JPH0878314A - Scanning type exposure system - Google Patents

Scanning type exposure system

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JPH0878314A
JPH0878314A JP6214490A JP21449094A JPH0878314A JP H0878314 A JPH0878314 A JP H0878314A JP 6214490 A JP6214490 A JP 6214490A JP 21449094 A JP21449094 A JP 21449094A JP H0878314 A JPH0878314 A JP H0878314A
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

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Abstract

PURPOSE: To detect projection magnification with high accuracy in a short time in a scanning type projection exposure system exposing a pattern on a mask onto a photosensitive substrate through a projection optical system while relatively scanning the mask and the photosensitive substrate. CONSTITUTION: A first reference plate 9 and a second reference plate are mounted at specified places on a reticle stage 5 and a wafer leveling table respectively, a pair of left and right fundamental marks of a first reference pattern MM1 formed on the first reference plate 9 and a pair of left and right fundamental marks of a projected image obtained by projecting a second reference pattern formed on the second reference plate onto the reticle stage 5 through a projection optical system are superposed, and observed by a pair of left and right observation optical systems, each displacement in the direction X is measured, and the fluctuation of projection magnification is computed from the measured values.

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、マスクと感光基板とを
同期してそれぞれ所定の方向に走査することによりマス
ク上のパターンを逐次感光基板上に露光する走査型露光
装置に関し、特に感光基板上の各ショット領域をステッ
ピング方式で走査開始位置に移動した後、それらショッ
ト領域に走査露光方式でマスクパターンを露光するステ
ップ・アンド・スキャン方式の投影式走査型露光装置に
適用して好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning type exposure apparatus for sequentially exposing a pattern on a mask onto a photosensitive substrate by synchronously scanning the mask and the photosensitive substrate in predetermined directions, and more particularly to a photosensitive substrate. Suitable for applying to a step-and-scan projection type scanning exposure apparatus that exposes a mask pattern to each shot area by a scanning exposure method after moving the above shot areas to a scanning start position by a stepping method Is.

【０００２】[0002]

【従来の技術】例えば半導体素子、液晶表示素子又は薄
膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィー工程で製造する
際に、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンを感
光材が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に
転写する投影露光装置が使用されている。従来は主に、
ウエハの各ショット領域に順次レチクルのパターンの像
を転写露光するステップ・アンド・リピート方式の縮小
投影型露光装置（ステッパー等）が多用されていた。2. Description of the Related Art For example, when a semiconductor device, a liquid crystal display device, a thin film magnetic head, or the like is manufactured by a photolithography process, a wafer (or a glass plate, etc.) to which a reticle (or photomask, etc.) pattern is coated with a photosensitive material A projection exposure apparatus for transferring onto the top is used. Conventionally, mainly
A step-and-repeat type reduction projection type exposure apparatus (stepper or the like) that sequentially transfers and exposes an image of a reticle pattern onto each shot area of a wafer has been widely used.

【０００３】しかし近年、半導体素子等においては１個
のチップパターンが大型化しているため、より大面積の
パターンを露光できる露光装置も必要とされている。と
ころが、投影光学系の広い露光フィールドの全面で解像
力及び他の結像性能（ディストーション、像面湾曲等）
を所定の精度に維持することは困難である。そこで現在
注目されているのが、走査型露光装置である。この走査
型露光装置の原型とも言うべき露光装置が、投影倍率が
等倍の反射投影光学系を備え、等倍のレチクル（狭義の
所謂マスク）を保持するレチクルステージとウエハを保
持するウエハステージとを共通の移動コラムに結合し
て、レチクル及びウエハを同一速度で走査露光するミラ
ープロジェクションアライナである。その等倍の反射投
影光学系では、屈折素子（レンズ）を用いないために広
い露光波長域において色収差が良好であり、光源（水銀
ランプ等）から発する２種類以上の輝線スペクトル（例
えばｇ線とｈ線等）を同時に使って露光強度を高めるこ
とができ、従って高速の走査露光が可能となっている。
その反射式の投影光学系では、Ｓ（サジタル）像面とＭ
（メリジオナル）像面との双方の非点収差をともに零に
する点が、反射投影系の光軸から一定距離の像高位置近
傍に制限されるため、レチクルを照明する露光光の形状
は幅の狭い輪帯の一部分、いわゆる円弧スリット状にな
っている。However, in recent years, since one chip pattern has become large in a semiconductor element or the like, there is also a need for an exposure apparatus capable of exposing a pattern having a larger area. However, the resolution and other imaging performance (distortion, field curvature, etc.) over the entire wide exposure field of the projection optical system.
Is difficult to maintain to a predetermined accuracy. Therefore, the scanning exposure apparatus is currently receiving attention. An exposure apparatus, which should be called a prototype of this scanning type exposure apparatus, includes a reflection projection optical system having a projection magnification of 1 ×, a reticle stage holding a 1 × reticle (a so-called mask in a narrow sense), and a wafer stage holding a wafer. Is a mirror projection aligner that scans and exposes a reticle and a wafer at the same speed by coupling the same to a common moving column. The catadioptric optical system of the same magnification has good chromatic aberration in a wide exposure wavelength range because it does not use a refraction element (lens), and has two or more kinds of bright line spectra (for example, g-line and The exposure intensity can be increased by simultaneously using (h-line, etc.), and therefore high-speed scanning exposure is possible.
In the reflective projection optical system, the S (sagittal) image plane and the M
(Meridional) Since the point at which both astigmatism with the image plane is zero is limited to near the image height position at a certain distance from the optical axis of the catoptric system, the shape of the exposure light that illuminates the reticle is wide. It is a so-called arc slit, which is a part of the narrow annular zone.

【０００４】このような等倍の走査型露光装置では、ウ
エハ上に投影されるレチクルのパターンの像が鏡像関係
にならないような投影光学系を用いた場合には、レチク
ルとウエハとを一体の移動コラム上にアライメントした
状態で保持させた後、移動コラムに円弧スリット状の照
明光の短手方向に１次元的に走査を行わせることで露光
が完了する。一方、ウエハ上に投影されたレチクルのパ
ターンの像が鏡像関係になるような等倍投影光学系を用
いた場合には、レチクルステージとウエハステージとを
互いに逆方向に同一速度で移動させる必要がある。In such an equal-magnification scanning exposure apparatus, when a projection optical system is used in which the pattern image of the reticle projected on the wafer does not have a mirror image relationship, the reticle and the wafer are integrated. The exposure is completed by holding the movable column in an aligned state and then causing the movable column to perform one-dimensional scanning in the lateral direction of the arc slit illumination light. On the other hand, when using a unit-magnification projection optical system in which the reticle pattern image projected on the wafer has a mirror image relationship, it is necessary to move the reticle stage and the wafer stage in opposite directions at the same speed. is there.

【０００５】更に、従来の走査型露光方式として、屈折
素子等を組み込んで投影倍率を拡大、又は縮小した状態
でレチクルステージとウエハステージとの両方を倍率に
応じた速度比で相対走査する方式も知られている。この
場合、その走査型露光装置の投影光学系としては、反射
素子と屈折素子とを組み合わせたもの、あるいは屈折素
子のみで構成されたものが使われ、反射素子と屈折素子
とを組み合わせた縮小投影光学系の一例が、特開昭６３
−１６３３１９号公報に開示されている。Further, as a conventional scanning type exposure method, there is also a method in which a reticle stage and a wafer stage are relatively scanned at a speed ratio corresponding to the magnification in a state in which a refraction element or the like is incorporated to enlarge or reduce the projection magnification. Are known. In this case, as the projection optical system of the scanning type exposure apparatus, a combination of a reflection element and a refraction element, or a combination of only the refraction element is used, and a reduced projection in which the reflection element and the refraction element are combined. An example of an optical system is disclosed in JP-A-63
It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 163319.

【０００６】この方式では、レチクルをスリット状に照
明することで投影光学系の有効露光フィールドの最大直
径を使用でき、かつスキャンすることによりスキャン方
向には光学系の制限を受けることなく露光フィールドを
拡大できるという利点がある。また、投影光学系の一部
しか使用しないので、照度均一性、ディストーション等
の精度を出し易いという利点がある。In this method, the maximum diameter of the effective exposure field of the projection optical system can be used by illuminating the reticle in a slit shape, and the exposure field can be scanned without being restricted by the optical system in the scanning direction. It has the advantage that it can be expanded. Further, since only a part of the projection optical system is used, there is an advantage that accuracy such as illuminance uniformity and distortion can be easily obtained.

【０００７】ところで、近年半導体等の集積度が益々高
くなり、パターンの微細化が進んでいる。そのため、レ
チクルの微細なパターンを高い解像度でフォトレジスト
が塗布されたウエハ上に投影するため、更には既にウエ
ハ上に形成されているパターン上に高い重ね合わせ精度
でレチクルのパターンを投影するために、投影光学系に
よる投影像の結像特性の誤差、特に倍率誤差及びディス
トーションを所定の許容値以下に収めることが求められ
ている。By the way, in recent years, the degree of integration of semiconductors and the like has become higher and higher, and the miniaturization of patterns has been advanced. Therefore, in order to project the fine pattern of the reticle onto the wafer coated with the photoresist at a high resolution, and also to project the pattern of the reticle onto the pattern already formed on the wafer with high overlay accuracy. It is required that the error in the image formation characteristic of the projected image by the projection optical system, particularly the magnification error and the distortion be kept within a predetermined allowable value.

【０００８】しかし、投影光学系の周囲の大気圧、気温
等の環境変化、レチクル若しくは投影光学系の照明光吸
収による形状変化、又は所謂位相シフトマスク等を使用
する場合のようなレチクル上のパターンの変化等の要因
により、結像特性が所定の状態に維持できない場合があ
る。また、最近では照明方法を様々に工夫して半導体等
の微細パターンに対処するようになっている。例えば照
明光学系の瞳面、又はその近傍面内における照明光束の
光量分布を輪帯状に規定して、レチクルパターンに照明
光束を照射する輪帯照明法（特開昭６１−９１６６２号
公報）、あるいは照明光学系の瞳面、又はその近傍面内
における照明光束の光量分布を、照明光学系の光軸から
所定量だけ偏心した少なくとも１つの位置で極大とし
て、レチクルパターンに対して照明光束を所定角度だけ
傾斜させて照射する変形光源法、又は傾斜照明法（特開
平４−１０１１４８号公報、特開平４−４０８０９６号
公報）等も提案されている。このように通常の照明方法
から、例えば輪帯照明法又は変形光源法等に切り換える
と、照明条件の変化によりやはり結像特性が変化してし
まうことがある。However, environmental changes such as atmospheric pressure and temperature around the projection optical system, shape changes due to absorption of illumination light of the reticle or projection optical system, or patterns on the reticle when a so-called phase shift mask or the like is used. In some cases, the imaging characteristics cannot be maintained in a predetermined state due to factors such as a change in Further, recently, various lighting methods have been devised to deal with a fine pattern of a semiconductor or the like. For example, a ring-shaped illumination method that illuminates the reticle pattern with the illumination light flux by defining the light amount distribution of the illumination light flux on the pupil plane of the illumination optical system or in the vicinity thereof in a ring-shaped manner (Japanese Patent Laid-Open No. 61-91662), Alternatively, the light quantity distribution of the illumination light flux on the pupil plane of the illumination optical system or in the vicinity thereof is maximized at at least one position decentered by a predetermined amount from the optical axis of the illumination optical system, and the illumination light flux is predetermined for the reticle pattern. A modified light source method of irradiating at an angle and an inclined illumination method (Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-101148 and 4-408096) are also proposed. In this way, when the normal illumination method is switched to, for example, the annular illumination method or the modified light source method, the imaging characteristics may also change due to changes in the illumination conditions.

【０００９】これに関して、走査型露光装置では、走査
方向に対する倍率誤差及びディストーションはレチクル
とウエハとの相対走査速度の調整により補正でき、走査
方向に直交する非走査方向への倍率誤差及びディストー
ションは投影光学系の結像特性自体の制御により補正で
きる。例えば投影光学系の内部のレンズ間を密封してそ
の内部圧力を変える手法、又は投影光学系の一部のレン
ズを光軸方向に移動させることにより結像特性がある程
度制御できる。In this regard, in the scanning type exposure apparatus, the magnification error and distortion in the scanning direction can be corrected by adjusting the relative scanning speed between the reticle and the wafer, and the magnification error and distortion in the non-scanning direction orthogonal to the scanning direction can be projected. It can be corrected by controlling the image forming characteristic itself of the optical system. For example, the imaging characteristics can be controlled to some extent by sealing between the lenses inside the projection optical system and changing the internal pressure, or by moving some lenses of the projection optical system in the optical axis direction.

【００１０】上記の何れの方法を用いるにしても、投影
倍率あるいはディストーションの変動を効率的に且つ正
確に予測又は検出する方法が必要となる。従来は特に走
査型露光装置用の検出方法はなく、一括露光方式（ステ
ッパー等）用の検出方法が使用されていた。一括露光方
式用の検出方法としては、例えばレチクルに形成された
位置合わせマークと、ウエハ又はウエハと等価な部材に
形成された位置合わせマークとの相対的なずれ量を計測
して、その結果から投影倍率を求める方法がある。Whichever of the above methods is used, a method for efficiently or accurately predicting or detecting variations in projection magnification or distortion is required. Conventionally, there is no detection method for a scanning type exposure apparatus, and a detection method for a batch exposure method (stepper etc.) has been used. As a detection method for the batch exposure method, for example, a relative deviation amount between an alignment mark formed on a reticle and an alignment mark formed on a wafer or a member equivalent to the wafer is measured, There is a method of obtaining the projection magnification.

【００１１】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
検出方法では、測定のための位置合わせ用のマークが形
成されたレチクル（基準マスク）を測定の度に装置に装
着しなければならず、その作業自身及び基準マスクの管
理が非常に煩雑であり、また、基準マスクを装置に装着
する度毎にその基準マスクの姿勢が変わり、計測誤差を
生じるという不都合があった。However, in the conventional detection method, the reticle (reference mask) on which the alignment mark for measurement is formed must be mounted on the apparatus each time the measurement is performed. There is an inconvenience that management of the work itself and the reference mask is very complicated, and the posture of the reference mask changes every time the reference mask is mounted on the apparatus, resulting in a measurement error.

【００１２】また、走査型露光装置はレチクルとウエハ
とが走査されるという特殊性があるが、従来の検出方法
は一括露光方式に適した方法であり、特に走査型露光装
置に適した検出方法が望まれていた。本発明は斯かる点
に鑑み、投影光学系の投影倍率及びディストーション等
の変動を短時間で且つ高精度に測定することができる走
査型露光装置を提供することを目的とする。Further, the scanning type exposure apparatus has a peculiarity that the reticle and the wafer are scanned, but the conventional detection method is a method suitable for the collective exposure method, and particularly a detection method suitable for the scanning type exposure apparatus. Was desired. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a scanning exposure apparatus that can measure variations in projection magnification and distortion of a projection optical system in a short time and with high accuracy.

【００１３】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の走査型露光装置
は、露光用の照明光（ＩＬ）で転写用のパターンが形成
されたマスク（１）を照明し、そのマスク（１）のパタ
ーンの像を投影光学系（２）を介して感光性の基板上
（３）に投影した状態で、そのマスク（１）を第１の方
向（＋Ｙ方向又は−Ｙ方向）に走査するのと同期してそ
の基板（３）をその第１の方向に対応する第２の方向
（−Ｙ方向又は＋Ｙ方向）に走査することにより、その
マスク（１）のパターンを逐次その基板（３）上に露光
する走査型露光装置において、そのマスク（１）を保持
してマスク（１）をその第１の方向に移動させるマスク
ステージ（５）と、このマスクステージ上に配置され第
１の基準マーク（ＭＭ１）が形成された第１の基準部材
（９）と、その基板（３）を保持してその基板（３）を
その第２の方向に移動させる基板ステージ（１７）と、
この基板ステージ上に配置され第２の基準マーク（ＷＭ
１）が形成された第２の基準部材（２５）と、それら第
１及び第２の基準マークの一方の基準マーク（ＭＭ１）
と、この一方の基準マークと異なる他方の基準マーク
（ＷＭ１）のその投影光学系（２）を介した像とのその
第１の方向又は第２の方向に交差する非走査方向（Ｘ方
向）での相対的な位置ずれ量を検出するマーク検出手段
（１０，１１）と、を設けたものである。A scanning type exposure apparatus of the present invention illuminates a mask (1) on which a transfer pattern is formed with exposure illumination light (IL), and the pattern of the mask (1) is illuminated. Image is projected onto the photosensitive substrate (3) through the projection optical system (2) and the mask (1) is scanned in the first direction (+ Y direction or -Y direction). Then, the substrate (3) is scanned in the second direction (-Y direction or + Y direction) corresponding to the first direction, so that the pattern of the mask (1) is sequentially formed on the substrate (3). In a scanning exposure apparatus for exposing, a mask stage (5) that holds the mask (1) and moves the mask (1) in the first direction, and a first reference mark ( A first reference member (9) on which the MM1) is formed, and its substrate ( ) And the substrate stage which moves with the substrate (3) in its second direction hold (17),
The second fiducial mark (WM
1) formed on the second reference member (25) and one of the first and second reference marks (MM1)
And a non-scanning direction (X direction) that intersects with the image of the other reference mark (WM1) different from the one reference mark through the projection optical system (2) in the first direction or the second direction. The mark detecting means (10, 11) for detecting the relative positional deviation amount in the above is provided.

【００１４】この場合、そのマーク検出手段の一例は、
そのマスク（１）上からその第１の基準マーク（ＭＭ
１）と、その投影光学系（２）及びそのマスク（１）を
介したその第２の基準マークの像（ＷＭ１）との相対的
な位置ずれ量を検出する光学式検出手段（１０，１１）
である。また、その第２の基準マークの一例は、その第
２の方向に交差する方向に所定ピッチで形成された１次
元の格子状パターン（ＷＭ３）であり、この場合その第
１の基準マークのその投影光学系（２）を介したその基
板ステージ側での像（ＭＭ３）は、実質的にその第２の
基準マーク（ＷＭ３）のピッチ方向にその所定ピッチと
異なるピッチで形成された１次元の格子状パターンであ
り、そのマーク検出手段は、その第２の基準部材（２
５）の底部に配置された撮像素子（２６）であることが
好ましい。In this case, one example of the mark detecting means is
From the top of the mask (1), the first fiducial mark (MM
Optical detection means (10, 11) for detecting the relative positional deviation amount between 1) and the image (WM1) of the second reference mark through the projection optical system (2) and the mask (1) thereof. )
Is. An example of the second fiducial mark is a one-dimensional lattice-like pattern (WM3) formed at a predetermined pitch in a direction intersecting the second direction. In this case, that of the first fiducial mark is The image (MM3) on the substrate stage side through the projection optical system (2) is a one-dimensional image formed substantially in the pitch direction of the second reference mark (WM3) at a pitch different from the predetermined pitch. The pattern is a lattice pattern, and the mark detecting means has a second reference member (2
The image pickup device (26) is preferably arranged at the bottom of 5).

【００１５】更に、その第２の基準マークのピッチ方向
は、その第２の方向に直交する非走査方向であり、前記
第１の基準マークのピッチ方向は前記第１の方向に直交
する非走査方向であることが好ましい。また、その第２
の基準マークの他の例は、互いに異なる２方向にそれぞ
れ所定ピッチで形成された２次元の格子状パターン（Ｗ
Ｍ４）であり、この場合その第１の基準マークのその投
影光学系（２）を介したその基板ステージ側での像（Ｍ
Ｍ４）は、実質的にその第２の基準マーク（ＷＭ４）の
２つのピッチ方向にそれぞれ前記所定ピッチと異なるピ
ッチで形成された２次元の格子状パターンであり、その
マーク検出手段は、その第２の基準部材（２５）の底部
に配置された２次元の撮像素子（２６）であることが好
ましい。Further, the pitch direction of the second reference mark is a non-scanning direction orthogonal to the second direction, and the pitch direction of the first reference mark is a non-scanning direction orthogonal to the first direction. It is preferably directional. Also, the second
Another example of the reference mark is a two-dimensional grid pattern (W-shaped pattern formed with a predetermined pitch in two different directions).
M4), in which case an image (M) of the first fiducial mark on the side of the substrate stage through the projection optical system (2).
M4) is a two-dimensional lattice-like pattern formed substantially in the two pitch directions of the second reference mark (WM4) at a pitch different from the predetermined pitch, and the mark detecting means has a second pattern. The two-dimensional image pickup device (26) is preferably arranged at the bottom of the second reference member (25).

【００１６】[0016]

【作用】斯かる本発明の走査型露光装置によれば、露光
の合間、例えば走査露光開始迄の時間、又は基板を交換
する間等の待ち時間等に、第１の基準マーク（ＭＭ１）
と第２の基準マーク（ＷＭ１）との２つの基準マークの
間の相対的なずれを測定することによって、投影光学系
（２）の基準マークの間隔方向での投影倍率の変動を瞬
時に検出することができる。この際に、マスクステージ
上に第１の基準部材（９）が常に備えられているため、
計測用の基準マスク等を別途用意する必要がない。According to such a scanning type exposure apparatus of the present invention, the first fiducial mark (MM1) is provided between exposures, for example, during the time until the start of scanning exposure, the waiting time before the substrate is exchanged, or the like.
And the second reference mark (WM1) are measured relative to each other, thereby instantaneously detecting the variation of the projection magnification in the interval direction of the reference marks of the projection optical system (2). can do. At this time, since the first reference member (9) is always provided on the mask stage,
There is no need to separately prepare a reference mask for measurement.

【００１７】また、マーク検出手段が、マスク（１）上
からその第１の基準マーク（ＭＭ１）と、投影光学系
（２）及びマスク（１）を介したその第２の基準マーク
の像（ＷＭ１）との相対的な位置ずれ量を検出する光学
式検出手段（１０，１１）である場合には、ＴＴＲ（ス
ルー・ザ・レチクル）方式で第１の基準マーク（ＭＭ
１）と第２の基準マークの像（ＷＭ１）との相対的な位
置ずれを高精度に測定できる。Further, the mark detecting means detects the image of the first reference mark (MM1) on the mask (1) and the image of the second reference mark () through the projection optical system (2) and the mask (1). In the case of the optical detecting means (10, 11) for detecting the amount of positional deviation relative to the WM1), the first reference mark (MM) by the TTR (through-the-reticle) method.
The relative positional deviation between 1) and the image of the second reference mark (WM1) can be measured with high accuracy.

【００１８】また、第１の基準マークが、１次元の格子
状パターンであり、第２の基準マークの基板ステージ
（１７）上における投影像が、その格子状パターンと僅
かに異なるピッチを有する１次元の格子状パターンであ
る場合には、僅かにピッチの異なる２つの格子によって
できるモアレ縞を撮像素子（２６）により検出するた
め、投影光学系（２）の基準マークの間隔方向での倍率
及びディストーションの変化を非常に高精度に検出する
ことができる。The first fiducial mark is a one-dimensional grid pattern, and the projected image of the second fiducial mark on the substrate stage (17) has a pitch slightly different from that of the grid pattern. In the case of a three-dimensional grid pattern, since the image sensor (26) detects moire fringes formed by two grids having slightly different pitches, the magnification in the interval direction of the reference marks of the projection optical system (2) and Changes in distortion can be detected with extremely high accuracy.

【００１９】更に、第２の基準マークのピッチ方向が、
第２の方向に直交する非走査方向（Ｘ方向）であり、第
１の基準マークのピッチ方向が、第１の方向に直交する
非走査方向（Ｘ方向）である場合には、非走査方向のデ
ィストーションを正確に測定することができる。また、
第１の基準マークが、２次元の格子状パターンであり、
第２の基準マークの基板ステージ（１７）上における投
影像が、その格子状パターンと僅かに異なるピッチを有
する２次元の格子状パターンである場合には、僅かにピ
ッチの異なる２つの格子によってできるモアレ縞を２次
元の撮像素子で検出するため、光軸（ＡＸ）に垂直で且
つ互いに直交する２方向（走査方向及び非走査方向）の
投影倍率及びディストーションの変化を非常に高精度に
検出することができる。Further, the pitch direction of the second reference mark is
The non-scanning direction (X direction) orthogonal to the second direction, and the pitch direction of the first reference mark is the non-scanning direction (X direction) orthogonal to the first direction, the non-scanning direction. The distortion of can be measured accurately. Also,
The first fiducial mark is a two-dimensional grid pattern,
When the projected image of the second fiducial marks on the substrate stage (17) is a two-dimensional grid pattern having a pitch slightly different from that grid pattern, it can be formed by two grids having slightly different pitches. Since the moire fringes are detected by the two-dimensional image sensor, changes in projection magnification and distortion in two directions (scanning direction and non-scanning direction) perpendicular to the optical axis (AX) and orthogonal to each other are detected with extremely high accuracy. be able to.

【００２０】[0020]

【実施例】以下、本発明による走査型露光装置の一実施
例につき、図１〜図６を参照して説明する。本実施例
は、レチクル上のパターンを投影光学系により１／４に
縮小してウエハ上の各ショット領域に走査露光方式で露
光するステップ・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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the scanning type exposure apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In this embodiment, the present invention is applied to a step-and-scan projection exposure apparatus that reduces a pattern on a reticle to 1/4 by a projection optical system and exposes each shot area on a wafer by a scanning exposure method. It is a thing.

【００２１】図１は、本実施例の投影露光装置の概略構
成を示し、この図１において、照明光学系ＥＬから射出
された露光用の照明光ＩＬが、レチクル１に対してほぼ
４５°の傾斜角で配置されたダイクロイックミラー１２
で反射されて、レチクル１上の矩形の照明領域（以下
「スリット状の照明領域」という）ＩＡに照射され、そ
の照明領域ＩＡ内に描画された回路パターンが、投影光
学系２を介してウエハ３の表面に露光される。ここで、
図１において、投影光学系２の光軸ＡＸに平行にＺ軸を
取り、その光軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ
軸、図１の紙面に垂直にＹ軸を取る。FIG. 1 shows a schematic configuration of the projection exposure apparatus of this embodiment. In FIG. 1, the exposure illumination light IL emitted from the illumination optical system EL has an angle of about 45 ° with respect to the reticle 1. Dichroic mirror 12 arranged at a tilt angle
Is irradiated onto a rectangular illumination area (hereinafter referred to as a “slit-shaped illumination area”) IA on the reticle 1, and a circuit pattern drawn in the illumination area IA is transferred to the wafer via the projection optical system 2. 3 surface is exposed. here,
In FIG. 1, the Z axis is taken parallel to the optical axis AX of the projection optical system 2, and X is parallel to the paper surface of FIG. 1 in a plane perpendicular to the optical axis.
Axis, the Y axis is taken perpendicular to the plane of the paper in FIG.

【００２２】また、投影光学系２の投影倍率をβ（β＝
１／４）とすると、上記のレチクル１の回路パターンが
ウエハ３の表面に露光される際に、照明光ＩＬによるス
リット状の照明領域に対して、レチクル１が図１の紙面
に対して前方向（−Ｙ方向）に一定速度ＶR で走査され
るのに同期して、ウエハ３は図１の紙面に対して後方向
（＋Ｙ方向）に一定速度ＶW ＝β・ＶR で走査される。Further, the projection magnification of the projection optical system 2 is β (β =
1/4), when the circuit pattern of the reticle 1 is exposed on the surface of the wafer 3, the reticle 1 moves forward with respect to the sheet surface of FIG. synchronization to be scanned at a constant speed V R in a direction (-Y direction), the wafer 3 is scanned at a constant velocity V W = β · V R in the backward direction (+ Y direction) to the plane of FIG. 1 It

【００２３】図２は、レチクル周辺の構成を示す平面図
であり、図１及び図２を参照してレチクル１の周辺構造
を詳しく説明する。図１において、回路パターンの描か
れたレチクル１は、レチクルベース４上に載置されたレ
チクルステージ５上に真空吸着され、このレチクルステ
ージ５は、投影光学系２の光軸ＡＸに垂直な２次元平面
（ＸＹ平面）内で、Ｘ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方
向）にレチクル１を位置決めする。また、レチクルステ
ージ５は、Ｙ方向（走査方向）に所定の走査速度でレチ
クル１を走査できるようになっている。即ち、レチクル
ステージ５は、レチクル１に描かれたパターンの全ての
領域が照明光ＩＬによるスリット状の照明領域上を通過
できるのに十分なＹ方向の移動ストロークを有してい
る。そして、図２（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれレチクル
ステージ５がレチクルベース４上で＋Ｙ方向の端部及び
−Ｙ方向の端部にある状態を示している。FIG. 2 is a plan view showing the structure around the reticle, and the peripheral structure of the reticle 1 will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. In FIG. 1, a reticle 1 on which a circuit pattern is drawn is vacuum-sucked on a reticle stage 5 placed on a reticle base 4, and this reticle stage 5 is perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system 2. Within the dimensional plane (XY plane), the reticle 1 is positioned in the X direction, the Y direction, and the rotation direction (θ direction). Further, the reticle stage 5 can scan the reticle 1 at a predetermined scanning speed in the Y direction (scanning direction). That is, the reticle stage 5 has a movement stroke in the Y direction that is sufficient to allow the entire area of the pattern drawn on the reticle 1 to pass over the slit-shaped illumination area of the illumination light IL. 2A and 2B show states in which the reticle stage 5 is located on the reticle base 4 at the end in the + Y direction and the end in the −Y direction, respectively.

【００２４】図１及び図２（Ａ）に示すようにレチクル
ステージ５の２次元平面内の位置座標は、レチクルステ
ージ５上の移動鏡６，７，８、及び周辺に配置されたレ
ーザ干渉計ＩRX，ＩRY1 ，ＩRY2 により計測される。レ
チクルステージ５の−Ｘ方向の側面近くに配置されたレ
ーザ干渉計ＩRXと、それに対応してレチクルステージ５
に設けられたＹ方向に長い移動鏡６とによりレチクルス
テージ５のＸ座標値が測定され、レチクルステージ５に
対して＋Ｙ方向に左右対で配置されたレーザ干渉計Ｉ
RY1 ，ＩRY2 と、それに対応してレチクルステージ５の
＋Ｙ方向の端部に設けられたコーナーキューブ型の移動
鏡７，８とによりレチクルステージ５のＹ座標値及び回
転角が測定される。レチクルステージ５の位置はレーザ
干渉計ＩRX，ＩRY1 ，ＩRY2 によって、例えば０．０１
μｍ程度の分解能で常時検出されている。更に、レーザ
干渉計ＩRY1 及びＩRY2 の計測値の差分より、レチクル
ステージ５の回転角が検出される。As shown in FIGS. 1 and 2A, the position coordinates of the reticle stage 5 in the two-dimensional plane are determined by the moving mirrors 6, 7, 8 on the reticle stage 5 and the laser interferometers arranged in the periphery. It is measured by I RX , I RY1 , and I RY2 . The laser interferometer I RX arranged near the side surface of the reticle stage 5 in the −X direction and the reticle stage 5 corresponding thereto
The X-coordinate value of the reticle stage 5 is measured by a movable mirror 6 long in the Y direction provided on the laser interferometer I arranged in a pair in the + Y direction with respect to the reticle stage 5.
The Y coordinate value and the rotation angle of the reticle stage 5 are measured by RY1 and I RY2 and corresponding corner cube type moving mirrors 7 and 8 provided at the + Y direction end of the reticle stage 5. The position of the reticle stage 5 is adjusted by, for example, 0.01 by laser interferometers I RX , I RY1 , and I RY2 .
It is constantly detected with a resolution of about μm. Further, the rotation angle of the reticle stage 5 is detected from the difference between the measured values of the laser interferometers I RY1 and I RY2 .

【００２５】また、図２（Ａ）に示すようにレチクルス
テージ５上のレチクル１の近傍の＋Ｙ方向の端部付近に
は後述する矩形の透過性のガラス基板よりなる第１の基
準プレート９が設けられている。更に、レチクルステー
ジ５の−Ｘ方向及び＋Ｘ方向の端部付近の上部にはそれ
ぞれ、第１の基準プレート９と後述するウエハレベリン
グテーブル１７上の透過性のガラス基板よりなる第２の
基準プレート２５とをＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）
方式で観察する撮像方式の観察光学系１０，１１が配置
されている。この観察光学系１０，１１からのマーク位
置ずれ情報は、主制御系１００に送られ、主制御系１０
０はその位置ずれ情報に基づき投影光学系２の倍率やデ
ィストーションを算出する。なお、主制御系１００は露
光装置全体を統轄的に制御する。Further, as shown in FIG. 2A, a first reference plate 9 made of a rectangular transparent glass substrate, which will be described later, is provided near the end in the + Y direction near the reticle 1 on the reticle stage 5. It is provided. Further, a first reference plate 9 and a second reference plate 25 made of a transparent glass substrate on a wafer leveling table 17, which will be described later, are provided on the upper portions of the reticle stage 5 near the ends in the −X direction and the + X direction, respectively. And TTR (Through the Reticle)
Observation optical systems 10 and 11 of an imaging method for observing in a method are arranged. The mark position deviation information from the observation optical systems 10 and 11 is sent to the main control system 100, and the main control system 10
0 calculates the magnification and distortion of the projection optical system 2 based on the positional deviation information. The main control system 100 controls the entire exposure apparatus in a centralized manner.

【００２６】図３は、本実施例の投影露光装置のウエハ
ステージ周辺の構成を示す平面図である。図１及び図３
によりウエハステージ周辺の構造を詳しく説明する。な
お、ウエハステージは、ウエハホルダ１８、ウエハレベ
リングテーブル１７、ウエハＸステージ１６、及びウエ
ハＹステージス１５を併せた全体のステージを総称する
ものである。FIG. 3 is a plan view showing the structure around the wafer stage of the projection exposure apparatus of this embodiment. 1 and 3
The structure around the wafer stage will be described in detail. It should be noted that the wafer stage is a general term for the entire stage including the wafer holder 18, the wafer leveling table 17, the wafer X stage 16, and the wafer Y stage 15.

【００２７】図１に示すように、ウエハ３はウエハホル
ダ１８上に真空吸着により保持され、ウエハホルダ１８
は、ウエハレベリングテーブル１７上に載置されてい
る。また、ウエハレベリングテーブル１７は、この投影
露光装置で露光される最大のウエハの直径分の長さだけ
Ｘ方向に移動可能なウエハＸステージ１６上に載置さ
れ、ウエハＸステージ１６は、最大のウエハの直径分の
長さだけＹ方向に移動可能なウエハＹステージ１５上に
載置されている。As shown in FIG. 1, the wafer 3 is held on the wafer holder 18 by vacuum suction.
Are mounted on the wafer leveling table 17. Further, the wafer leveling table 17 is placed on the wafer X stage 16 which is movable in the X direction by the length corresponding to the diameter of the largest wafer exposed by this projection exposure apparatus, and the wafer X stage 16 is the largest. The wafer is mounted on a wafer Y stage 15 which is movable in the Y direction by a length corresponding to the diameter of the wafer.

【００２８】ウエハＹステージ１５は、送りねじ２０を
介してモータ１９により駆動され、不図示の装置ベース
に対して相対的にＹ方向に移動する。また、ウエハＹス
テージ１５は、Ｙ方向（走査方向）に所定の走査速度で
ウエハ３を走査できるようになっている。ウエハＸステ
ージ１６は、送りねじ２２を介してモータ２１により駆
動され、ウエハＹステージ１５に対して相対的にＸ方向
に移動する。また、ウエハレベリングテーブル１７は、
不図示の駆動部により、投影光学系２の結像面に対し、
任意方向に傾斜可能で、且つ光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に
微動できる。また、ウエハレベリングテーブル１７は光
軸ＡＸの回りの回転も可能である。The wafer Y stage 15 is driven by a motor 19 via a feed screw 20 and moves in the Y direction relative to an apparatus base (not shown). Further, the wafer Y stage 15 can scan the wafer 3 in the Y direction (scanning direction) at a predetermined scanning speed. The wafer X stage 16 is driven by the motor 21 via the feed screw 22, and moves in the X direction relative to the wafer Y stage 15. Further, the wafer leveling table 17 is
By a drive unit (not shown), with respect to the image plane of the projection optical system 2,
It can be tilted in any direction and can be finely moved in the optical axis AX direction (Z direction). Further, the wafer leveling table 17 can also be rotated around the optical axis AX.

【００２９】更に、図３に示すようにウエハレベリング
テーブル１７の−Ｘ方向の側面中央近くにはレーザ干渉
計ＩWXが配置され、それに対応してウエハレベリングテ
ーブル１７の−Ｘ方向の端部にはレーザ干渉計ＩWXから
の光を反射する移動鏡２３が設けられて、レーザ干渉計
ＩWXによりウエハレベリングテーブル１７のＸ座標値が
測定される。一方、ウエハレベリングテーブル１７のＹ
座標値及び回転角は、ウエハレベリングテーブル１７の
Ｙ方向に左右対で配置されたレーザ干渉計ＩWY 1 ，Ｉ
WY2 と、それに対応してウエハレベリングテーブル１７
のＹ方向の端部に設けられた移動鏡２４とにより測定さ
れる。また、ウエハレベリングテーブル１７上のウエハ
３の周辺近くには後述する矩形のガラス基板よりなる第
２の基準プレート２５が設けられている。Further, as shown in FIG. 3, a laser interferometer I WX is arranged near the center of the side surface of the wafer leveling table 17 in the −X direction, and correspondingly, at the end of the wafer leveling table 17 in the −X direction. the movable mirror 23 is provided for reflecting light from the laser interferometer I WX, X-coordinate value of the wafer leveling table 17 is measured by a laser interferometer I WX. On the other hand, Y on the wafer leveling table 17
The coordinate values and the rotation angles are the laser interferometers I WY 1 and I WY arranged in pairs in the Y direction of the wafer leveling table 17.
WY2 and corresponding wafer leveling table 17
Is measured by the moving mirror 24 provided at the end in the Y direction. A second reference plate 25 made of a rectangular glass substrate described later is provided near the periphery of the wafer 3 on the wafer leveling table 17.

【００３０】更に、図１中には投影光学系２の結像面付
近のウエハ３の露光面に向けて、光軸ＡＸに対して斜め
にピンホール、あるいはスリットパターン等の像を投影
する照射光学系１３と、その投影された像からの反射光
束よりその像を再結像する受光光学系１４とからなる斜
入射方式の焦点位置検出系が設けられている。ウエハ３
の表面のＺ方向の位置は、この焦点位置検出系１３，１
４によって検出され、その検出情報に基づきウエハ３の
表面が投影光学系２の結像面に合致するようにオートフ
ォーカスが行われる。Further, in FIG. 1, irradiation for projecting an image of a pinhole, a slit pattern or the like obliquely with respect to the optical axis AX toward the exposure surface of the wafer 3 near the image plane of the projection optical system 2. An oblique incidence type focus position detection system including an optical system 13 and a light receiving optical system 14 that re-images the image from the reflected light beam from the projected image is provided. Wafer 3
The position in the Z direction of the surface of the
4 and auto-focusing is performed based on the detection information so that the surface of the wafer 3 matches the image plane of the projection optical system 2.

【００３１】次に、図１に示す本実施例のアライメント
光学系ＡＬについて説明する。本例のアライメント光学
系ＡＬは、レチクルマークとウエハマークとの位置ずれ
量を画像処理方式で計測するＦＩＡ（Field Image Alig
nment)方式のアライメント光学系である。図５は、アラ
イメント光学系ＡＬを示す構成図であり、この図５にお
いてアライメント光学系ＡＬは２系統のアライメント観
察系ＡＬ１，ＡＬ２からなり、両者ともＸ及びＹ方向の
位置ずれ量を検出できる。図１の如くアライメント光学
系ＡＬの２系統のアライメント観察系ＡＬ１，ＡＬ２か
ら射出されたそれぞれのアライメント光ＡＢ１，ＡＢ２
は、それぞれダイクロイックミラー１２の異なった領域
を通過してレチクル１のそれぞれ異なった領域を照射
し、更にレチクル１を通過した後、投影光学系２を経て
ウエハ３の表面のそれぞれ異なった領域を照射する。ウ
エハ３の表面に照射されたそれぞれのアライメント光Ａ
Ｂ１，ＡＢ２は、ウエハ３表面で反射し、その反射した
それぞれの反射光束は、再び投影光学系２を経た後、レ
チクル１で反射したそれぞれの反射光束と共にダイクロ
イックミラー１２のそれぞれ異なった領域を通過してア
ライメント光学系ＡＬのそれぞれのアライメント観察系
ＡＬ１，ＡＬ２に戻る。Next, the alignment optical system AL of this embodiment shown in FIG. 1 will be described. The alignment optical system AL of the present example measures the amount of positional deviation between the reticle mark and the wafer mark by an FIA (Field Image Alig).
nment) type alignment optical system. FIG. 5 is a block diagram showing the alignment optical system AL. In FIG. 5, the alignment optical system AL is composed of two alignment observation systems AL1 and AL2, both of which can detect the amount of positional deviation in the X and Y directions. As shown in FIG. 1, respective alignment lights AB1 and AB2 emitted from two alignment observation systems AL1 and AL2 of the alignment optical system AL.
Irradiates different areas of the reticle 1 through different areas of the dichroic mirror 12, and further irradiates different areas of the surface of the wafer 3 through the projection optical system 2 after passing through the reticle 1. To do. Each alignment light A irradiated on the surface of the wafer 3
B <b> 1 and AB <b> 2 are reflected on the surface of the wafer 3, and the respective reflected light beams reflected by the wafer 3 pass through different regions of the dichroic mirror 12 together with the respective reflected light beams reflected by the reticle 1 after passing through the projection optical system 2 again. Then, the process returns to the alignment observation systems AL1 and AL2 of the alignment optical system AL.

【００３２】一方のアライメント観察系ＡＬ１では、図
５の光源２７から射出されたアライメント光ＡＢ１は、
集光レンズ２８、ビームスプリッタ２９、対物レンズ３
０を通過した後、図１のダイクロイックミラー１２を透
過してレチクル１に形成されたレチクルマーク４２及び
ウエハ３上に形成されたウエハマーク４０に照射され
る。そして、レチクルマーク４２及びウエハマーク４０
で反射されたアライメント光は、再び図５の対物レンズ
３０を通り、ビームスプリッタ２９に戻り、ビームスプ
リッタ２９で反射されたアライメント光は結像レンズ３
１を通って２次元ＣＣＤ撮像素子３２で受光される。In one alignment observation system AL1, the alignment light AB1 emitted from the light source 27 of FIG.
Condensing lens 28, beam splitter 29, objective lens 3
After passing 0, it passes through the dichroic mirror 12 of FIG. 1 and is irradiated on the reticle mark 42 formed on the reticle 1 and the wafer mark 40 formed on the wafer 3. Then, the reticle mark 42 and the wafer mark 40
The alignment light reflected by the beam passes through the objective lens 30 of FIG. 5 again and returns to the beam splitter 29. The alignment light reflected by the beam splitter 29 is reflected by the imaging lens 3
The light passes through 1 and is received by the two-dimensional CCD image pickup device 32.

【００３３】他方の、アライメント観察系ＡＬ２でも、
光源３３から射出されたアライメント光ＡＢ２は、集光
レンズ３４、ビームスプリッタ３５、対物レンズ３６を
通過した後、図１のダイクロイックミラー１２を透過し
てレチクル１に形成されたレチクルマーク４３及びウエ
ハ３上に形成されたウエハマーク４１に照射される。そ
して、レチクルマーク４３及びウエハマーク４１で反射
されたアライメント光は、再び図５の対物レンズ３６を
通り、ビームスプリッタ３５で反射された後、結像レン
ズ３７を通って２次元ＣＣＤ撮像素子３８で受光され
る。On the other hand, in the alignment observation system AL2,
The alignment light AB2 emitted from the light source 33 passes through the condensing lens 34, the beam splitter 35, and the objective lens 36, and then passes through the dichroic mirror 12 of FIG. 1, and the reticle mark 43 and the wafer 3 formed on the reticle 1. The wafer mark 41 formed above is irradiated. Then, the alignment light reflected by the reticle mark 43 and the wafer mark 41 passes through the objective lens 36 of FIG. 5 again, is reflected by the beam splitter 35, passes through the imaging lens 37, and then is transmitted by the two-dimensional CCD image pickup device 38. Received light.

【００３４】図６は、２次元ＣＣＤ撮像素子３２及び３
８で撮像された像をＣＲＴディスプレイ３９に表示した
状態を示す。図６において、２次元ＣＣＤ撮像素子３２
により撮像されたレチクルマーク４２及びウエハマーク
４０のそれぞれの像４２Ａ及び４０Ａからなる１組の像
と、２次元ＣＣＤ撮像素子３８により撮像されたレチク
ルマーク４３及びウエハマーク４１のそれぞれの像４３
Ａ及び４１Ａからなる１組の像とが電気的に合成され、
ＣＲＴディスプレイ３９の一つの画面上に映し出されて
いる。この画像を処理することにより、レチクルマーク
４２，４３と対応するウエハマーク４０，４１との位置
ずれ量が検出される。なお、２系統のアライメント観察
系ＡＬ１，ＡＬ２は、そのＸ方向の間隔が可変になって
おり、種々の大きさの露光ショットに対応できるように
なっている。FIG. 6 shows a two-dimensional CCD image pickup device 32 and 3.
8 shows a state in which the image picked up in 8 is displayed on the CRT display 39. In FIG. 6, a two-dimensional CCD image pickup device 32
A set of images 42A and 40A of the reticle mark 42 and the wafer mark 40, respectively, and a respective image 43 of the reticle mark 43 and the wafer mark 41 captured by the two-dimensional CCD image sensor 38.
A set of images consisting of A and 41A is electrically combined,
It is displayed on one screen of the CRT display 39. By processing this image, the amount of positional deviation between the reticle marks 42 and 43 and the corresponding wafer marks 40 and 41 is detected. The two systems of alignment observation systems AL1 and AL2 have variable intervals in the X direction so that they can handle exposure shots of various sizes.

【００３５】次に、レチクルステージ及びウエハステー
ジの位置決め動作、並びに露光動作につき説明する。図
１において、不図示のウエハローダによってウエハホル
ダ１８上に運ばれたウエハ３はそのウエハホルダ１８上
に真空吸着され、不図示の粗アライメント系によって±
数μｍ以下の精度でその位置合わせが行われる。次に、
ウエハ３上でまず最初に露光しようとするショット領域
に付設された第１のウエハマーク４０，４１が、図５の
２系統のアライメント観察系ＡＬ１，ＡＬ２の視野内に
位置決めされる。この際、ウエハ３はレーザ干渉計
ＩWX，ＩWY1 ，ＩWY2 の計測値に基づいてウエハＸステ
ージ１６、ウエハＹステージ１５によって位置決めさ
れ、それと同時に、レチクルステージ５の駆動によりレ
チクル１上の第１のレチクルマーク４２，４３もそれぞ
れ２系統のアライメント観察系ＡＬ１，ＡＬ２の視野内
に位置決めされる。なお、図１では照明領域ＩＡとレチ
クルマーク４２，４３との位置関係は分かり易くするた
めＸ方向にずらしてあるが、実際には図２に示すように
Ｘ方向にはレチクルマーク４２，４３は照明領域ＩＡ内
にある。Next, the positioning operation of the reticle stage and wafer stage, and the exposure operation will be described. In FIG. 1, the wafer 3 carried on the wafer holder 18 by a wafer loader (not shown) is vacuum-sucked on the wafer holder 18, and is moved by a rough alignment system (not shown).
The alignment is performed with an accuracy of several μm or less. next,
First wafer marks 40 and 41 attached to the shot area to be exposed first on the wafer 3 are positioned within the visual fields of the two alignment observation systems AL1 and AL2 in FIG. At this time, the wafer 3 is positioned by the wafer X stage 16 and the wafer Y stage 15 based on the measurement values of the laser interferometers I WX , I WY1 , and I WY2 , and at the same time, the reticle stage 5 is driven to move the first wafer on the reticle 1. The one reticle marks 42 and 43 are also positioned within the visual fields of the two alignment observation systems AL1 and AL2, respectively. 1A and 1B, the positional relationship between the illumination area IA and the reticle marks 42 and 43 is shifted in the X direction for easy understanding, but in reality, as shown in FIG. 2, the reticle marks 42 and 43 are displaced in the X direction. It is within the illumination area IA.

【００３６】次に、アライメント観察系ＡＬ１はレチク
ルマーク４２の位置とウエハマーク４０との位置の相対
的な位置ずれ量（Δｘａ1 ，Δｙａ1 ）を計測し、アラ
イメント観察系ＡＬ２は、レチクルマーク４３の位置と
ウエハマーク４１との位置の相対的な位置ずれ量（Δｘ
ａ2 ，Δｙａ2 ）を計測する。ここで、Δｘａ1 及びΔ
ｘａ2 はそれぞれＸ方向の位置ずれ量を表し、Δｙａ1
及びΔｙａ2 はそれぞれＹ方向の位置ずれ量を表す。そ
して、これらの位置ずれ量Δｘａ1 ，Δｙａ1，Δｘａ2
，Δｙａ2 の値が全て０（又は所定の基準値）になる
ようにレチクルステージ５を微動させる。以上の動作に
より、アライメントが終了する。アライメントが終了後
レチクルステージ５とウエハＹステージ１５とは４：１
の速度比でＹ方向に互いに逆方向に相対的に走査され、
同時に露光光が照射される。それ以降の露光中は、レチ
クル１上の第２のレチクルマーク４２Ａ，４３Ａ、第３
のレチクルマーク４２Ｂ，４３Ｂ、…と対応するウエハ
３上の第２のウエハマーク、第３のウエハマーク、…と
の位置ずれ量がそれぞれ０又は所定の基準値になるよう
にアライメントが継続して行われる。Next, the alignment observation system AL1 measures the relative positional deviation amount (Δxa 1 , Δya 1 ) between the position of the reticle mark 42 and the position of the wafer mark 40, and the alignment observation system AL2 measures the reticle mark 43. Relative position deviation amount (Δx and wafer mark 41 position (Δx
a 2 , Δya 2 ) is measured. Where Δxa 1 and Δ
xa 2 represents the amount of positional deviation in the X direction, and Δya 1
And Δya 2 respectively represent the amount of positional deviation in the Y direction. Then, these positional deviation amounts Δxa 1 , Δya 1 , Δxa 2
, Δya 2 are all 0 (or a predetermined reference value), the reticle stage 5 is finely moved. With the above operation, the alignment is completed. After the alignment is completed, the reticle stage 5 and the wafer Y stage 15 have a 4: 1 ratio.
At a speed ratio of, the Y direction is relatively scanned in the opposite direction,
At the same time, exposure light is emitted. During the subsequent exposure, the second reticle marks 42A and 43A on the reticle 1 and the third reticle mark 42A
Of the reticle marks 42B, 43B, ... Corresponding to the second wafer mark, the third wafer mark ,. Done.

【００３７】次に、本例における投影光学系の倍率等の
検出方法の一例について図２〜図４を参照して説明す
る。図２は、前述の通りレチクルステージ５の周辺の構
成を示すものであるが、図２中、（Ａ）はレチクル１を
照明するスリット状の照明領域ＩＡが走査開始位置にあ
る状態を示し、（Ｂ）は第１の基準マークＭＭ１がスリ
ット状の照明領域ＩＡ下に位置決めされた状態を示して
いる。Next, an example of a method for detecting the magnification of the projection optical system in this example will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows the configuration around the reticle stage 5 as described above. In FIG. 2, (A) shows a state in which the slit-shaped illumination area IA for illuminating the reticle 1 is at the scanning start position, (B) shows a state in which the first reference mark MM1 is positioned below the slit-shaped illumination area IA.

【００３８】図２及び図３において、レチクルステージ
５上の光透過性の第１の基準プレート９上には、その左
右の両端近くに描かれた２つの十字マーク６０ａ，６０
ｂからなる第１の基準パターンＭＭ１が形成されてお
り、また、ウエハレベリングテーブル１７の第２の基準
プレート２５上には、その左右の両端近くに描かれた２
つの十字マーク６１ａ，６１ｂからなる第２の基準パタ
ーンＷＭ１が形成されている。この第２の基準パターン
ＷＭ１は、第１の基準パターンＭＭ１を左右上下に反転
したパターンをほぼ投影光学系２の縮小倍率βで縮小し
た形をもっている。In FIGS. 2 and 3, two cross marks 60a, 60 drawn near the left and right ends of the first reference plate 9 which is transparent to light on the reticle stage 5 are provided.
A first reference pattern MM1 composed of b is formed on the second reference plate 25 of the wafer leveling table 17, and 2 drawn near both left and right ends of the second reference plate 25.
A second reference pattern WM1 including two cross marks 61a and 61b is formed. The second reference pattern WM1 has a shape in which a pattern obtained by inverting the first reference pattern MM1 vertically and horizontally is reduced by the reduction magnification β of the projection optical system 2.

【００３９】なお、第１の基準パターンＭＭ１及び第２
の基準パターンＷＭ１は共に、スリット状の照明領域Ｉ
Ａの中に入る大きさでなければならない。また、図３で
は説明の都合上第２の基準パターンＷＭ１を、投影光学
系２を介してレチクルステージ５上に投影された投影像
の姿で示す。以下、本例に限らず全ての実施例におい
て、第２の基準パターンは、第１の基準パターンをほぼ
投影光学系２の縮小倍率βで縮小した大きさで設計され
ているものとする。また、第１の基準パターン及び第２
の基準パターンの何れか１つのパターンは、図中で投影
光学系２を介してウエハレベリングテーブル１７上又は
レチクルステージ５上に投影された投影像の姿で示され
る。The first reference pattern MM1 and the second reference pattern MM1
Both of the reference patterns WM1 of
It must be large enough to fit in A. Further, in FIG. 3, for convenience of explanation, the second reference pattern WM1 is shown in the form of a projected image projected on the reticle stage 5 via the projection optical system 2. Hereinafter, in all of the embodiments, not limited to this example, it is assumed that the second reference pattern is designed to have a size obtained by reducing the first reference pattern by the reduction ratio β of the projection optical system 2. In addition, the first reference pattern and the second reference pattern
Any one of the reference patterns is shown in the figure as a projected image projected on the wafer leveling table 17 or the reticle stage 5 via the projection optical system 2.

【００４０】先ず、図２（Ｂ）に示すように、レチクル
ステージ５上の第１の基準プレート９が露光光の照明領
域ＩＡの下に位置決めされる。同時にウエハレベリング
テーブル１７上の第２の基準プレート２５も照明領域Ｉ
Ａと共役な露光領域の下に位置決めされる。この位置決
めは、図２において第１の基準プレート９がその照明領
域ＩＡ内に入るようレチクルステージ５を移動させると
共に、第２の基準プレート２５がその露光領域に収まる
ようにウエハＸステージ１６、及びウエハＹステージ１
５を移動させることにより行われる。そして、この第１
の基準プレート９の基準パターンＭＭ１と第２の基準パ
ターンＷＭ１とが観察光学系１０，１１により観察され
る。なお、この第２の基準パターンＷＭ１は、第２の基
準パターンを投影光学系２を介してレチクルステージ５
上に投影した姿を示すものであるが、説明を簡略にする
ため、以上のように省略したものである。以下、投影像
に関する説明には同様の方法を用いる。First, as shown in FIG. 2B, the first reference plate 9 on the reticle stage 5 is positioned below the illumination area IA of the exposure light. At the same time, the second reference plate 25 on the wafer leveling table 17 is also illuminated by the illumination area I.
It is positioned below the exposure area conjugate with A. This positioning moves the reticle stage 5 so that the first reference plate 9 is within its illumination area IA in FIG. 2 and the wafer X stage 16 so that the second reference plate 25 is within its exposure area, and Wafer Y stage 1
5 is moved. And this first
The reference pattern MM1 of the reference plate 9 and the second reference pattern WM1 are observed by the observation optical systems 10 and 11. It should be noted that this second reference pattern WM1 is obtained by applying the second reference pattern to the reticle stage 5 via the projection optical system 2.
Although the figure is shown as projected above, it is omitted as described above to simplify the explanation. Hereinafter, the same method will be used for the description of the projected image.

【００４１】図４は、観察光学系１０，１１により観察
される様子を示す平面図であり、この図４において、第
１の基準プレート９上の第１の基準パターンＭＭ１と第
２の基準プレート２５上の第２の基準パターンＷＭ１の
像とが重なって観察される。破線で示す観察光学系１０
により、第１の基準パターンＭＭ１のマーク６０ａと、
第２の基準パターンＷＭ１のマーク６１ａとが重なって
観察され、やはり破線で示す観察光学系１１により、第
１の基準パターンＭＭ１のマーク６０ｂと、第２の基準
パターンＷＭ１のマーク６１ｂとが重なって観察され
る。観察光学系１０，１１においては、以上の観察され
た結果に基づき第１の基準パターンＭＭ１と第２の基準
パターンＷＭ１のＸ方向との相対的な位置ずれ（Δx1，
Δx2）が検出される。なお、括弧中のΔx1は、第１の基
準パターンＭＭ１のマーク６０ａと第２の基準パターン
ＷＭ１のマーク６１ａとのＸ方向のずれを示し、Δx2は
第１の基準パターンＭＭ１のマーク６０ｂと第２の基準
パターンＷＭ１のマーク６１ｂとのＸ方向のずれを示
す。FIG. 4 is a plan view showing a state of being observed by the observation optical systems 10 and 11. In FIG. 4, the first reference pattern MM1 and the second reference plate MM1 on the first reference plate 9 are shown. The image of the second reference pattern WM1 on 25 is observed in an overlapping manner. Observation optical system 10 indicated by a broken line
Thus, the mark 60a of the first reference pattern MM1 and
The mark 61a of the second reference pattern WM1 is observed to overlap, and the mark 60b of the first reference pattern MM1 and the mark 61b of the second reference pattern WM1 overlap with each other by the observation optical system 11 which is also shown by a broken line. To be observed. In the observation optical systems 10 and 11, based on the above observed results, the relative positional deviation (Δ x1 , of the first reference pattern MM1 and the second reference pattern WM1 from the X direction,
Δ x2 ) is detected. It should be noted that Δ x1 in the parentheses indicates a shift in the X direction between the mark 60a of the first reference pattern MM1 and the mark 61a of the second reference pattern WM1, and Δ x2 is the mark 60b of the first reference pattern MM1. The deviation in the X direction from the mark 61b of the second reference pattern WM1 is shown.

【００４２】そこで、先ず投影露光装置の初期調整時、
即ち投影光学系２の投影倍率の調整終了時点において上
に示す方法で、第１の基準パターンＭＭ１と第２の基準
パターンＷＭ１との各マーク同士のそれぞれの相対的な
位置ずれ（Δx ０1 ，Δx ０ 2 ）が計測され、主制御系
１００によって下記（１）式に基づいて求められる差が
基準倍率誤差Ａ０として不図示のレンズ制御部に記憶さ
れる。Therefore, at the time of initial adjustment of the projection exposure apparatus,
That is, when the projection magnification of the projection optical system 2 is adjusted,
The first reference pattern MM1 and the second reference pattern MM1
The respective relative marks of the pattern WM1 and the marks
Displacement (Δx 01 , Δx 0 2 ) Is measured and the main control system
The difference calculated by the following formula (1) by 100 is
The reference magnification error A0 is stored in the lens control unit (not shown).
Be done.

【００４３】 Ａ０＝Δx ０2 −Δx ０1 （１） 次に、先に説明した露光方法によってウエハを露光する
際、定期的に上記方法によって第１の基準パターンＭＭ
１と第２の基準パターンＷＭ１との相対的な位置ずれ
（Δx1，Δx2）が計測される。このときの投影倍率誤差
Ａは下記（２）式により求められる。[0043] A0 = Δ x 0 2 -Δ x 0 1 (1) Next, when exposing a wafer by the exposure method described earlier, the first reference pattern MM by regularly above method
The relative positional deviation (Δ x1 , Δ x2 ) between the first and second reference patterns WM1 is measured. The projection magnification error A at this time is obtained by the following equation (2).

【００４４】 Ａ＝Δx2−Δx1 （２） この（２）式により求められた値Ａと基準倍率誤差Ａ０
との差、即ち下記（３）式により求められる差ΔＡが投
影光学系２の投影倍率の変動分である。 ΔＡ＝Ａ−Ａ０ （３） 以上の方法によって求められた投影倍率の変動分の情報
は、不図示のレンズ制御部に送られ、投影光学系２の可
動レンズ群の駆動系（不図示）を介して直ちに補正され
る。投影倍率の補正は、本例の方法により適当な待ち時
間を利用して随時行うことができるが、通常は１時間に
１回又は１日に１回程度の割合でキャリブレーションが
行われる。A = Δ x2 −Δ x1 (2) The value A obtained by the equation (2) and the reference magnification error A0
And the difference ΔA obtained by the following equation (3) is the variation of the projection magnification of the projection optical system 2. ΔA = A−A0 (3) Information on the variation of the projection magnification obtained by the above method is sent to a lens control unit (not shown), and a driving system (not shown) of the movable lens group of the projection optical system 2 is set. Will be corrected immediately via. The projection magnification can be corrected at any time by using the appropriate waiting time by the method of this example, but normally, the calibration is performed once per hour or once a day.

【００４５】以上のように本実施例による投影露光装置
では、レチクルステージ５上に設けられた第１の基準パ
ターンとウエハレベリングテーブル１７上に設けられた
第２の基準パターンとを観察光学系１０，１１により重
ね合わせて観察し、それによりＸ方向の相対する２箇所
に生ずるずれの差から投影倍率の変動を簡単に計算する
ことができる。従って、投影倍率の変動を短時間の内に
検出すると同時に投影倍率の補正も迅速に行うことがで
きる。As described above, in the projection exposure apparatus according to the present embodiment, the observation optical system 10 observes the first reference pattern provided on the reticle stage 5 and the second reference pattern provided on the wafer leveling table 17. , 11 for superimposing and observing, and thereby the variation of the projection magnification can be easily calculated from the difference between the shifts occurring at two opposite positions in the X direction. Therefore, the variation of the projection magnification can be detected within a short time, and at the same time, the projection magnification can be corrected quickly.

【００４６】次に、第１の基準プレート上に形成された
第１の基準パターン及び第２の基準プレート上に形成さ
れた第２の基準パターンの他の実施例につき、図７〜図
１０を参照して説明する。なお、図７〜図１０におい
て、図２及び図３に対応する部分には同一符号を付す。
図７は、第１の基準パターン及び第２の基準パターンの
別の実施例を示す平面図であり、図７（Ａ）にレチクル
ステージ上の第１の基準プレート９上に左右対に形成さ
れた２つのＹ方向に長いスリット状のマーク７１ａ，７
１ｂからなる第１の基準パターンＭＭ２を示す。そのス
リット状のマーク７１ａ，７１ｂは、それぞれ狭い間隔
をもつ比較的太い２本の線状パターンからなるマークを
対にして所定の間隔で形成したものである。図７（Ｂ）
は、ウエハステージ上の第２の基準プレート２５上に左
右対に形成された２組のＹ方向に長い３本の線状パター
ンよりなるマーク７２ａ，７２ｂからなる第２の基準パ
ターンＷＭ２を示す。図７（Ｃ）は、観察光学系１０，
１１の視野内（図中破線の円で示す）に両基準パターン
が重なり合った様子を表している。観察光学系１０の視
野内には、第１の基準パターンＭＭ２のマーク７１ａの
中に第２の基準パターンＷＭ２のマーク７２ａが収まっ
た状態が観察される。また、観察光学系１１の視野内に
も、第１の基準パターンＭＭ２のマーク７１ｂと第２の
基準パターンＷＭ２のマーク７２ｂとが上記同様に重な
った姿が観察される。観察光学系１０，１１によりこれ
らの相対的な位置ずれを測定し、それに基づき投影倍率
の誤差の計測及び補正を行う。7 to 10 of another embodiment of the first reference pattern formed on the first reference plate and the second reference pattern formed on the second reference plate. It will be described with reference to FIG. 7 to 10, parts corresponding to those in FIGS. 2 and 3 are designated by the same reference numerals.
FIG. 7 is a plan view showing another embodiment of the first reference pattern and the second reference pattern. In FIG. 7A, the left and right pairs are formed on the first reference plate 9 on the reticle stage. Two slit-shaped marks 71a, 7 long in the Y direction
1b shows a first reference pattern MM2. The slit-shaped marks 71a and 71b are formed at predetermined intervals by forming a pair of relatively thick marks each having a narrow linear pattern. FIG. 7 (B)
Shows a second reference pattern WM2 composed of two sets of three linear patterns 72a and 72b long in the Y direction formed in a pair on the second reference plate 25 on the wafer stage. FIG. 7C shows the observation optical system 10,
11 shows a state in which both reference patterns overlap each other within the field of view 11 (indicated by a broken line circle in the figure). In the field of view of the observation optical system 10, a state in which the mark 72a of the second reference pattern WM2 is contained in the mark 71a of the first reference pattern MM2 is observed. Further, in the field of view of the observation optical system 11, the mark 71b of the first reference pattern MM2 and the mark 72b of the second reference pattern WM2 are overlapped in the same manner as above. The relative displacement of these is measured by the observation optical systems 10 and 11, and the error of the projection magnification is measured and corrected based on the measured displacement.

【００４７】図８は、第１の基準パターン及び第２の基
準パターンの更に別の実施例を示す平面図であり、両方
の基準パターンとして共に１次元の格子パターンを用い
たものである。図８（Ａ）は、第１の基準パターンを示
し、この図８（Ａ）において、レチクルステージ上の第
１の基準プレート９上にはピッチ４Ｐ１の１次元格子が
形成されている。図８（Ｂ）は、第２の基準パターンを
示し、この図８（Ｂ）において、ウエハステージ上の第
２の基準プレート２５上には第１の基準パターンを１／
４に縮小したピッチＰ１とわずかに異なるピッチＰ２の
１次元格子が形成されている。これらピッチの異なる２
つの格子の投影像を重ね、基準プレート２５の底部に配
置された２次元ＣＣＤ等の撮像素子２６により観察する
と、モアレ効果によりピッチが（Ｐ１・Ｐ２）／（Ｐ１
−Ｐ２）のモアレ縞ＬＭ３が現れる。このモアレ縞は、
第１の基準パターンＭＭ３と第２の基準パターンＷＭ３
とが重なって形成された新たなピッチの格子模様であ
る。FIG. 8 is a plan view showing still another embodiment of the first reference pattern and the second reference pattern, and both reference patterns use one-dimensional lattice patterns. FIG. 8A shows a first reference pattern. In FIG. 8A, a one-dimensional grating having a pitch of 4P1 is formed on the first reference plate 9 on the reticle stage. FIG. 8B shows a second reference pattern. In FIG. 8B, the first reference pattern 1 / is placed on the second reference plate 25 on the wafer stage.
A one-dimensional grating having a pitch P2 slightly different from the pitch P1 reduced to 4 is formed. 2 with different pitches
When the projected images of the two gratings are overlapped and observed by the image pickup device 26 such as a two-dimensional CCD arranged at the bottom of the reference plate 25, the pitch is (P1, P2) / (P1) due to the moire effect.
-P2) moire fringes LM3 appear. This moire fringe is
First reference pattern MM3 and second reference pattern WM3
It is a lattice pattern with a new pitch formed by overlapping and.

【００４８】図８（Ｃ）は撮像素子２６により撮像され
るモアレ縞ＬＭ３を示すもので、第１の基準パターンＭ
Ｍ３及び第２の基準パターンＷＭ３の１次元格子のＸ方
向に対する変位をそれぞれΔｔX1及びΔｔX2とすると、
このモアレ縞ＬＭ３は、第１の基準パターンＭＭ３及び
第２の基準パターンＷＭ３の１次元格子のそれぞれの変
位に対し、下記（４）及び（５）式で求められる変位を
することが知られている。FIG. 8C shows the moire fringes LM3 imaged by the image pickup device 26. The first reference pattern M is shown in FIG.
When the displacements of the one-dimensional lattice of M3 and the second reference pattern WM3 in the X direction are Δt X1 and Δt X2 , respectively,
It is known that the moire fringes LM3 are displaced with respect to the respective displacements of the one-dimensional lattices of the first reference pattern MM3 and the second reference pattern WM3 by the following formulas (4) and (5). There is.

【００４９】 ΔＭX1＝ΔｔX1｛Ｐ１／（Ｐ１−Ｐ２）｝ （４） ΔＭX2＝ΔｔX2｛Ｐ２／（Ｐ１−Ｐ２）｝ （５） 但し、ΔＭX1，ΔＭX2は、それぞれ第１の基準パターン
ＭＭ３のＸ方向の変位に対するモアレ縞ＬＭ３のＸ方向
の変位及び第２の基準パターンＷＭ３のＸ方向の変位に
対するモアレ縞ＬＭ３のＸ方向の変位を表す。ΔM X1 = Δt X1 {P1 / (P1-P2)} (4) ΔM X2 = Δt X2 {P2 / (P1-P2)} (5) where ΔM X1 and ΔM X2 are respectively the first The X-direction displacement of the moire fringes LM3 relative to the X-direction displacement of the reference pattern MM3 and the X-direction displacement of the moire fringes LM3 relative to the X-direction displacement of the second reference pattern WM3 are shown.

【００５０】図９は、第１の基準パターンＭＭ３と第２
の基準パターンＷＭ３により生ずるモアレ縞を観察する
撮像素子２６を示し、この撮像素子２６は、ウエハステ
ージ上の第２の基準プレート２５の直下に配置され、上
記モアレ縞の変位を検出する。この場合、やはり初期調
整時にモアレ縞を計測しその初期パターン情報をレンズ
制御部に記憶しておく。その後、必要に応じモアレ縞を
計測し、前記記憶されている初期パターンとの比較によ
り変位量を算出する。この変位量が投影倍率やディスト
ーションの変動分である。FIG. 9 shows the first reference pattern MM3 and the second reference pattern MM3.
The image pickup device 26 for observing the moire fringes generated by the reference pattern WM3 is shown. The image pickup device 26 is arranged immediately below the second reference plate 25 on the wafer stage and detects the displacement of the moire fringes. In this case, the moire fringes are measured during the initial adjustment, and the initial pattern information is stored in the lens controller. After that, the moire fringes are measured as needed, and the displacement amount is calculated by comparison with the stored initial pattern. This amount of displacement is the amount of variation in projection magnification and distortion.

【００５１】図１０は、第１の基準パターン及び第２の
基準パターンの更に別の実施例を示す平面図であり、両
方の基準パターンとして共に２次元の格子を用いたもの
である。図１０（Ａ）は、第１の基準パターンＭＭ４を
示し、この図１０（Ａ）において、第１の基準プレート
９上には縦横共にピッチ４Ｐ３の２次元格子からなる第
１の基準パターンＭＭ４が形成されている。図１０
（Ｂ）は、第２の基準パターンＷＭ４を示し、この図１
０（Ｂ）において、第２の基準プレート２５上には第１
の基準パターンＭＭ４を１／４に縮小した時のピッチＰ
３とわずかに異なる縦横のピッチＰ４の２次元格子から
なる第２の基準パターンＷＭ４が形成されている。FIG. 10 is a plan view showing still another embodiment of the first reference pattern and the second reference pattern, in which two-dimensional gratings are used as both reference patterns. FIG. 10 (A) shows a first reference pattern MM4. In FIG. 10 (A), the first reference pattern MM4 formed of a two-dimensional lattice having a pitch 4P3 in the vertical and horizontal directions is formed on the first reference plate 9. Has been formed. Figure 10
(B) shows the second reference pattern WM4, which is shown in FIG.
At 0 (B), the first reference plate 25 has the first
Pitch P when the reference pattern MM4 of is reduced to 1/4
A second reference pattern WM4 formed of a two-dimensional lattice having a vertical and horizontal pitch P4, which is slightly different from 3, is formed.

【００５２】これらピッチの異なる２つの２次元格子の
投影像を重ね、撮像素子により観察すると、図８の１次
元の格子同様にモアレ効果によりＸ及びＹ方向共にピッ
チが（Ｐ３・Ｐ４）／（Ｐ３−Ｐ４）の２次元のモアレ
縞ＬＭ４が現れる。このモアレ縞は、第１の基準パター
ンＭＭ４と第２の基準パターンＷＭ４とが重なって形成
された新たなピッチの２次元の格子模様である。When the projected images of two two-dimensional gratings having different pitches are overlapped and observed by the image pickup device, the pitch is (P3.P4) / (in both X and Y directions due to the moire effect as in the one-dimensional grating shown in FIG. A two-dimensional moire fringe LM4 of (P3-P4) appears. This moire fringe is a two-dimensional lattice pattern with a new pitch formed by overlapping the first reference pattern MM4 and the second reference pattern WM4.

【００５３】図１０（Ｃ）は撮像素子で観察される２次
元のモアレ縞ＬＭ４を示すもので、第１の基準パターン
ＭＭ４及び第２の基準パターンＷＭ４の２次元格子のＸ
方向に対する変位をそれぞれΔｔX3及びΔｔX4とする
と、このモアレ縞ＬＭ４は、第１の基準パターンＭＭ４
及び第２の基準パターンＷＭ４の２次元格子のそれぞれ
のＸ方向の変位に対し、１次元格子の場合同様に下記
（６）及び（７）式で求められる変位をする。FIG. 10C shows a two-dimensional moiré fringe LM4 observed by the image pickup device, which is the X of the two-dimensional lattice of the first reference pattern MM4 and the second reference pattern WM4.
If the displacements with respect to the directions are Δt X3 and Δt X4 , respectively, this moire fringe LM4 is the first reference pattern MM4.
For each displacement of the two-dimensional lattice of the second reference pattern WM4 in the X direction, the displacement obtained by the following equations (6) and (7) is similarly applied to the one-dimensional lattice.

【００５４】 ΔＭX3＝ΔｔX3｛Ｐ３／（Ｐ３−Ｐ４）｝ （６） ΔＭX4＝ΔｔX4｛Ｐ４／（Ｐ３−Ｐ４）｝ （７） 但し、ΔＭX3，ΔＭX4は、それぞれ第１の基準パターン
ＭＭ４のＸ方向の変位に対するモアレ縞ＬＭ４のＸ方向
の変位及び第２の基準パターンＷＭ４のＸ方向の変位に
対するモアレ縞ＬＭ４のＸ方向の変位を表す。ΔM X3 = Δt X3 {P3 / (P3-P4)} (6) ΔM X4 = Δt X4 {P4 / (P3-P4)} (7) where ΔM X3 and ΔM X4 are respectively the first The X-direction displacement of the moire fringes LM4 with respect to the X-direction displacement of the reference pattern MM4 and the X-direction displacement of the moire fringes LM4 with respect to the X-direction displacement of the second reference pattern WM4 are shown.

【００５５】更に、本例の２次元格子によれば、Ｘ方向
だけでなくＹ方向の変位も検出することができる。第１
の基準パターンＭＭ４及び第２の基準パターンＷＭ４の
２次元格子のＹ方向に対する変位をそれぞれΔｔY3及び
ΔｔY4とすると、このモアレ縞は、第１の基準パターン
ＭＭ４及び第２の基準パターンＷＭ４の２次元格子のそ
れぞれのＹ方向の変位に対し、下記（８）及び（９）式
で求められる変位をする。Further, according to the two-dimensional lattice of this example, not only the X direction but also the Y direction displacement can be detected. First
Assuming that the displacements of the two-dimensional lattices of the reference pattern MM4 and the second reference pattern WM4 in the Y direction are Δt Y3 and Δt Y4 , respectively, the moire fringes are the same as those of the first reference pattern MM4 and the second reference pattern WM4. For each displacement of the dimensional lattice in the Y direction, the displacements obtained by the following equations (8) and (9) are calculated.

【００５６】 ΔＭY3＝ΔｔY3｛Ｐ３／（Ｐ３−Ｐ４）｝ （８） ΔＭY4＝ΔｔY3｛Ｐ４／（Ｐ３−Ｐ４）｝ （９） 但し、ΔＭY3，ΔＭY4は、それぞれ第１の基準パターン
ＭＭ４のＹ方向の変位に対するモアレ縞のＹ方向の変位
及び第２の基準パターンＷＭ４のＹ方向の変位に対する
モアレ縞のＹ方向の変位を表す。ΔM Y3 = Δt Y3 {P3 / (P3-P4)} (8) ΔM Y4 = Δt Y3 {P4 / (P3-P4)} (9) where ΔM Y3 and ΔM Y4 are respectively the first The Y-direction displacement of the moire fringes with respect to the Y-direction displacement of the reference pattern MM4 and the Y-direction displacement of the moire fringes with respect to the Y-direction displacement of the second reference pattern WM4 are shown.

【００５７】この場合も、第２の基準プレート２５の直
下にほぼ長方形の撮像面を有する撮像素子を配置するこ
とにより、上記モアレ縞のＸ及びＹ方向の変位を検出す
ることができる。この場合、やはり初期調整時にモアレ
縞を計測しその初期パターン情報をレンズ制御部に記憶
しておく。そして、必要に応じモアレ縞を計測し、前記
記憶されている初期パターンとの比較により変位量を算
出する。これにより、投影倍率の変動や２次元的なディ
ストーションの変動が検出される。Also in this case, the displacement of the moire fringes in the X and Y directions can be detected by disposing an image pickup device having a substantially rectangular image pickup surface immediately below the second reference plate 25. In this case, the moire fringes are measured during the initial adjustment, and the initial pattern information is stored in the lens controller. Then, the moire fringes are measured as needed, and the displacement amount is calculated by comparison with the stored initial pattern. As a result, a variation in projection magnification and a two-dimensional variation in distortion are detected.

【００５８】この実施例において、Ｘ方向への倍率誤差
と、Ｙ方向（走査方向）への倍率誤差とが異なる場合に
は、先ず投影光学系２のＸ方向へ及びＹ方向への投影倍
率をそれぞれβ（＝１／４）に合わせる。但し、Ｘ方向
とＹ方向とで独立に倍率調整ができないときには、Ｘ方
向を優先的に合わせる。そして、走査露光時にレチクル
１の走査速度に対するウエハ３の走査速度の比をβとす
る。これにより、ウエハ３のショット領域の全面にレチ
クル１のパターン像がＸ方向及びＹ方向にβに縮小され
て投影される。In this embodiment, when the magnification error in the X direction and the magnification error in the Y direction (scanning direction) are different, first the projection magnification of the projection optical system 2 in the X direction and the Y direction is set. Adjust to β (= 1/4) respectively. However, when the magnification cannot be adjusted independently in the X and Y directions, the X direction is preferentially adjusted. Then, the ratio of the scanning speed of the reticle 1 to the scanning speed of the wafer 3 during scanning exposure is β. As a result, the pattern image of the reticle 1 is projected on the entire surface of the shot area of the wafer 3 after being reduced to β in the X and Y directions.

【００５９】なお、上記実施例は、本発明をステップ・
アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用したもの
であるが、本発明はステップ・アンド・スキャン方式の
投影式の走査型露光装置のみならず、スリットスキャン
方式の走査型露光装置にも適用できる。このように本発
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。The above-described embodiment steps the present invention.
Although the present invention is applied to the scanning exposure apparatus of the and scan type, the present invention can be applied not only to the projection type exposure apparatus of the step and scan type, but also to the scanning exposure apparatus of the slit scan type. . As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

【００６０】[0060]

【発明の効果】本発明の投影露光装置によれば、マスク
側（マスクステージ上）と、感光性の基板（ウエハ）側
（基板ステージ上）とにそれぞれ基準部材（基準プレー
ト）を配置し、それら基準部材の上に形成された基準マ
ーク（基準パターン）同士のずれを測定することにより
求めた相対的変動量を基に投影光学系の倍率やディスト
ーション変動を検出するため、従来のように基準マスク
をわざわざローディングする必要がなく、短時間の内に
且つ容易に投影光学系の倍率やディストーション変動を
測定することができる。According to the projection exposure apparatus of the present invention, reference members (reference plates) are arranged on the mask side (on the mask stage) and on the photosensitive substrate (wafer) side (on the substrate stage), respectively. Since the magnification and distortion fluctuation of the projection optical system are detected based on the relative fluctuation amount obtained by measuring the deviation between the reference marks (reference patterns) formed on these reference members, the standard It is not necessary to bother loading the mask, and the magnification and distortion variation of the projection optical system can be easily measured within a short time.

【００６１】また、基準部材はマスクステージ上に固定
したままなので基準部材の位置ずれがなく、従来の基準
マスクを着脱する場合のように誤差が生ずることもな
い。更に、基準マスクのように出し入れすることもな
く、基準部材は安定した状態で保持されるため、経時変
化が極めて少なく高精度に投影倍率等を計測できる利点
がある。Further, since the reference member remains fixed on the mask stage, there is no displacement of the reference member, and there is no error as in the case of attaching and detaching the conventional reference mask. Further, since the reference member is held in a stable state without being taken out and put in unlike the reference mask, there is an advantage that the projection magnification and the like can be measured with high accuracy, with little change over time.

【００６２】また、マーク検出手段が、そのマスク上か
らその第１の基準マークと、投影光学系及びマスクを介
したその第２の基準マークの像との相対的な位置ずれ量
を検出する光学式検出手段である場合には、第１の基準
マークと第２の基準マークの像との相対的な位置ずれ
を、ＴＴＲ方式で高精度に測定できると共に、マーク検
出手段の配置が容易であり、且つ、測定が簡単である。Further, the mark detecting means detects the relative positional deviation between the first reference mark on the mask and the image of the second reference mark through the projection optical system and the mask. In the case of the type detection means, the relative positional deviation between the images of the first reference mark and the second reference mark can be measured with high accuracy by the TTR method, and the mark detection means can be easily arranged. Moreover, the measurement is easy.

【００６３】更に、第１の基準マークが、１次元の格子
状パターンであり、第２の基準マークの基板ステージ上
における投影像が、その格子状パターンと僅かに異なる
ピッチを有する１次元の格子状パターンである場合に
は、僅かにピッチの異なる２つの格子によってできるモ
アレ縞を検出するため、投影光学系の倍率だけでなく、
ディストーションの変化も非常に高精度に検出すること
ができる。Furthermore, the first fiducial mark is a one-dimensional grid pattern, and the projected image of the second fiducial mark on the substrate stage has a one-dimensional grid having a pitch slightly different from that of the grid pattern. In the case of a circular pattern, since moire fringes formed by two gratings having slightly different pitches are detected, not only the magnification of the projection optical system but also the
Changes in distortion can also be detected with extremely high accuracy.

【００６４】また、第２の基準マークのピッチ方向が、
第２の方向に直交する非走査方向（Ｘ方向）であり、第
１の基準マークのピッチ方向が、第１の方向に直交する
非走査方向（Ｘ方向）である場合には、非走査方向の位
置ずれ量を正確に測定することができる。従って非走査
方向の投影倍率及びディストーションの変動を正確に検
出することができる。The pitch direction of the second reference mark is
The non-scanning direction (X direction) orthogonal to the second direction, and the pitch direction of the first reference mark is the non-scanning direction (X direction) orthogonal to the first direction, the non-scanning direction. It is possible to accurately measure the amount of positional deviation of. Therefore, it is possible to accurately detect variations in projection magnification and distortion in the non-scanning direction.

【００６５】更に、第１の基準マークが、２次元の格子
状パターンであり、第２の基準パターンの基板ステージ
上における投影像が、その格子状パターンと僅かに異な
るピッチを有する２次元の格子状パターンである場合に
は、僅かにピッチの異なる２つの格子によってできるモ
アレ縞を２次元の撮像素子で検出するため、光軸に垂直
な１方向だけでなく、互いに直交する走査方向及び非走
査方向への投影倍率及びディストーションの変化を非常
に高精度に検出することができる。Further, the first reference mark is a two-dimensional grid pattern, and the projected image of the second reference pattern on the substrate stage has a two-dimensional grid having a pitch slightly different from that of the grid pattern. In the case of a circular pattern, since the moire fringes formed by two gratings having slightly different pitches are detected by the two-dimensional image sensor, not only one direction perpendicular to the optical axis but also the scanning direction and non-scanning direction orthogonal to each other. It is possible to detect changes in the projection magnification and the distortion in the direction with extremely high accuracy.

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

【図１】本発明による走査型露光装置の一実施例を示す
概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a scanning exposure apparatus according to the present invention.

【図２】（Ａ）はレチクル１を照明するスリット状の照
明領域ＩＡが走査開始位置にある状態のレチクルステー
ジを示す平面図、（Ｂ）は第１の基準マークＭＭ１がス
リット状の照明領域ＩＡ下に位置決めされた状態のレチ
クルステージを示す平面図である。2A is a plan view showing a reticle stage in a state where a slit-shaped illumination area IA for illuminating the reticle 1 is at a scanning start position, and FIG. 2B is an illumination area in which a first reference mark MM1 is slit-shaped. FIG. 6 is a plan view showing the reticle stage positioned under the IA.

【図３】図１のウエハステージを示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing the wafer stage of FIG.

【図４】図２及び図３の基準パターンＭＭ１，ＷＭ１を
図１の観察光学系１０，１１により観察した様子を示す
拡大平面図である。FIG. 4 is an enlarged plan view showing a state in which the reference patterns MM1 and WM1 of FIGS. 2 and 3 are observed by the observation optical systems 10 and 11 of FIG.

【図５】図１のアライメント光学系ＡＬを示す構成図で
ある。5 is a configuration diagram showing an alignment optical system AL of FIG. 1. FIG.

【図６】図１のアライメント光学系によって観察される
レチクルマーク及びウエハマークのＣＲＴディスプレイ
上の像を示す図である。6 is a diagram showing an image on a CRT display of a reticle mark and a wafer mark observed by the alignment optical system of FIG.

【図７】本発明の投影露光装置に使用される第１の基準
パターン及び第２の基準パターンの他の実施例を示す平
面図である。FIG. 7 is a plan view showing another embodiment of the first reference pattern and the second reference pattern used in the projection exposure apparatus of the present invention.

【図８】本発明の投影露光装置に使用される第１の基準
パターン及び第２の基準パターンの別の実施例を示す平
面図である。FIG. 8 is a plan view showing another embodiment of the first reference pattern and the second reference pattern used in the projection exposure apparatus of the present invention.

【図９】図８の第１の基準パターンと第２の基準パター
ンにより生ずるモアレ縞を観察する撮像素子の配置を示
す正面図である。9 is a front view showing an arrangement of image pickup elements for observing moire fringes generated by the first reference pattern and the second reference pattern of FIG. 8. FIG.

【図１０】本発明の投影露光装置に使用される第１の基
準パターン及び第２の基準パターンの更に別の実施例を
示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing still another embodiment of the first reference pattern and the second reference pattern used in the projection exposure apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ レチクル ２ 投影光学系 ３ ウエハ ４ レチクルベース板 ５ レチクルステージ ６，７，８ レチクル側の移動鏡 ９ 第１の基準プレート １０，１１ 観察光学系 １２ ダイクロイックミラー １３ 焦点位置検出系の照射光学系 １４ 焦点位置検出系の受光光学系 １５ ウエハＹステージ １６ ウエハＸステージ １７ ウエハレベリングテーブル １８ ウエハホルダ ２３，２４ ウエハ側の移動鏡 ２５ 第２の基準プレート ２６ 撮像素子 ２７，３３ アライメント用の光源 ３２，３８ ２次元ＣＣＤ撮像素子 ４０，４１ ウエハマーク ４２，４３ レチクルマーク ＡＬ アライメント光学系 ＡＬ１，ＡＬ２ アライメント観察系 ＭＭ１〜ＭＭ４ 第１の基準パターン ＷＭ１〜ＷＭ４ 第２の基準パターン 1 Reticle 2 Projection Optical System 3 Wafer 4 Reticle Base Plate 5 Reticle Stage 6, 7, 8 Reticle-side Moving Mirror 9 First Reference Plate 10, 11 Observation Optical System 12 Dichroic Mirror 13 Irradiation Optical System for Focus Position Detection System 14 Light receiving optical system for focus position detection system 15 Wafer Y stage 16 Wafer X stage 17 Wafer leveling table 18 Wafer holder 23, 24 Wafer side movable mirror 25 Second reference plate 26 Image sensor 27, 33 Light source for alignment 32, 38 2 Dimensional CCD image pickup device 40,41 Wafer mark 42,43 Reticle mark AL Alignment optical system AL1, AL2 Alignment observation system MM1 to MM4 First reference pattern WM1 to WM4 Second reference pattern

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 露光用の照明光で転写用のパターンが形
成されたマスクを照明し、前記マスクのパターンの像を
投影光学系を介して感光性の基板上に投影した状態で、
前記マスクを第１の方向に走査するのと同期して前記基
板を前記第１の方向に対応する第２の方向に走査するこ
とにより、前記マスクのパターンを逐次前記基板上に露
光する走査型露光装置において、 前記マスクを保持して前記マスクを前記第１の方向に移
動させるマスクステージと、 該マスクステージ上に配置され第１の基準マークが形成
された第１の基準部材と、 前記基板を保持して前記基板を前記第２の方向に移動さ
せる基板ステージと、 該基板ステージ上に配置され第２の基準マークが形成さ
れた第２の基準部材と、 前記第１及び第２の基準マークの一方の基準マークと、
該一方の基準マークと異なる他方の基準マークの前記投
影光学系を介した像との前記第１の方向又は第２の方向
に交差する非走査方向での相対的な位置ずれ量を検出す
るマーク検出手段と、を有することを特徴とする走査型
露光装置。1. A mask in which a pattern for transfer is formed is illuminated with illumination light for exposure, and an image of the pattern of the mask is projected onto a photosensitive substrate through a projection optical system,
A scanning type in which a pattern of the mask is sequentially exposed on the substrate by scanning the substrate in a second direction corresponding to the first direction in synchronization with the scanning of the mask in the first direction. In the exposure apparatus, a mask stage that holds the mask and moves the mask in the first direction, a first reference member that is arranged on the mask stage and has a first reference mark, and the substrate. A substrate stage for holding the substrate and moving the substrate in the second direction; a second reference member disposed on the substrate stage and having a second reference mark formed thereon; and the first and second reference members. One of the reference marks, and
A mark for detecting a relative positional deviation amount in a non-scanning direction intersecting the first direction or the second direction with an image of the other reference mark different from the one reference mark through the projection optical system. A scanning exposure apparatus comprising: a detection unit. 【請求項２】 前記マーク検出手段は、前記マスク上か
ら前記第１の基準マークと、前記投影光学系及び前記マ
スクを介した前記第２の基準マークの像との相対的な位
置ずれ量を検出する光学式検出手段であることを特徴と
する請求項１記載の走査型露光装置。2. The mark detecting means calculates a relative positional deviation amount between the first reference mark and the image of the second reference mark through the projection optical system and the mask on the mask. The scanning exposure apparatus according to claim 1, wherein the scanning exposure apparatus is an optical detection unit for detecting. 【請求項３】 前記第２の基準マークは、前記第２の方
向に交差する方向に所定ピッチで形成された１次元の格
子状パターンであり、前記第１の基準マークの前記投影
光学系を介した前記基板ステージ側での像は、実質的に
前記第２の基準マークのピッチ方向に前記所定ピッチと
異なるピッチで形成された１次元の格子状パターンであ
り、 前記マーク検出手段は、前記第２の基準部材の底部に配
置された撮像素子であることを特徴とする請求項１又は
２記載の走査型露光装置。3. The second fiducial mark is a one-dimensional lattice-like pattern formed at a predetermined pitch in a direction intersecting the second direction, and the projection optical system of the first fiducial mark is formed by the projection optical system. The image on the side of the substrate stage through is a one-dimensional lattice-like pattern formed at a pitch different from the predetermined pitch substantially in the pitch direction of the second reference mark, and the mark detecting means is The scanning type exposure apparatus according to claim 1 or 2, wherein the scanning type exposure apparatus is an image pickup element arranged at the bottom of the second reference member. 【請求項４】 前記第２の基準マークのピッチ方向は前
記第２の方向に直交する非走査方向であり、前記第１の
基準マークのピッチ方向は前記第１の方向に直交する非
走査方向であることを特徴とする請求項３記載の走査型
露光装置。4. The pitch direction of the second reference mark is a non-scanning direction orthogonal to the second direction, and the pitch direction of the first reference mark is a non-scanning direction orthogonal to the first direction. 4. The scanning type exposure apparatus according to claim 3, wherein 【請求項５】 前記第２の基準マークは、互いに異なる
２方向にそれぞれ所定ピッチで形成された２次元の格子
状パターンであり、前記第１の基準マークの前記投影光
学系を介した前記基板ステージ側での像は、実質的に前
記第２の基準マークの２つのピッチ方向にそれぞれ前記
所定ピッチと異なるピッチで形成された２次元の格子状
パターンであり、 前記マーク検出手段は、前記第２の基準部材の底部に配
置された２次元の撮像素子であることを特徴とする請求
項１又は２記載の走査型露光装置。5. The substrate according to claim 2, wherein the second reference mark is a two-dimensional lattice-like pattern formed at a predetermined pitch in two different directions, and the first reference mark is provided through the projection optical system. The image on the stage side is a two-dimensional lattice-like pattern formed at a pitch different from the predetermined pitch substantially in the two pitch directions of the second reference mark, and the mark detecting unit is configured to The scanning exposure apparatus according to claim 1 or 2, wherein the scanning exposure apparatus is a two-dimensional image pickup element arranged at the bottom of the reference member (2).
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