
Target values for the surface position of are also provided. Subtraction unit 54A,
From 54C and 54B to the control unit 55,
Subtract the approximate plane value from the target value as shown in the following equation.
Obtained Z coordinate deviation Δz, inclination angle deviation Δθx, And tilt
Angular deviation ΔθyIs supplied.

【0050】[0050]

【数11】Δθx =θxr−θx 、 Δθy =θyr−θy 、 Δz=zr −z 次に、制御部55において、これらのZ座標偏差Δz、
傾斜角偏差Δθx 、及び傾斜角偏差Δθy にそれぞれ適
当なゲインkz ,kx 及びky が乗じられる。そして、
制御部55から補正部56に対して、Z方向への速度Δ
z 、XZ平面内での角速度ΔVθx 、及びYZ平面内
での角速度ΔVθy に対応する制御信号が出力される。
また、補正量算出部53には、信号処理系34中の部分
処理系48A,48Bからのフォーカス信号、最小自乗
近似演算部52からの近似平面の中央でのZ座標、及び
座標検出部59からのXステージ15Xの走査速度等の
情報も供給され、補正量算出部53は、図2の先読み領
域35A又は35Bでのフォーカス位置の情報に基づい
てZ方向への速度vz 等の補正値を求め、この補正値を
補正部56に供給する。なお、部分処理系48A,48
Bからのフォーカス信号に対しても、フィルタ部51A
〜51Iのようなフィルタ部を設けて最適なフィルタリ
ングを行うようにしてもよい。
Δθ x = θ xr −θ x , Δθ y = θ yr −θ y , Δz = z r −z Next, in the control unit 55, these Z coordinate deviations Δz,
Tilt angle deviation [Delta] [theta] x, and the inclination angle deviation [Delta] [theta] y respectively suitable gain k z, k x and k y is multiplied. And
The velocity Δ in the Z direction from the control unit 55 to the correction unit 56
Control signals corresponding to V z , angular velocity ΔVθ x in the XZ plane, and angular velocity ΔVθ y in the YZ plane are output.
In addition, the correction amount calculation unit 53 receives from the focus signals from the partial processing systems 48A and 48B in the signal processing system 34, the Z coordinate at the center of the approximation plane from the least square approximation calculation unit 52, and the coordinate detection unit 59. The information such as the scanning speed of the X stage 15X is also supplied, and the correction amount calculation unit 53 calculates the correction value such as the speed v z in the Z direction based on the information of the focus position in the prefetch area 35A or 35B in FIG. The correction value obtained is supplied to the correction unit 56. The partial processing systems 48A, 48
Also for the focus signal from B, the filter unit 51A
Optimal filtering may be performed by providing a filter unit such as ~ 51I.

【0051】そして、補正部56から座標変換部58に
対して、入力値に補正量算出部53からの補正値を加算
して得られる速度ΔVz (補正前と同じ表示を使用す
る、以下同様)、角速度ΔVθx 、及び角速度ΔVθy
が供給される。座標変換部58には、座標検出部59か
ら時刻kにおける3個のアクチュエータ16A,16
B、及び16Cのそれぞれの(X,Y)座標である(X
1,Y1)、(X2,Y2)、及び(X3,Y3)が供給されてい
る。これらの(X,Y)座標は、Xステージ15XがX
方向に移動するにつれて変化する値である。そして、座
標変換部58は、角速度ΔVθx 、角速度ΔVθy 、及
び速度ΔVz を得るためのアクチュエータ16A,16
B及び16CのそれぞれのZ方向への駆動速度Δv1
2 及びΔv3 を次式により求める。なお、補正量算出
部53からの補正量は無視して表している。
Then, the velocity ΔV z obtained by adding the correction value from the correction amount calculation unit 53 to the input value from the correction unit 56 to the coordinate conversion unit 58 (the same display as before correction is used, and so on. ), Angular velocity ΔVθ x , and angular velocity ΔVθ y
Is supplied. The coordinate conversion unit 58 includes three actuators 16A and 16A at the time k from the coordinate detection unit 59.
(X, Y) coordinates of B and 16C (X
1 , 1 , Y 1 ), (X 2 , Y 2 ), and (X 3 , Y 3 ) are supplied. These (X, Y) coordinates are the X
It is a value that changes as it moves in the direction. Then, the coordinate conversion unit 58 causes the actuators 16A and 16A to obtain the angular velocity ΔVθ x , the angular velocity ΔVθ y , and the velocity ΔV z.
Driving speeds Δv 1 and Δ of B and 16C in the Z direction
v 2 and Δv 3 are calculated by the following equations. The correction amount from the correction amount calculation unit 53 is ignored.

【0052】[0052]

【数12】 (Equation 12)

【0053】座標変換58は、それら駆動速度Δv1
2 及びΔv3 に対応する制御信号を速度ループコント
ローラ60に供給する。速度ループコントローラ60
は、パワーアンプ61A〜61Cを介してアクチュエー
タ16A〜16Cを駆動する。また、アクチュエータ1
6A〜16Cの内部には移動速度を検出する速度センサ
45A〜45C(図7のロータリエンコーダ45と同
じ)が備えられ、これらの速度センサ45A〜45Cか
らの速度の検出信号が速度ループコントローラ60にフ
ィードバックされている。これにより、アクチュエータ
16A〜16Cは、それぞれ先端部が駆動速度Δv1
Δv3 でZ方向に駆動される。そして、そのアクチュエ
ータ16A〜16Cにより駆動された後のウエハ12の
表面の位置及び傾斜角が図1の多点AFセンサ25によ
り計測され、この計測結果が図6の制御系にフィードバ
ックされる。最終的に座標変換部58で算出される駆動
速度Δv1 〜Δv3 がそれぞれ0になるように図6のサ
ーボ系が動作する。
The coordinate conversion 58 determines the driving speeds Δv 1 and Δ.
The control signals corresponding to v 2 and Δv 3 are supplied to the velocity loop controller 60. Speed loop controller 60
Drives the actuators 16A to 16C via the power amplifiers 61A to 61C. Also, the actuator 1
6A to 16C are provided with speed sensors 45A to 45C (same as the rotary encoder 45 of FIG. 7) for detecting the moving speed, and speed detection signals from these speed sensors 45A to 45C are sent to the speed loop controller 60. Feedback has been given. As a result, the actuators 16A to 16C each have a driving speed Δv 1 to
It is driven in the Z direction by Δv 3 . Then, the position and tilt angle of the surface of the wafer 12 after being driven by the actuators 16A to 16C are measured by the multipoint AF sensor 25 in FIG. 1, and the measurement result is fed back to the control system in FIG. The servo system of FIG. 6 operates so that the drive speeds Δv 1 to Δv 3 finally calculated by the coordinate conversion unit 58 become 0, respectively.

【0054】図8は、図6の制御系を簡略化して示し、
この図8において、多点AFセンサ25で計測されたN
個(Nは図2では9個)のフォーカス信号が、図6のフ
ィルタ部51A〜51Iに対応するフィルタ部51に供
給され、フィルタ部51でそれぞれ最適なゲインでフィ
ルタリングが行われる。フィルタ部51から出力される
N個のフォーカス信号の真値の推定量が最小自乗近似演
算部52に供給され、最小自乗近似演算部52から減算
部54の第1の入力部に、ウエハの合焦対象面に近似さ
れる面のフォーカス位置z、XZ平面内での傾斜角
θx 、及びYZ平面内での傾斜角θy が供給され、減算
部54の第2の入力部にZ座標の目標値zr、傾斜角の
目標値θxr及びθyrが供給されている。
FIG. 8 shows a simplified control system of FIG.
In FIG. 8, N measured by the multipoint AF sensor 25
6 (N is 9 in FIG. 2) focus signals are supplied to the filter units 51 corresponding to the filter units 51A to 51I in FIG. 6, and the filter units 51 perform filtering with optimum gains. The estimated values of the true values of the N focus signals output from the filter unit 51 are supplied to the least squares approximation calculation unit 52, and the least squares approximation calculation unit 52 supplies the wafer input to the first input unit of the subtraction unit 54. The focus position z of the surface approximated to the focusing target surface, the tilt angle θ x in the XZ plane, and the tilt angle θ y in the YZ plane are supplied, and the second input unit of the subtraction unit 54 receives the Z coordinate The target value z r and the tilt angle target values θ xr and θ yr are supplied.

【0055】そして、減算部54から出力される偏差が
制御部62に供給され、制御部62でその偏差に所定の
ゲインを乗じて得られる制御信号により、図6のアクチ
ュエータ16A〜16Cに対応するアクチュエータ63
が駆動されている。この場合、本実施例によれば、ウエ
ハ12の静止状態と移動状態とで多点AFセンサ25か
ら出力されるフォーカス信号の分散が実測され、これら
分散よりフィルタ部51におけるゲインが最適化されて
いる。従って、AFセンサ25のゆらぎ、及び合焦対象
面の移動に伴う外乱の影響が低減され、走査露光方式で
露光を行うときにオートフォーカス及びオートレベリン
グをかける際の、ウエハ12の表面の投影光学系11の
結像面に対する追従精度が向上する。従って、レチクル
7の全パターンが高い解像度でウエハ12上に露光され
る。
Then, the deviation output from the subtraction section 54 is supplied to the control section 62, and the control signal obtained by multiplying the deviation by a predetermined gain in the control section 62 corresponds to the actuators 16A to 16C in FIG. Actuator 63
Is being driven. In this case, according to the present embodiment, the dispersion of the focus signal output from the multipoint AF sensor 25 is measured in the stationary state and the moving state of the wafer 12, and the gain in the filter unit 51 is optimized based on these dispersions. There is. Therefore, the fluctuation of the AF sensor 25 and the influence of the disturbance caused by the movement of the focusing surface are reduced, and the projection optics of the surface of the wafer 12 when the autofocus and the autoleveling are applied when the exposure is performed by the scanning exposure method. The tracking accuracy with respect to the image plane of the system 11 is improved. Therefore, the entire pattern of the reticle 7 is exposed on the wafer 12 with high resolution.

【0056】次に、ウエハ12上の多数のショット領域
に対してそれぞれ走査露光方式で露光を行う際に、図6
中のフィルタ部51A〜51I用の最適なゲインを算出
するタイミングの一例につき図9及び図10を参照して
説明する。図9はウエハ12上のショット領域の配列を
示し、この図9において、ウエハ12上にはX方向(走
査方向)及びY方向にそれぞれ所定間隔で多数のショッ
ト領域64A,64B,64C,…が配列され、これら
ショット領域にそれぞれレチクル7の回路パターン像が
走査露光方式で露光される。
Next, when exposing a large number of shot areas on the wafer 12 by the scanning exposure method, as shown in FIG.
An example of the timing for calculating the optimum gain for the inner filter units 51A to 51I will be described with reference to FIGS. 9 and 10. 9 shows an arrangement of shot areas on the wafer 12. In FIG. 9, a large number of shot areas 64A, 64B, 64C, ... Are arranged on the wafer 12 at predetermined intervals in the X direction (scanning direction) and the Y direction. The circuit pattern images of the reticle 7 are exposed on these shot areas by the scanning exposure method.

【0057】そして先ず、ウエハ12上の第1のショッ
ト領域64Aに露光を行う際には、図1で照明光ILを
不図示の可変のブラインドで遮光した状態で、スリット
状の露光領域13に対してショット領域64Aが+X方
向に加速され、助走区間67A内でウエハ12は所定の
走査速度に達する。その後、図1の照明光ILがレチク
ル7に照射され、ウエハ12を基準とすると、露光領域
13が軌跡65Aに沿って次第に位置66Aから位置6
6Bへと移動してショット領域64Aにレチクル7のパ
ターン像が逐次露光される。また、ショット領域64A
と位置66Bとの間の区間(これを「減速区間」とい
う)67Bでは、照明光ILが遮光されてウエハ12が
次第に減速される。
First, when the first shot area 64A on the wafer 12 is exposed, the slit-shaped exposure area 13 is formed with the illumination light IL shielded by a variable blind (not shown) in FIG. On the other hand, the shot area 64A is accelerated in the + X direction, and the wafer 12 reaches a predetermined scanning speed within the run-up section 67A. Thereafter, the reticle 7 is irradiated with the illumination light IL shown in FIG. 1, and when the wafer 12 is used as a reference, the exposure region 13 gradually moves from the position 66A to the position 6 along the locus 65A.
6B, the pattern image of the reticle 7 is sequentially exposed on the shot area 64A. Also, the shot area 64A
In a section 67B between the position 66B and the position 66B (this is called a "deceleration section"), the illumination light IL is blocked and the wafer 12 is gradually decelerated.

【0058】その後、図1のYステージ15YをY方向
にステッピングすると、図9に示すようにスリット状の
露光領域13は位置66Bから、第2のショット領域6
4Bの手前の位置66Cに移動する。次に、スリット状
の露光領域13に対してショット領域64Bが−X方向
に加速され、助走区間67C内でウエハ12は所定の走
査速度に達する。その後、ウエハ12を基準とすると、
露光領域13が軌跡65Bに沿って次第に位置66Dか
らショット領域64Bの外部へと移動してショット領域
64Bにもレチクル7のパターン像が逐次露光される。
After that, when the Y stage 15Y of FIG. 1 is stepped in the Y direction, the slit-shaped exposure area 13 is moved from the position 66B to the second shot area 6 as shown in FIG.
Move to position 66C before 4B. Next, the shot area 64B is accelerated in the −X direction with respect to the slit-shaped exposure area 13, and the wafer 12 reaches a predetermined scanning speed within the run-up section 67C. Then, with the wafer 12 as a reference,
The exposure region 13 gradually moves from the position 66D to the outside of the shot region 64B along the locus 65B, and the pattern image of the reticle 7 is sequentially exposed on the shot region 64B.

【0059】図10は、この場合のレチクル7の走査速
度VR の変化の様子を示し、図10において、図9の助
走区間67Aに対応する加速期間T1では走査速度VR
は次第に大きくなって所定値に達し、それに続く露光期
間T2では走査速度VR はその所定値に維持される。ま
た、図9の減速区間67B及び助走区間67Cに対応す
る減加速期間T3では、レチクル7の走査速度VR は一
度0になった後に負の方向に加速されて所定値に達す
る。それに続く露光期間T4では走査速度VR はその所
定値に維持され、その後の期間T5で走査速度VR は次
第に再び0になる。また、図9において、第3のショッ
ト領域32C以降への露光を行う際にも、例えばレチク
ル7の走査方向が順次反転するようにウエハ12の走査
方向が定められる。そして、ウエハ12のX方向への移
動速度の変化もほぼ図10と同様の傾向となる。
[0059] Figure 10, in this case shows how the change in the scanning speed V R of the reticle 7 in, 10, the acceleration period T1, the scanning speed V R corresponding to the acceleration region 67A in FIG. 9
Gradually increases and reaches a predetermined value, and the scanning speed V R is maintained at the predetermined value in the subsequent exposure period T2. Further, in the deceleration period T3 corresponding to the deceleration section 67B and the approach section 67C in FIG. 9, the scanning speed V R of the reticle 7 once becomes 0 and then is accelerated in the negative direction to reach the predetermined value. In the subsequent exposure period T4, the scanning speed V R is maintained at the predetermined value, and in the subsequent period T5, the scanning speed V R gradually becomes 0 again. Further, in FIG. 9, the scanning direction of the wafer 12 is determined so that, for example, the scanning direction of the reticle 7 is sequentially reversed when the exposure is performed on the third shot area 32C and thereafter. Then, the change in the moving speed of the wafer 12 in the X direction also has a tendency similar to that in FIG.

【0060】この場合、本実施例の図6の補正量算出部
53では、予めウエハ12が静止しているときに、A/
D変換器49A〜49Iから出力されるフォーカス信号
の分散σv 2を求めておく。その後、補正量算出部53で
は、図9の助走区間67Aの後半部にA/D変換器49
A〜49Iから出力されるフォーカス信号の分散σw' 2
を求め、これらの結果に基づいて(数7)及び(数8)
より最適なゲインGを決定し、この決定したゲインGを
フィルタ部51A〜51Iに設定する。これにより、シ
ョット領域64Aに露光する際には、直前の助走区間6
7Aで決定されたゲインに基づいてフィルタリングが行
われる。
In this case, the correction amount calculation unit of this embodiment shown in FIG.
In 53, when the wafer 12 is stationary in advance, A /
Focus signal output from D converters 49A to 49I
Variance σv 2Ask for. After that, the correction amount calculation unit 53
Is the A / D converter 49 in the latter half of the run-up section 67A of FIG.
Variance σ of the focus signal output from A to 49Iw' 2 
And (Equation 7) and (Equation 8) based on these results.
A more optimal gain G is determined, and this determined gain G is
The filter units 51A to 51I are set. This allows
When exposing to the hot area 64A, the immediately preceding run-up section 6
Filtering is performed based on the gain determined in 7A.
Will be

【0061】同様に、第2のショット領域64Bに対す
る露光中のフィルタ部51A〜51Iにおけるゲイン
は、直前の助走区間67Cの後半部に計測された分散に
基づいて設定される。これにより、各ショット領域での
凹凸の状態、又は走査速度が変化する場合でも、オート
フォーカス、及びオートレベリングが高精度に行われ
る。また、最初に分散σv 2を求めるだけで、後は特別に
分散σw'2 を計測するための時間を設けるわけではない
ため、露光工程のスループットは低下しない。但し、例
えば第1のショット領域64Aの減速区間67Bの前半
部でフォーカス信号の分散を計測し、この計測結果に基
づいて第2のショット領域64Bでのゲインを設定する
ようにしてもよい。
Similarly, the gains in the filter portions 51A to 51I during the exposure for the second shot area 64B are set based on the dispersion measured in the latter half of the preceding run-up section 67C. As a result, autofocusing and autoleveling are performed with high accuracy even when the unevenness in each shot area or the scanning speed changes. In addition, since the variance σ v 2 is first obtained and the time for measuring the variance σ w ' 2 is not specially set thereafter, the throughput of the exposure process does not decrease. However, for example, the variance of the focus signal may be measured in the first half of the deceleration section 67B of the first shot area 64A, and the gain in the second shot area 64B may be set based on the measurement result.

【0062】なお、図2においては、傾斜検出用の計測
点P21〜P43が露光領域13内に分布しているが、それ
ら計測点P21〜P43は露光領域13からはみ出していて
もよい。また、全体の計測点P11〜P53の個数、及び配
列は図2に限定されず、例えば計測点をX方向に段違い
に配置してもよい。更に、上述実施例では、ウエハ12
上の露光領域13の傾斜角を検出するために多点AFセ
ンサ25が使用されているが、その代わりに例えばウエ
ハ12の表面に平行光束を斜めに照射し、その反射光の
集光位置の横ずれ量からその表面の傾斜角を検出する平
行光束斜入射方式のレベリングセンサを使用してもよ
い。
Although the measurement points P 21 to P 43 for tilt detection are distributed in the exposure area 13 in FIG. 2, even if the measurement points P 21 to P 43 are out of the exposure area 13. Good. Further, the number and arrangement of the entire measurement points P 11 to P 53 are not limited to those in FIG. 2, and the measurement points may be arranged in different steps in the X direction, for example. Further, in the above embodiment, the wafer 12
The multi-point AF sensor 25 is used to detect the tilt angle of the upper exposure area 13. Instead, for example, the surface of the wafer 12 is obliquely irradiated with a parallel light beam and the converging position of the reflected light is changed. A parallel light beam oblique incidence type leveling sensor that detects the inclination angle of the surface from the lateral shift amount may be used.

【0063】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and it goes without saying that various configurations can be made without departing from the gist of the present invention.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明の走査露光方法によれば、合焦対
象物としての基板が静止しているとき、及び走査されて
いるときの焦点位置検出手段からの検出信号のばらつき
に基づいてフィルタ手段におけるゲインが最適化されて
いる。従って、試行錯誤的にローパスフィルタのカット
オフ周波数を探す必要がなく、更に合焦対象物の表面状
態や走査速度が変化しても、それがフィルタ手段の特性
の中に自動的に折り込まれるため、常にオートフォーカ
ス又はオートレベリングでその合焦対象物の表面を目標
とする面に正確に追従させることができる利点がある。
According to the scanning exposure method of the present invention, the filter is based on the variation of the detection signal from the focus position detection means when the substrate as the focusing object is stationary and when the substrate is being scanned. The gain in the instrument is optimized. Therefore, it is not necessary to search for the cutoff frequency of the low-pass filter by trial and error, and even if the surface condition or scanning speed of the focused object changes, it is automatically folded into the characteristics of the filter means. There is an advantage that the surface of the focused object can always be accurately followed by the target surface by autofocus or autoleveling.

【0065】また、検出信号のばらつきの計測を、本来
無駄時間となる助走期間中に行う場合には、特別な計測
シーケンスを設けることはないので、露光工程のスルー
プットの低下を招くことがない利点がある。更に、本発
明の走査露光装置によれば、その走査露光方法を実施て
きる。
Further, when the variation of the detection signal is measured during the run-up period, which is essentially a dead time, no special measurement sequence is provided, so that the throughput of the exposure process is not lowered. There is. Furthermore, according to the scanning exposure apparatus of the present invention, the scanning exposure method can be implemented.

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

【図1】本発明の一実施例の走査露光型の投影露光装置
を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a scanning exposure type projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のウエハ12上のフォーカス位置の計測点
の分布を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a distribution of measurement points of focus positions on the wafer 12 of FIG.

【図3】図1中の送光スリット板28を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a light-sending slit plate 28 in FIG.

【図4】図1中の振動スリット板31を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a vibrating slit plate 31 in FIG.

【図5】図1中の光電検出器33、及び信号処理系34
を示す図である。
5 is a photoelectric detector 33 and a signal processing system 34 in FIG.
FIG.

【図6】図1中のウエハ12のフォーカス・レベリング
機構、及びその制御系を示す一部斜視図を含む構成図で
ある。
6 is a configuration diagram including a partial perspective view showing a focus / leveling mechanism of a wafer 12 in FIG. 1 and a control system thereof.

【図7】図6中のアクチュエータ16Aの構成例を示す
一部を断面とした構成図である。
FIG. 7 is a partial cross-sectional configuration diagram showing a configuration example of an actuator 16A in FIG.

【図8】図6のフォーカス・レベリング機構の制御系を
簡略化して示すブロック図である。
8 is a block diagram showing a simplified control system of the focus / leveling mechanism of FIG.

【図9】図1のウエハ12上のショット配列の一例を示
す部分拡大平面図である。
9 is a partially enlarged plan view showing an example of a shot array on the wafer 12 of FIG.

【図10】走査露光方式で露光を行う際のレチクルの走
査速度の変化を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing changes in the scanning speed of the reticle when performing exposure by the scanning exposure method.

【図11】従来のオートフォーカス及びオートレベリン
グ機構を示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a conventional auto focus and auto leveling mechanism.

【図12】(a)はAFセンサの一例を示す図、(b)
は走査型露光装置でウエハの表面に凹凸がある場合を示
す図である。
FIG. 12A is a diagram showing an example of an AF sensor, and FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a case where the surface of the wafer is uneven in the scanning exposure apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7 レチクル 9 レチクルステージ 11 投影光学系 12 ウエハ 13 露光領域 14 フォーカス・レベリングステージ 15Y Yステージ 15X Xステージ 16A〜16C アクチュエータ 19,23X,23Y レーザ干渉計 20 主制御系 25 多点AFセンサ P11〜P53 計測点 33 光電検出器 34 信号処理系 35A,35B 先読み領域 51A〜51I フィルタ部 52 最小自乗近似演算部 53 補正量算出部 55 制御部 58 座標変換部 59 座標検出部 60 速度ループコントローラ 63 アクチュエータ7 reticle 9 reticle stage 11 projection optical system 12 wafer 13 exposure area 14 focus / leveling stage 15Y Y stage 15X X stage 16A to 16C actuator 19, 23X, 23Y laser interferometer 20 main control system 25 multipoint AF sensor P 11 to P 53 measurement point 33 photoelectric detector 34 signal processing system 35A, 35B look-ahead region 51A to 51I filter unit 52 least-squares approximation calculation unit 53 correction amount calculation unit 55 control unit 58 coordinate conversion unit 59 coordinate detection unit 60 speed loop controller 63 actuator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/30 516 A 525 H 526 A ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 21/30 516 A 525 H 526 A

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 転写用のパターンが形成されたマスクを
露光用の照明光で照明し、前記マスクのパターンを投影
光学系を介して感光性の基板上に投影し、前記マスクを
所定の方向に走査するのと同期して、前記基板を所定の
方向に走査することにより、前記基板上に前記マスクの
パターンを逐次露光する走査露光方法において、 前記基板の表面の前記投影光学系の光軸方向の位置に応
じた検出信号を出力する焦点位置検出手段と、 該焦点位置検出手段から出力される検出信号を所定のゲ
インで増減するフィルタ手段と、 該フィルタ手段から出力される検出信号に基づいて前記
基板の前記投影光学系の光軸方向の位置を調整する高さ
調整手段と、を備え、 前記基板が静止しているときの前記焦点位置検出手段か
らの検出信号のばらつき、及び前記基板が走査されてい
るときの前記焦点位置検出手段からの検出信号のばらつ
きに基づいて前記フィルタ手段における前記所定のゲイ
ンを求めることを特徴とする走査露光方法。
1. A mask on which a transfer pattern is formed is illuminated with exposure illumination light, the pattern of the mask is projected onto a photosensitive substrate through a projection optical system, and the mask is projected in a predetermined direction. In the scanning exposure method of sequentially exposing the pattern of the mask on the substrate by scanning the substrate in a predetermined direction in synchronism with the scanning, the optical axis of the projection optical system on the surface of the substrate. A focus position detecting means for outputting a detection signal according to a position in the direction, a filter means for increasing / decreasing the detection signal output from the focus position detecting means with a predetermined gain, and a detection signal output from the filter means. Height adjusting means for adjusting the position of the substrate in the optical axis direction of the projection optical system, and a variation in the detection signal from the focus position detecting means when the substrate is stationary, and Scanning exposure method whose serial board and obtains the predetermined gain in the filter means on the basis of the variation of the detection signal from the focus position detecting means when being scanned.
【請求項2】 前記基板が静止しているときに予め前記
焦点位置検出手段からの検出信号のばらつきを第1のば
らつきとして求めておき、前記マスク及び前記基板を同
期して走査する際の走査開始から露光が開始されるまで
のそれぞれの助走期間に、前記焦点位置検出手段からの
検出信号のばらつきを第2のばらつきとしてを求め、 前記第1のばらつき及び前記第2のばらつきに基づいて
定めた前記所定のゲインを用いて、前記助走期間に続く
露光期間に前記フィルタ手段を動作させることを特徴と
する請求項1記載の走査露光方法。
2. A scan for scanning the mask and the substrate in synchronization with the variation of the detection signal from the focus position detecting means being obtained in advance as the first variation when the substrate is stationary. During each run-up period from the start to the start of exposure, the variation of the detection signal from the focus position detection means is obtained as the second variation, and is determined based on the first variation and the second variation. 2. The scanning exposure method according to claim 1, wherein the filter means is operated in an exposure period following the run-up period by using the predetermined gain.
【請求項3】 転写用のパターンが形成されたマスク上
の所定形状の照明領域を露光用の照明光で照明し、前記
所定形状の照明領域内の前記マスクのパターンを投影光
学系を介して基板ステージ上の感光性の基板上に投影
し、前記所定形状の照明領域に対して前記マスクを所定
の方向に走査するのと同期して、前記基板ステージを介
して前記基板を所定の方向に走査することにより、前記
基板上に前記マスクのパターンを逐次露光する走査露光
装置において、 前記基板の表面の前記投影光学系の光軸方向の位置に応
じた検出信号を出力する焦点位置検出手段と、 該焦点位置検出手段から出力される検出信号を所定のゲ
インで増減するフィルタ手段と、 該フィルタ手段から出力される検出信号に基づいて前記
基板ステージに対する前記基板の前記投影光学系の光軸
方向の位置を調整する高さ調整手段と、 前記基板が静止しているときの前記焦点位置検出手段か
らの検出信号のばらつき、及び前記基板が走査されてい
るときの前記焦点位置検出手段からの検出信号のばらつ
きに基づいて前記フィルタ手段における前記所定のゲイ
ンを求める演算手段と、を備えたことを特徴とする走査
露光装置。
3. An illumination area of a predetermined shape on a mask on which a transfer pattern is formed is illuminated with exposure illumination light, and the pattern of the mask in the illumination area of the predetermined shape is projected through a projection optical system. The substrate is moved in a predetermined direction through the substrate stage in synchronism with projection on a photosensitive substrate on the substrate stage and scanning of the mask in a predetermined direction with respect to the illumination region of the predetermined shape. In a scanning exposure apparatus that sequentially exposes the pattern of the mask on the substrate by scanning, a focus position detection unit that outputs a detection signal corresponding to the position of the surface of the substrate in the optical axis direction of the projection optical system, Filter means for increasing / decreasing a detection signal output from the focus position detection means with a predetermined gain, and front of the substrate with respect to the substrate stage based on the detection signal output from the filter means. Height adjusting means for adjusting the position of the projection optical system in the optical axis direction, dispersion of detection signals from the focus position detecting means when the substrate is stationary, and when the substrate is being scanned A scanning exposure apparatus comprising: a calculation unit that obtains the predetermined gain in the filter unit based on a variation in a detection signal from the focus position detection unit.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100923108B1 (en) * 2007-10-15 2009-10-22 (주)리캠 Method and Apparatus for Measuring the Tilt angle of VCM Lens, and a Computer-Readable Medium thereof
WO2015052618A1 (en) * 2013-10-07 2015-04-16 株式会社オーク製作所 Drawing device and drawing method
WO2020005361A1 (en) * 2018-06-29 2020-01-02 Applied Materials, Inc. Real-time autofocus for maskless lithography on substrates

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