JPH0982636A - Projection exposure device and its method - Google Patents

Projection exposure device and its method

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JPH0982636A
JPH0982636A JP8177375A JP17737596A JPH0982636A JP H0982636 A JPH0982636 A JP H0982636A JP 8177375 A JP8177375 A JP 8177375A JP 17737596 A JP17737596 A JP 17737596A JP H0982636 A JPH0982636 A JP H0982636A
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JP
Japan
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tilt amount
target
optical axis
photosensitive substrate
axis direction
Prior art date
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Pending
Application number
JP8177375A
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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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    • 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
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70716Stages

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To secure a high follow-up property to a sensitive substrate having less irregularities, while effecting a stable focusing to a sensitive substrate of high irregularities without breaking the control. SOLUTION: In a judging part 28, whether respective deviations of inclination amounts around X axis and Y axis are within allowance range or not are judged according to θx', θy', z' and θx, θy, z. Next, while the judging part 28 is making an affirmative judgement, high precious focus and levelling control are performed according to the θx, θy, z and θx', θy', z' by a controller 31. On the other hand, while the judging part 28 is making a negative judgement, the focus control is performed according the θx, θy, z and θx', θy', z' while keeping the inclination constant.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置及び
投影露光方法に係り、更に詳しくは合焦機構の制御方法
に特徴を有する投影露光装置及びこの投影露光装置に適
用して好適な投影露光方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus and a projection exposure method, and more particularly to a projection exposure apparatus characterized by a focusing mechanism control method and a projection exposure suitable for application to this projection exposure apparatus. Regarding the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体素子等をフォトリソグ
ラフィ技術を用いて製造する際に、マスク又はレチクル
のパターン像を投影光学系を介して、フォトレジスト等
の感光材料が塗布されたウエハ又はガラス基板等の感光
基板上に露光する投影露光装置が使用されている。一般
に投影露光装置においては、開口数(N.A.)が大きく焦
点深度の浅い投影光学系が使用されるため、微細な回路
パターンを高い解像度で転写するためには、感光基板の
表面を投影光学系の結像面に合わせ込むための機構が必
要である。このため、投影露光装置は感光基板表面を投
影光学系の焦点深度の範囲内に合わせ込むための合焦機
構を備えている。これは、投影光学系の光軸方向(Z方
向)の感光基板表面の位置と傾きを検出するフォーカス
/レベリング検出系と、検出された高さ及び傾きに基づ
いて感光基板表面の位置及び姿勢を調整する調整機構
(以下「ZTステージ」という)から構成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, when a semiconductor device or the like is manufactured by using a photolithography technique, a wafer or glass coated with a photosensitive material such as a photoresist through a projection optical system of a pattern image of a mask or reticle. A projection exposure apparatus that exposes light onto a photosensitive substrate such as a substrate is used. In general, a projection exposure apparatus uses a projection optical system having a large numerical aperture (NA) and a shallow depth of focus. Therefore, in order to transfer a fine circuit pattern at a high resolution, the surface of the photosensitive substrate is not covered by the projection optical system. A mechanism for adjusting to the image plane is required. Therefore, the projection exposure apparatus has a focusing mechanism for bringing the surface of the photosensitive substrate into the range of the depth of focus of the projection optical system. This is a focus / leveling detection system that detects the position and inclination of the photosensitive substrate surface in the optical axis direction (Z direction) of the projection optical system, and the position and orientation of the photosensitive substrate surface based on the detected height and inclination. It is composed of an adjusting mechanism for adjusting (hereinafter referred to as "ZT stage").

【0003】従来は、いわゆるステップ・アンド・リピ
ート方式のステッパが主流であったが、最近では、半導
体素子のチップが大型化する傾向にあり、より大面積の
パターンを感光基板上に投影露光することが要求されて
いる。そこで、レチクルと感光基板とを投影光学系に対
して同期して走査することにより、投影光学系の有効露
光フィールドより広い範囲のショット領域への露光が可
能ないわゆるステップ・アンド・スキャン方式の投影露
光装置が開発されている。レチクルのパターンは照明系
のブラインドにより規定される光によってスリット状の
領域として照明される。この領域を「照明フィールド」
と呼ぶ。一方、感光基板上で照明された領域、すなわち
投影光学系を介して照明フィールドと共役な領域を「露
光フィールド」と呼ぶ。これらの用語に対して、レチク
ルの全体のパターン像が逐次投影される大きな領域を
「露光エリア」と呼ぶ。
Conventionally, a so-called step-and-repeat type stepper has been mainly used, but recently, a chip of a semiconductor element tends to be large, and a pattern having a larger area is projected and exposed on a photosensitive substrate. Is required. Therefore, by scanning the reticle and the photosensitive substrate in synchronization with the projection optical system, a so-called step-and-scan projection that enables exposure to a shot area wider than the effective exposure field of the projection optical system. Exposure equipment has been developed. The pattern of the reticle is illuminated as a slit-shaped area by the light defined by the blind of the illumination system. This area is the "lighting field"
Call. On the other hand, an area illuminated on the photosensitive substrate, that is, an area conjugate with the illumination field via the projection optical system is called an “exposure field”. For these terms, the large area onto which the entire pattern image of the reticle is sequentially projected is called the “exposure area”.

【0004】かかるステップ・アンド・スキャン方式の
投影露光装置では、感光基板表面のある領域を露光する
ためには、この領域を、感光基板とレチクルが互いの位
置関係を同期させながら、露光すべきエネルギー量に見
合った速度で、ほぼ定速で移動する必要がある。このた
め、感光基板が搭載されたステージ(XYステージ)は
露光する領域の手前から助走を開始し、助走中にレチク
ルを載せたステージとの同期がとられ、その後に感光基
板上の露光領域が露光位置に到達した時点で、露光が行
われるという手順がふまれる。合焦動作に関しても、こ
の手順の一部として、助走開始時に合焦位置の探索とそ
の位置への感光基板表面の移動が行われ、その後、移動
する感光基板表面を追従する形で合焦動作が行われる。
この合焦動作は、通常、投影光学系光軸方向(Z方向)
の合焦動作であるフォーカス動作と、X及びY軸回りの
傾斜方向の合焦動作であるいわゆるレベリング動作とを
同時に行い、これにより、感光基板表面の露光フィール
ドと投影光学系の結像面との差がもっとも小さくなるよ
うにする。
In such a step-and-scan projection exposure apparatus, in order to expose a certain area on the surface of the photosensitive substrate, this area should be exposed while the positional relationship between the photosensitive substrate and the reticle is synchronized. It is necessary to move at a constant speed at a speed commensurate with the amount of energy. For this reason, the stage (XY stage) on which the photosensitive substrate is mounted starts running before the area to be exposed and is synchronized with the stage on which the reticle is placed during the running, and then the exposure area on the photosensitive substrate is changed. The procedure includes performing exposure when the exposure position is reached. As for the focusing operation, as part of this procedure, the focusing position is searched and the photosensitive substrate surface is moved to that position at the start of running, and then the focusing operation is performed by following the moving photosensitive substrate surface. Is done.
This focusing operation is usually performed in the optical axis direction of the projection optical system (Z direction).
And the so-called leveling operation, which is the focusing operation in the tilting directions around the X and Y axes, are performed simultaneously, and thereby the exposure field on the surface of the photosensitive substrate and the image plane of the projection optical system are formed. The difference between is minimized.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ステップ・アンド・ス
キャン方式の投影露光装置においては、露光される感光
基板が露光中に移動するので、逐次、投影光学系の結像
面と感光基板表面の露光フィールドとを近づけるように
制御が繰り返される。また、ステッパー等の一括露光方
式の投影露光装置に比べて露光フィールドが狭いため
に、このような制御を行う場合にZTステージの駆動速
度として大きな速度が要求される。
In the step-and-scan projection exposure apparatus, since the photosensitive substrate to be exposed moves during the exposure, the image plane of the projection optical system and the surface of the photosensitive substrate are sequentially exposed. The control is repeated to bring the field closer. Further, since the exposure field is narrower than that of a batch exposure type projection exposure apparatus such as a stepper, when performing such control, a high speed is required as the drive speed of the ZT stage.

【0006】ここで、このZTステージの駆動速度につ
いて、感光基板表面の凹凸の程度が激しい場合、例え
ば、露光フィールドの走査方向の幅を8mmとして、こ
の間での感光基板表面の凹凸の差が0.5μmある場合
を例にとって説明する。この場合、8mm走査される間
に0.5μmの高低差があるのであるから、傾斜角でい
うと0.5μm/8mm=約62μradの傾斜がある
ことになる。ここで、感光基板の走査速度が80mm/
secであるとすると、露光フィールド内を感光基板が
通過する時間は0.1secであるから、62μrad
/0.1sec=620μrad/secの速度でレベ
リング動作を行わなければならないこととなる。レベリ
ングを行うために駆動するZTステージの支点(ピボッ
ト)の等価間隔が、8インチウエハステージでは最大2
50mm程度となるために、ピボット位置でのZ方向の
駆動速度としては250mm×620μrad/sec
=155μm/sec程度になる。一方フォーカス制御
のためのZ方向制御量としては0.5μm/0.1se
c=5μm/sec程度を見込めばよい。このため、レ
ベリングとフォーカス動作における制御量の比は30:
1程度になる。
Here, regarding the driving speed of the ZT stage, when the unevenness of the surface of the photosensitive substrate is severe, for example, the width of the exposure field in the scanning direction is 8 mm, and the difference in the unevenness of the surface of the photosensitive substrate between them is 0. An example will be described for the case of 0.5 μm. In this case, since there is a height difference of 0.5 μm during 8 mm scanning, the inclination angle is 0.5 μm / 8 mm = about 62 μrad. Here, the scanning speed of the photosensitive substrate is 80 mm /
If it is sec, the time required for the photosensitive substrate to pass through the exposure field is 0.1 sec, which is 62 μrad.
The leveling operation must be performed at a speed of /0.1 sec = 620 μrad / sec. The equivalent distance between the fulcrums (pivots) of the ZT stage that is driven to perform leveling is a maximum of 2 for an 8-inch wafer stage.
Since it is about 50 mm, the driving speed in the Z direction at the pivot position is 250 mm × 620 μrad / sec.
= 155 μm / sec. On the other hand, the Z-direction control amount for focus control is 0.5 μm / 0.1 sec.
It is sufficient to allow for c = 5 μm / sec. Therefore, the ratio of the control amounts in the leveling and the focus operation is 30:
It will be about 1.

【0007】この比は速度制御系における速度指令の分
解能と最高速度の関係を一定範囲内に拘束する。アナロ
グ制御の速度制御系に対して速度指令を与えるのに、通
常12ビット(bit)のD/A変換器が用いられるこ
とが多い。この場合、速度指令値の分解能と速度指令値
の最大値の比は1:2048になる。フォーカス検出系
の分解能に対して位置サーボ系のサーボゲインをかけた
値が速度指令値となるように設計するのが通常である。
そのため、フォーカス検出系の分解能を0.01μmと
し、ゲイン10(1/sec)を見込むと、速度指令値
の分解能は0.1μm/secとなり、速度指令の最大
値は約205μm/secとなる。
This ratio restricts the relationship between the resolution of the speed command and the maximum speed in the speed control system within a certain range. A 12-bit D / A converter is usually used to give a speed command to an analog-controlled speed control system. In this case, the ratio between the resolution of the speed command value and the maximum value of the speed command value is 1: 2048. It is usual to design the speed command value to be the value obtained by multiplying the resolution of the focus detection system by the servo gain of the position servo system.
Therefore, when the resolution of the focus detection system is 0.01 μm and the gain of 10 (1 / sec) is considered, the resolution of the speed command value is 0.1 μm / sec, and the maximum value of the speed command is about 205 μm / sec.

【0008】この条件の場合、80μrad(0.64
μm/8mm)を越える凹凸がある感光基板の場合に
は、支点位置でのZ方向駆動速度がリミットに達し、線
形制御を前提としている非干渉化制御が破綻することと
なる。この結果、傾斜方向のみならず、Z方向にも大き
なデフォーカスが発生し、結像を乱す要因となってい
た。
Under this condition, 80 μrad (0.64
In the case of a photosensitive substrate having irregularities exceeding (μm / 8 mm), the Z-direction drive speed at the fulcrum position reaches the limit, and the decoupling control based on the linear control fails. As a result, not only in the tilt direction but also in the Z direction, a large defocus occurs, which is a cause of disturbing the image formation.

【0009】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その目的は、凹凸の少ない感光基板に対しては高い
追従性を確保するとともに、凹凸の程度の激しい感光基
板に対しては制御に破綻をきたすことのない安定な合焦
動作を行うことができる投影露光装置及び投影露光方法
を提供することにある。
The present invention has been made under the above circumstances, and an object thereof is to ensure high followability for a photosensitive substrate having few irregularities and control for a photosensitive substrate having a large degree of irregularities. It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus and a projection exposure method capable of performing a stable focusing operation without causing a failure.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、パターンが形成されたマスク(R)を照明し、当該
マスクのパターンの一部(1)の像を投影光学系(P
L)を介して基板テーブル(10)上に載置された感光
基板(W)上の露光フィールド(6)に投影した状態
で、前記マスク(R)及び前記感光基板(W)を前記投
影光学系(PL)に対して同期して走査する投影露光装
置であって、前記感光基板表面の露光フィールド(6)
内の前記投影光学系(PL)の光軸方向の位置を検出す
る第1の検出手段(7A、7B)と;前記感光基板表面
の前記光軸方向の位置及び前記光軸直交面に対する傾斜
を調整する調整手段(60)と;前記第1の検出手段
(7A、7B)からの検出情報に基づいて、前記感光基
板表面の露光フィールド(6)の前記光軸方向の第1位
置(z)及び前記光軸直交面からの前記露光フィールド
の第1傾斜量(θx 、θy )を算出する演算手段(2
7)と;前記感光基板表面の露光フィールドの前記光軸
方向の目標位置(z')及び目標傾斜量(θx'、θy')
を出力する目標値出力手段(25)と;前記目標値出力
手段(25)からの目標値と前記演算手段(27)の算
出結果とに基づいて、前記目標位置と第1位置との差及
び前記目標傾斜量と前記第1傾斜量との差の少なくとも
一方に基づいて定められる前記調整手段(60)に対す
る制御量の指令値が前記調整手段の制御範囲内にあるか
否かを判定する判定手段(28)と;前記判定手段が肯
定的判定を行っている間は前記目標位置及び目標傾斜量
並びに前記第1位置及び第1傾斜量に基づいて、前記感
光基板表面の露光フィールド(6)が前記投影光学系
(PL)の結像面に一致するように前記調整手段(6
0)を制御し、前記判定手段が否定的判定を行っている
間は前記感光基板(W)表面の傾斜を一定に保ちつつ前
記目標位置と前記第1位置とに基づいて、前記感光基板
表面の露光フィールドの光軸方向の位置が前記投影光学
系の結像面の光軸方向の中心に一致するように前記調整
手段を制御する制御手段(29、31、32)とを有す
る。
According to a first aspect of the present invention, a mask (R) on which a pattern is formed is illuminated and an image of a part (1) of the pattern of the mask is projected by a projection optical system (P).
L), the mask (R) and the photosensitive substrate (W) are projected onto the exposure field (6) on the photosensitive substrate (W) mounted on the substrate table (10). A projection exposure apparatus for scanning in synchronization with a system (PL), the exposure field (6) on the surface of the photosensitive substrate.
First detecting means (7A, 7B) for detecting the position of the projection optical system (PL) in the optical axis direction within the inside; and the position of the surface of the photosensitive substrate in the optical axis direction and the inclination with respect to the optical axis orthogonal plane. Adjusting means (60) for adjusting; a first position (z) of the exposure field (6) on the surface of the photosensitive substrate in the optical axis direction, based on detection information from the first detecting means (7A, 7B). And a calculation means (2) for calculating a first inclination amount (θx, θy) of the exposure field from the plane orthogonal to the optical axis.
7) and; a target position (z ′) and a target tilt amount (θx ′, θy ′) in the optical axis direction of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate.
A target value output means (25) for outputting the difference between the target position and the first position, based on the target value from the target value output means (25) and the calculation result of the calculation means (27). Determination of whether or not the command value of the control amount for the adjusting means (60) determined based on at least one of the difference between the target inclination amount and the first inclination amount is within the control range of the adjusting means Means (28); and an exposure field (6) on the surface of the photosensitive substrate based on the target position and the target tilt amount and the first position and the first tilt amount while the judgment means makes an affirmative judgment. So as to match the image plane of the projection optical system (PL).
0) is controlled, and the inclination of the surface of the photosensitive substrate (W) is kept constant while the determination unit makes a negative determination, the surface of the photosensitive substrate is determined based on the target position and the first position. Control means (29, 31, 32) for controlling the adjusting means so that the position of the exposure field in the optical axis direction coincides with the center of the image plane of the projection optical system in the optical axis direction.

【0011】これによれば、露光のため基板テーブルが
走査されると、第1の検出手段により感光基板表面の露
光フィールド内の例えば3点以上の点の投影光学系の光
軸方向の位置が検出され、演算手段では第1の検出手段
からの検出情報に基づいて例えば最小2乗法により感光
基板表面の露光フィールドの光軸方向の第1位置及び光
軸直交面からの露光フィールドの第1傾斜量を算出す
る。このとき、目標値出力手段では感光基板表面の露光
フィールドの光軸方向の目標位置及び目標傾斜量を出力
している。判定手段では、前記目標値出力手段からの目
標値と前記演算手段の算出結果とに基づいて、目標位置
と第1位置との差及び目標傾斜量と第1位置との差の少
なくとも一方に基づいて定められる調整手段に対する制
御量の指令値が調整手段の制御範囲内にあるか否かを判
定する。ここで、感光基板表面の凹凸が少ない場合に
は、目標位置と第1位置との差及び目標傾斜量と第1傾
斜量との差の少なくとも一方に基づいて定められる調整
手段に対する制御量の指令値が調整手段の制御範囲内と
なる(この場合目標傾斜量と第1傾斜量との差である傾
斜量偏差が許容範囲となる)ので、判定手段では肯定的
判定を行ない、感光基板表面の凹凸の程度が激しい場合
には、調整手段に対する制御量の指令値が調整手段の制
御範囲外となる(この場合傾斜量偏差が許容範囲外とな
る)ので、判定手段では否定的判定を行なうことにな
る。
According to this, when the substrate table is scanned for exposure, the positions of, for example, three or more points in the exposure field on the surface of the photosensitive substrate in the optical axis direction of the projection optical system are detected by the first detecting means. Based on the detection information from the first detecting means, the arithmetic means detects the first position in the optical axis direction of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate and the first inclination of the exposure field from the plane orthogonal to the optical axis based on the detection information from the first detecting means. Calculate the amount. At this time, the target value output means outputs the target position and the target tilt amount in the optical axis direction of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate. The determination means is based on at least one of the difference between the target position and the first position and the difference between the target tilt amount and the first position, based on the target value from the target value output means and the calculation result of the calculation means. It is determined whether or not the command value of the control amount for the adjusting means determined by the above is within the control range of the adjusting means. Here, when the unevenness of the surface of the photosensitive substrate is small, a command of the control amount to the adjusting means determined based on at least one of the difference between the target position and the first position and the difference between the target tilt amount and the first tilt amount. Since the value is within the control range of the adjusting means (in this case, the inclination amount deviation, which is the difference between the target inclination amount and the first inclination amount, is within the allowable range), the determining means makes an affirmative determination to determine the surface of the photosensitive substrate. When the degree of unevenness is severe, the command value of the control amount to the adjusting means is out of the control range of the adjusting means (in this case, the deviation of the tilt amount is out of the allowable range), and therefore the determining means makes a negative determination. become.

【0012】そして、判定手段が肯定的判定を行なって
いる間、即ち、感光基板表面の凹凸が少ない領域が露光
フィールドにある間は、制御手段では目標値出力手段か
らの目標値及び演算手段の算出結果に基づいて感光基板
表面の露光フィールドが投影光学系の結像面に一致する
ように調整手段を制御する。これにより、調整手段によ
って感光基板表面の光軸方向の位置及び光軸方向に対す
る傾斜が調整され、高精度なフォーカス及びレベリング
制御が行なわれる。
Then, while the judgment means makes an affirmative judgment, that is, while the area with less unevenness on the surface of the photosensitive substrate is in the exposure field, the control means controls the target value from the target value output means and the calculation means. Based on the calculation result, the adjusting means is controlled so that the exposure field on the surface of the photosensitive substrate coincides with the image plane of the projection optical system. As a result, the position of the surface of the photosensitive substrate in the optical axis direction and the inclination with respect to the optical axis direction are adjusted by the adjusting means, and highly accurate focus and leveling control is performed.

【0013】この一方、制御手段では判定手段が否定的
判定を行なっている間、即ち感光基板表面の凹凸の程度
が激しい領域が露光フィールドにある間は、制御手段で
は感光基板の傾斜を一定に保ちつつ目標値出力手段から
の感光基板表面の露光フィールドの光軸方向の目標位置
と演算手段で算出された第1位置とに基づいて当該感光
基板表面の露光フィールドの光軸方向の位置が投影光学
系の結像面の光軸方向の中心に一致するように調整手段
を制御する。これにより、調整手段によって感光基板表
面のフォーカス制御が行なわれる。この場合、感光基板
表面の傾斜は一定に維持されているので、制御に破綻を
きたすことのない安定な合焦動作がなされる。
On the other hand, while the determination means of the control means makes a negative determination, that is, while the region of the surface of the photosensitive substrate where the unevenness is severe is in the exposure field, the control means keeps the inclination of the photosensitive substrate constant. While maintaining the target value output means, the position in the optical axis direction of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate is projected based on the target position in the optical axis direction of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate and the first position calculated by the calculating means. The adjusting means is controlled so as to coincide with the center of the image plane of the optical system in the optical axis direction. As a result, the focus control of the surface of the photosensitive substrate is performed by the adjusting means. In this case, since the inclination of the surface of the photosensitive substrate is maintained constant, a stable focusing operation is performed without causing control failure.

【0014】この場合において、請求項2に記載の発明
のように、基板テーブル(10)の光軸と直交する面か
らの第2傾斜量(Θx 、Θy )を検出する第2の検出手
段(21B、22B、23B、30)を更に設け、目標
値出力手段(25)は、判定手段(28)の判定結果が
肯定的判定から否定的判定に転じた場合、第2の検出手
段で検出された第2傾斜量(Θx 、Θy )を制御手段へ
送出するようにしても良い。このようにすれば、制御手
段では判定手段が否定的判定を行なっている間は目標値
出力手段からの傾斜量の目標値に第2の検出手段で検出
された傾斜量が一致するように調整手段(60)を制御
する。これにより感光基板(W)表面の傾斜が一定に保
たれる。
In this case, as in the second aspect of the present invention, the second detecting means (for detecting the second inclination amount (Θx, Θy) from the plane orthogonal to the optical axis of the substrate table (10) ( 21B, 22B, 23B, 30) are further provided, and the target value output means (25) is detected by the second detection means when the determination result of the determination means (28) changes from a positive determination to a negative determination. Alternatively, the second inclination amount (Θx, Θy) may be sent to the control means. With this configuration, the control unit adjusts the inclination amount detected by the second detection unit to match the target value of the inclination amount from the target value output unit while the determination unit makes a negative determination. Control means (60). This keeps the inclination of the surface of the photosensitive substrate (W) constant.

【0015】この場合において、判定手段の判定が否定
的判定から肯定的判定に転じたときには、制御手段及び
第1の検出手段によってフォーカス及びレベリング制御
が開始される。また、判定回路では、第1軸及び第2
軸回りの傾斜量の偏差が共に許容範囲である、第1軸
及び第2軸回りの傾斜量の偏差が共に許容範囲外であ
る、その他、第1軸及び第2軸回りの傾斜量の偏差の
いずれか一方が許容範囲外である、との判定を行うこと
も可能である。
In this case, when the judgment of the judgment means is changed from the negative judgment to the positive judgment, the control means and the first detection means start the focus and leveling control. In the determination circuit, the first axis and the second axis
Both deviations of the tilt amount about the axis are within the allowable range, deviations of the tilt amount about the first axis and the second axis are both outside the allowable range, and other deviations of the tilt amount about the first axis and the second axis. It is also possible to determine that one of the two is outside the allowable range.

【0016】ここで、制御量の指令値としては、請求項
3に記載の発明のように、調整手段(60)に対する速
度指令値を用いても良く、あるいは変位の指令値を用い
ても良い。
Here, as the command value of the control amount, a speed command value for the adjusting means (60) may be used as in the invention of claim 3, or a displacement command value may be used. .

【0017】請求項4に記載の発明は、パターンが形成
されたマスク(R)を照明し、当該マスクのパターンの
一部(1)の像を投影光学系(PL)を介して基板テー
ブル(10)上に載置された感光基板(W)上の露光フ
ィールド(6)に投影した状態で、前記マスク及び前記
感光基板を前記投影光学系に対して同期して走査する投
影露光装置であって、前記感光基板表面の露光フィール
ド(6)内の前記投影光学系の光軸方向の位置を検出す
る第1の検出手段(7A、7B)と;前記感光基板表面
の前記光軸方向の位置及び前記光軸と直交する面からの
傾斜を調整する調整手段(60)と;前記第1の検出手
段(7A、7B)からの検出情報に基づいて、前記感光
基板表面の前記露光フィールド(6)の前記光軸方向の
第1位置(z)及び前記光軸と直交する面からの第1傾
斜量(θx 、θy )を算出する演算手段(27)と;前
記感光基板表面の露光フィールド(6)の前記光軸方向
の目標位置(z' )及び目標傾斜量(θx'、θy')を出
力する目標値出力手段(25)と;前記基板テーブル
(10)の前記光軸と直交する面からの第2傾斜量(Θ
x'、Θy')を検出する第2の検出手段(21B、22
B、23B、30)と;前記目標値出力手段からの目標
値と前記演算手段の算出結果とに基づいて、前記目標位
置と第1位置との差及び前記目標傾斜量と前記第1傾斜
量との差の少なくとも一方に基づいて定められる前記調
整手段(60)に対する制御量の指令値が前記調整手段
の制御範囲内にあるか否かを判定する判定手段(28)
と;前記判定手段の判定結果に応じて、前記目標位置及
び目標傾斜量並びに前記第1位置及び第1傾斜量に基づ
いて前記調整手段(60)を制御する第1制御モード
と、前記感光基板表面の傾斜を一定に保ちつつ前記目標
位置と前記第1位置とに基づいて前記感光基板表面の露
光フィールドの光軸方向の位置が前記投影光学系の結像
面の光軸方向の中心に一致するように前記調整手段を制
御する第2制御モードとを切り換える制御手段(29、
31、32)とを有する。
According to a fourth aspect of the present invention, a mask (R) on which a pattern is formed is illuminated, and an image of a part (1) of the pattern of the mask is projected on a substrate table (PL) via a projection optical system (PL). 10) A projection exposure apparatus which scans the mask and the photosensitive substrate in synchronization with the projection optical system in a state of being projected on an exposure field (6) on a photosensitive substrate (W) placed on the substrate. First detecting means (7A, 7B) for detecting the position of the projection optical system in the optical axis direction within the exposure field (6) of the photosensitive substrate surface; and the position of the photosensitive substrate surface in the optical axis direction. And adjusting means (60) for adjusting the inclination from a plane orthogonal to the optical axis; and the exposure field (6) on the surface of the photosensitive substrate based on the detection information from the first detecting means (7A, 7B). ) The first position (z) in the optical axis direction and Computing means (27) for calculating a first tilt amount (θx, θy) from a plane orthogonal to the optical axis; and a target position (z ′) of the exposure field (6) on the surface of the photosensitive substrate in the optical axis direction. And a target value output means (25) for outputting a target tilt amount (θx ′, θy ′); a second tilt amount (θ) from a surface of the substrate table (10) orthogonal to the optical axis.
x ', Θy') second detection means (21B, 22)
B, 23B, 30); and based on the target value from the target value output means and the calculation result of the calculation means, the difference between the target position and the first position, the target tilt amount, and the first tilt amount. Determination means (28) for determining whether or not the command value of the control amount for the adjusting means (60) determined based on at least one of the difference between and is within the control range of the adjusting means.
A first control mode for controlling the adjusting means (60) based on the target position and the target tilt amount and the first position and the first tilt amount according to the judgment result of the judging means; and the photosensitive substrate. The position in the optical axis direction of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate coincides with the center of the image plane of the projection optical system in the optical axis direction based on the target position and the first position while keeping the surface inclination constant. Control means for switching the second control mode for controlling the adjusting means so that
31 and 32).

【0018】これによれば、露光のため基板テーブルが
走査されると、第1の検出手段により感光基板表面の露
光フィールド内の例えば3点以上の点の投影光学系の光
軸方向の位置が検出され、演算手段では第1の検出手段
からの検出情報に基づいて例えば最小2乗法により感光
基板表面の露光フィールドの光軸方向の第1位置及び光
軸直交面からの露光フィールドの第1傾斜量を算出す
る。このとき、目標値出力手段では感光基板表面の露光
フィールドの光軸方向の目標位置及び目標傾斜量を出力
している。第2の検出手段では基板テーブルの光軸と直
交する面からの第2傾斜量を検出している。判定手段で
は、目標値出力手段からの目標値と演算手段の算出結果
とに基づいて、目標位置と第1位置との差及び目標傾斜
量と第1傾斜量との差の少なくとも一方に基づいて定め
られる調整手段に対する制御量の指令値が調整手段の制
御範囲内にあるか否かを判定する。そして、制御手段で
は、判定手段の判定結果に応じて、目標位置及び目標傾
斜量並びに第1位置及び第1傾斜量に基づいて調整手段
を制御する第1制御モードと、感光基板表面の傾斜を一
定に保ちつつ目標位置と第1位置とに基づいて感光基板
表面の露光フィールドの光軸方向の位置が投影光学系の
結像面の光軸方向の中心に一致するように調整手段を制
御する第2制御モードとを切り換える。
According to this, when the substrate table is scanned for exposure, the positions of, for example, three or more points in the exposure field on the surface of the photosensitive substrate in the optical axis direction of the projection optical system are detected by the first detecting means. Based on the detection information from the first detecting means, the arithmetic means detects the first position in the optical axis direction of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate and the first inclination of the exposure field from the plane orthogonal to the optical axis based on the detection information from the first detecting means. Calculate the amount. At this time, the target value output means outputs the target position and the target tilt amount in the optical axis direction of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate. The second detection means detects the second tilt amount from the plane orthogonal to the optical axis of the substrate table. The determination means, based on the target value from the target value output means and the calculation result of the calculation means, based on at least one of the difference between the target position and the first position and the difference between the target inclination amount and the first inclination amount. It is determined whether or not the command value of the control amount for the determined adjusting means is within the control range of the adjusting means. Then, the control means controls the adjusting means based on the target position and the target inclination amount and the first position and the first inclination amount according to the determination result of the determination means, and the inclination of the photosensitive substrate surface. Based on the target position and the first position while keeping constant, the adjusting means is controlled so that the position of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate in the optical axis direction coincides with the center of the image plane of the projection optical system in the optical axis direction. Switch to the second control mode.

【0019】第1制御モードに切り換えられた場合に
は、調整手段によって感光基板表面の光軸方向の位置及
び光軸方向に対する傾斜が調整され、高精度なフォーカ
ス及びレベリング制御が行なわれる。また、第2制御モ
ード切り換えられた場合には、調整手段によって感光基
板表面のフォーカス制御が行なわれる。この場合、感光
基板の傾斜は一定に維持されているので、制御に破綻を
きたすことのない安定な合焦動作がなされる。
When the control mode is switched to the first control mode, the adjusting means adjusts the position of the surface of the photosensitive substrate in the optical axis direction and the inclination with respect to the optical axis direction, thereby performing highly accurate focus and leveling control. Further, when the second control mode is switched, the focus control of the surface of the photosensitive substrate is performed by the adjusting means. In this case, since the inclination of the photosensitive substrate is kept constant, a stable focusing operation is performed without any failure in control.

【0020】この場合において、請求項5に記載の発明
の如く、第1傾斜量は、感光基板表面の当該感光基板の
走査方向であるX軸方向の第1X傾斜量(θx )及び前
記X軸と直交するY軸方向の第1Y傾斜量(θy )を含
み、第2傾斜量は、基板テーブル(10)のX軸方向の
第2X傾斜量(Θx )及び前記Y軸方向の第2Y傾斜量
(Θy )を含み、目標傾斜量は、X軸方向の目標X傾斜
量(θx')及びY軸方向の目標Y傾斜量(θy')を含ん
でいても良い。また、判定手段(28)は、請求項6に
記載の発明の如く、判定条件として、目標位置(z' )
と第1位置(z)との差、目標X傾斜量(θx')と第1
X傾斜量(θx )との差及び目標Y傾斜量(θy')と第
1Y傾斜量(θy )との差に基づいた調整手段(60)
に対する速度の指令値が第1速度を越えたか否かを判断
する第1条件を有していても良い。この場合には、請求
項7に記載の発明の如く、制御手段(29、31、3
2)は、この第1条件を判断条件として、第1条件を満
たさない場合に第1制御モードに切り換え、第1条件を
満たした場合に第2制御モードに切り換えることができ
る。
In this case, the first tilt amount is the first X tilt amount (θx) in the X-axis direction which is the scanning direction of the photosensitive substrate on the surface of the photosensitive substrate, and the X-axis. Including a first Y-tilt amount (θy) in the Y-axis direction that is orthogonal to the second Y-tilt amount, the second tilt amount is the second X-tilt amount (Θx) in the X-axis direction of the substrate table (10) and the second Y-tilt amount in the Y-axis direction. The target inclination amount may include (Θy) and the target X inclination amount (θx ′) in the X-axis direction and the target Y inclination amount (θy ′) in the Y-axis direction. Further, the determination means (28) has the target position (z ′) as the determination condition, as in the invention described in claim 6.
And the first position (z), the target X tilt amount (θx ') and the first
Adjusting means (60) based on the difference between the X tilt amount (θx) and the difference between the target Y tilt amount (θy ′) and the first Y tilt amount (θy).
It may have a first condition for determining whether or not the speed command value for the speed exceeds the first speed. In this case, the control means (29, 31, 3) as in the invention according to claim 7 is provided.
In 2), using the first condition as a judgment condition, it is possible to switch to the first control mode when the first condition is not satisfied and to switch to the second control mode when the first condition is satisfied.

【0021】また、上記の場合において、請求項8に記
載の発明の如く、判定手段(28)は、判定条件とし
て、目標位置(z' )と第1位置(z)との差及び目標
X傾斜量(θx')と第1X傾斜量(θx )との差に基づ
いた調整手段(60)に対する速度の指令値が第2速度
を越えたか否かを判断する第2条件と、目標位置
(z')と第1位置(z)との差及び目標Y傾斜量(θ
y')と第1Y傾斜量(θy )との差に基づいた調整手段
(60)に対する速度の指令値が第3速度を越えたか否
かを判断する第3条件とを更に有していることが望まし
い。この場合には、第1条件、第2条件及び第3条件を
用いて種々の制御モードの切り換えが可能になる。例え
ば、請求項9に記載の発明の如く、制御手段(29、3
1、32)は、第1、第2条件を満たし且つ第3条件を
満たさない場合に、目標位置、目標X傾斜量及び目標Y
傾斜量並びに第1位置、第2X傾斜量及び第1Y傾斜量
に基づいて、調整手段を制御する第3制御モードに切り
換え、第1条件を満たし且つ第2条件を満たさない場合
に、目標位置、目標X傾斜量及び目標Y傾斜量並びに第
1位置、第1X傾斜量及び第2Y傾斜量に基づいて調整
手段を制御する第4制御モードに切り換えるようにする
ことができる。上記第3制御モードの場合には、調整手
段によって感光基板のX方向の傾斜量を一定に保持した
まま、感光基板表面のフォーカス制御及びY方向のレベ
リング制御が行なわれ、また、上記第4モードの場合に
は、調整手段によって感光基板のY方向の傾斜量を一定
に保持したまま、感光基板表面のフォーカス制御及びX
方向のレベリング制御が行なわれる。これらの場合、X
方向の傾斜量又はY方向の傾斜量が一定に維持されてい
るので、制御に破綻をきたすことがない。
Further, in the above-mentioned case, as in the invention described in claim 8, the judging means (28) sets the difference between the target position (z ') and the first position (z) and the target X as the judgment condition. The second condition for determining whether or not the speed command value for the adjusting means (60) based on the difference between the tilt amount (θx ′) and the first X tilt amount (θx) exceeds the second speed, and the target position ( z ′) and the first position (z) and the target Y tilt amount (θ
y ') and a third condition for judging whether or not the speed command value to the adjusting means (60) based on the difference between the first Y tilt amount (θy) exceeds the third speed. Is desirable. In this case, various control modes can be switched using the first condition, the second condition, and the third condition. For example, as in the invention described in claim 9, the control means (29, 3)
1, 32), if the first and second conditions are satisfied and the third condition is not satisfied, the target position, the target X tilt amount, and the target Y
Based on the tilt amount and the first position, the second X tilt amount, and the first Y tilt amount, switching to the third control mode for controlling the adjusting means, and when the first condition is satisfied and the second condition is not satisfied, the target position, It is possible to switch to the fourth control mode in which the adjusting means is controlled based on the target X tilt amount, the target Y tilt amount, and the first position, the first X tilt amount, and the second Y tilt amount. In the third control mode, the focus control and the leveling control in the Y direction of the surface of the photosensitive substrate are performed while the amount of inclination of the photosensitive substrate in the X direction is kept constant by the adjusting means, and the fourth mode. In the case of, the focus control and the X-direction of the surface of the photosensitive substrate are performed while the tilt amount of the photosensitive substrate in the Y direction is kept constant by the adjusting means.
Directional leveling control is performed. In these cases, X
Since the tilt amount in the direction or the tilt amount in the Y direction is maintained constant, the control does not break down.

【0022】請求項10に記載の発明は、パターンが形
成されたマスク(R)を照明し、当該マスクのパターン
の一部の像(1)を投影光学系(PL)を介して基板テ
ーブル(10)上に載置された感光基板(W)上の所定
の露光フィールド(6)に投影した状態で、前記マスク
及び前記感光基板を前記投影光学系に対して同期して走
査する投影露光装置であって、前記感光基板表面の露光
フィールド内における前記投影光学系の光軸方向の第1
位置(z)及び前記光軸と直交する面からの第1傾斜量
(θx )を検出する第1の検出部(7A、7B、27)
と;前記基板テーブルの前記光軸方向の位置及び前記光
軸と直交する面からの傾斜量を調整する調整手段(6
0)と;前記基板テーブルの前記光軸と直交する面から
の第2傾斜量を検出する第2の検出手段(21B、22
B、23B、30)と;前記感光基板表面の露光フィー
ルド(6)の前記光軸方向の目標位置(z)及び前記光
軸と直交する面からの目標傾斜量(θx'、θy')を出力
する目標値出力手段(25)と;前記第1位置及び第1
傾斜量並びに前記目標位置及び目標傾斜量に基づいて、
前記第1傾斜量(θx 、θy )又は前記第2傾斜量(Θ
x 、Θy )のいずれかを切り換え出力する切換手段(3
2)と;前記第1傾斜量又は前記第2傾斜量のいずれ
か、前記第1位置、前記目標位置及び前記目標傾斜量に
基づいて、前記調整手段を制御する制御手段(29、3
1)とを有する。
According to a tenth aspect of the present invention, a mask (R) on which a pattern is formed is illuminated, and an image (1) of a part of the pattern of the mask is projected through a projection optical system (PL) onto a substrate table (. 10) A projection exposure apparatus that scans the mask and the photosensitive substrate in synchronization with the projection optical system in a state where the mask and the photosensitive substrate are projected onto a predetermined exposure field (6) on the photosensitive substrate (W) mounted on the substrate. In the exposure field on the surface of the photosensitive substrate, the first optical axis direction of the projection optical system.
A first detector (7A, 7B, 27) for detecting a position (z) and a first tilt amount (θx) from a plane orthogonal to the optical axis.
And; adjusting means (6) for adjusting the position of the substrate table in the optical axis direction and the amount of inclination from a plane orthogonal to the optical axis.
0) and; second detection means (21B, 22) for detecting a second tilt amount from the surface of the substrate table orthogonal to the optical axis.
B, 23B, 30); and a target position (z) in the direction of the optical axis of the exposure field (6) on the surface of the photosensitive substrate and a target inclination amount (θx ′, θy ′) from a plane orthogonal to the optical axis. Target value output means (25) for outputting; the first position and the first position
Based on the tilt amount and the target position and the target tilt amount,
The first tilt amount (θx, θy) or the second tilt amount (θ
switching means (3 for switching and outputting either x or Θy)
2) and; control means (29, 3) for controlling the adjusting means based on either the first tilt amount or the second tilt amount, the first position, the target position and the target tilt amount.
1).

【0023】これによれば、露光のため基板テーブルが
走査されると、第1の検出部により感光基板表面の露光
フィールド内における投影光学系の光軸方向の第1位置
及び光軸と直交する面からの第1傾斜量が検出される。
また、第2の検出手段により基板テーブルの光軸と直交
する面からの第2傾斜量が検出される。このとき、目標
値出力手段では感光基板表面の露光フィールドの光軸方
向の目標位置及び目標傾斜量を出力している。切り換え
手段では、前記第1位置及び第1傾斜量並びに前記目標
位置及び目標傾斜量に基づいて、第1傾斜量又は第2傾
斜量のいずれかを切り換え出力する。そして、制御手段
では、第1傾斜量又は第2傾斜量のいずれか、第1位
置、目標位置及び目標傾斜量に基づいて、調整手段を制
御する。
According to this, when the substrate table is scanned for exposure, the first detection unit causes the first detection unit to be orthogonal to the first position in the optical axis direction of the projection optical system in the exposure field on the surface of the photosensitive substrate and the optical axis. The first tilt amount from the surface is detected.
Further, the second detecting means detects the second tilt amount from the plane orthogonal to the optical axis of the substrate table. At this time, the target value output means outputs the target position and the target tilt amount in the optical axis direction of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate. The switching means switches and outputs either the first tilt amount or the second tilt amount based on the first position and the first tilt amount and the target position and the target tilt amount. Then, the control means controls the adjusting means based on either the first tilt amount or the second tilt amount, the first position, the target position and the target tilt amount.

【0024】この場合において、請求項11に記載の発
明のように、第1の検出部は、例えば感光基板表面の露
光フィールド内における光軸方向の位置を求める複数の
センサ(71 〜7n )と、当該複数のセンサからの検出
位置に基づき第1位置及び第1傾斜量を算出する算出部
(27)とを含んで構成することができ、また、第2の
検出手段は、基板テーブル(10)の光軸方向の位置を
求める複数のエンコーダ(21B、22B、23B)
と、エンコーダから基板テーブルの傾斜量を算出する座
標変換部(30)とを含んで構成することができる。
In this case, as in the invention described in claim 11, for example, the first detection unit includes a plurality of sensors (71 to 7n) for obtaining the position in the optical axis direction within the exposure field on the surface of the photosensitive substrate. , A calculation unit (27) that calculates the first position and the first inclination amount based on the detection positions from the plurality of sensors, and the second detection unit is the substrate table (10). ) Multiple encoders (21B, 22B, 23B) for obtaining the position in the optical axis direction
And a coordinate conversion unit (30) that calculates the tilt amount of the substrate table from the encoder.

【0025】上記各発明において、第1の目標値の他
に、第2の目標値(例えばΘx'、Θy')を設定するよう
にしてもよく、この第2の目標値として実際の傾斜量偏
差よりずっと小さな傾斜量偏差に対応する目標値を設定
することも可能であり、かかる場合には、制御に破綻を
きたすことのないレベリング制御も可能となる。なお、
この場合には、傾斜量偏差が許容範囲をどの程度超えた
かに応じて第2の目標値を変えることが望ましい。
In each of the above inventions, a second target value (for example, Θx ', Θy') may be set in addition to the first target value, and the actual amount of inclination is set as the second target value. It is also possible to set a target value that corresponds to a deviation in the amount of inclination that is much smaller than the deviation, and in such a case, leveling control that does not cause a failure in control is also possible. In addition,
In this case, it is desirable to change the second target value according to how much the deviation in inclination exceeds the allowable range.

【0026】請求項12に記載の発明は、パターンが形
成されたマスク(R)を照明し、当該マスクのパターン
の一部(1)の像を投影光学系を介して基板テーブル上
に載置された感光基板(W)上の露光フィールド(6)
に投影した状態で、前記マスク及び前記感光基板を前記
投影光学系(PL)に対して同期して走査する投影露光
方法であって、前記感光基板表面の露光フィールドの前
記光軸方向の目標位置(z' )及び目標傾斜量(θx'、
θy')を出力する第1工程と;前記感光基板表面の露光
フィールド(6)内の前記投影光学系の光軸方向の位置
を検出する第2工程と;前記第2工程で検出した結果に
基づいて、前記感光基板表面の露光フィールドの前記光
軸方向の第1位置(z)及び前記光軸直交面からの前記
露光フィールドの第1傾斜量(θx、θy)を算出する第
3工程と;前記目標位置と第1位置との差及び目標傾斜
量と第1傾斜量との差の少なくとも一方に基づいて定ま
る、前記感光基板の光軸方向位置及び前記光軸直交面か
らの傾斜の制御量が所定の制御範囲内にあるか否かを判
定する第4工程と;肯定的判定ならば前記目標位置及び
目標傾斜量並びに前記第1位置及び第1傾斜量に基づい
て、前記感光基板表面の露光フィールドが前記投影光学
系の結像面に一致するように前記感光基板の位置・姿勢
を制御し、否定的判定ならば前記感光基板表面の傾斜を
一定に保ちつつ前記目標位置と前記第1位置とに基づい
て、当該露光フィールドの光軸方向の位置が前記投影光
学系の結像面の光軸方向の中心に一致するように前記感
光基板の位置を制御する第5工程とを含む。
According to a twelfth aspect of the present invention, a mask (R) having a pattern formed thereon is illuminated, and an image of a part (1) of the pattern of the mask is placed on a substrate table via a projection optical system. Exposure field (6) on the exposed photosensitive substrate (W)
A projection exposure method for scanning the mask and the photosensitive substrate in synchronization with the projection optical system (PL) in a state of being projected onto a target surface, the target position in the optical axis direction of an exposure field on the surface of the photosensitive substrate. (Z ') and the target tilt amount (θx',
a first step of outputting θy ′); a second step of detecting the position of the projection optical system in the optical axis direction within the exposure field (6) on the surface of the photosensitive substrate; and a result detected in the second step. And a third step of calculating a first position (z) of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate in the optical axis direction and a first tilt amount (θx, θy) of the exposure field from the plane orthogonal to the optical axis, Controlling the position of the photosensitive substrate in the optical axis direction and the inclination from the plane orthogonal to the optical axis, which is determined based on at least one of the difference between the target position and the first position and the difference between the target inclination amount and the first inclination amount. A fourth step of determining whether or not the amount is within a predetermined control range; if the determination is affirmative, the photosensitive substrate surface is based on the target position and the target tilt amount and the first position and the first tilt amount. Exposure field coincides with the image plane of the projection optics The position / orientation of the photosensitive substrate is controlled as described above, and if a negative determination is made, based on the target position and the first position while keeping the inclination of the surface of the photosensitive substrate constant, the direction of the optical axis of the exposure field is changed. A fifth step of controlling the position of the photosensitive substrate so that the position coincides with the center of the image plane of the projection optical system in the optical axis direction.

【0027】これによれば、感光基板表面の露光フィー
ルドの光軸方向の目標位置及び目標傾斜量が出力され、
また感光基板表面の露光フィールド内の投影光学系の光
軸方向の位置が検出される。次に、検出した結果に基づ
いて、感光基板表面の露光フィールドの光軸方向の第1
位置及び光軸直交面からの露光フィールドの第1傾斜量
が算出される。次いで、目標位置と第1位置との差及び
目標傾斜量と第1傾斜量との差に基づいて定まる、感光
基板の光軸方向位置及び光軸直交面からの傾斜の制御量
が所定の制御範囲内にあるか否かが判定される。
According to this, the target position and the target tilt amount in the optical axis direction of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate are output,
Further, the position of the projection optical system in the optical axis direction within the exposure field on the surface of the photosensitive substrate is detected. Next, based on the detected result, the first field in the optical axis direction of the exposure field on the photosensitive substrate surface is
The first tilt amount of the exposure field from the position and the plane orthogonal to the optical axis is calculated. Then, the control amount of the position of the photosensitive substrate in the optical axis direction and the inclination from the plane orthogonal to the optical axis, which is determined based on the difference between the target position and the first position and the difference between the target inclination amount and the first inclination amount, is predetermined. It is determined whether it is within the range.

【0028】ここで、感光基板表面の凹凸が少ない場合
には、目標位置と第1位置との差及び目標傾斜量と第1
傾斜量との差の少なくとも一方に基づいて定まる、感光
基板の光軸方向位置及び光軸直交面からの傾斜の制御量
が制御範囲内となる(この場合目標傾斜量と第1傾斜量
との差である傾斜量偏差が許容範囲となる)ので、肯定
的判定がなされ、感光基板表面の凹凸の程度が激しい場
合には、制御量が制御範囲外となる(この場合傾斜量偏
差が許容範囲外となる)ので、否定的判定が行われる。
Here, when the unevenness of the surface of the photosensitive substrate is small, the difference between the target position and the first position and the target tilt amount and the first position.
The control amount of the tilt from the optical axis direction position of the photosensitive substrate and the optical axis orthogonal plane, which is determined based on at least one of the differences from the tilt amount, falls within the control range (in this case, the target tilt amount and the first tilt amount). The inclination amount deviation, which is the difference, is within the allowable range), so if a positive determination is made and the degree of unevenness on the surface of the photosensitive substrate is severe, the control amount is outside the control range (in this case, the inclination amount deviation is within the allowable range). Outside), so a negative decision is made.

【0029】そして、肯定的判定ならば目標位置及び目
標傾斜量並びに第1位置及び第1傾斜量に基づいて、感
光基板表面の露光フィールドが投影光学系の結像面に一
致するように感光基板の位置・姿勢が制御される。これ
により、高精度なフォーカス及びレベリング制御が行な
われる。一方、否定的判定ならば感光基板表面の傾斜を
一定に保ちつつ目標位置と第1位置とに基づいて、当該
露光フィールドの光軸方向の位置が投影光学系の結像面
の光軸方向の中心に一致するように感光基板の位置を制
御する。これにより、感光基板表面のフォーカス制御が
行なわれる。この場合、感光基板表面の傾斜は一定に維
持されているので、制御に破綻をきたすことのない安定
な合焦動作がなされる。
Then, if the determination is affirmative, based on the target position and the target tilt amount and the first position and the first tilt amount, the exposure field on the surface of the photosensitive substrate coincides with the image plane of the projection optical system. The position and orientation of is controlled. As a result, highly accurate focus and leveling control is performed. On the other hand, if the determination is negative, the position of the exposure field in the optical axis direction is the optical axis direction of the projection optical system based on the target position and the first position while keeping the inclination of the photosensitive substrate surface constant. The position of the photosensitive substrate is controlled so as to coincide with the center. As a result, focus control of the surface of the photosensitive substrate is performed. In this case, since the inclination of the surface of the photosensitive substrate is maintained constant, a stable focusing operation is performed without causing control failure.

【0030】請求項13に記載の発明は、請求項12に
記載の投影露光方法において、前記基板テーブル(1
0)の前記光軸直交面からの第2傾斜量(Θx 、Θy )
を検出する第6工程を更に含み、前記第4工程における
判定結果が肯定的判定から否定的判定に転じた場合、前
記第5工程において、前記第2傾斜量に基づいて前記感
光基板の姿勢を一定に保つことを特徴とする。これによ
れば、傾斜量の目標値に第2傾斜量が一致するような制
御が行われ、感光基板表面の傾斜が一定に保たれる。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the projection exposure method according to the twelfth aspect, the substrate table (1
0) second tilt amount (Θx, Θy) from the plane orthogonal to the optical axis
Further including a sixth step of detecting, when the determination result in the fourth step is changed from a positive determination to a negative determination, in the fifth step, the attitude of the photosensitive substrate is determined based on the second tilt amount. It is characterized by keeping it constant. According to this, control is performed so that the second tilt amount matches the target value of the tilt amount, and the tilt of the surface of the photosensitive substrate is kept constant.

【0031】ここで、上記制御量としては、請求項14
に記載の発明のように、感光基板の位置・姿勢の少なく
とも一方を制御するための速度指令値を用いてもよく、
あるいは変位の指令値を用いても良い。
Here, as the control amount, the control amount according to claim 14 is used.
As in the invention described in (1), a speed command value for controlling at least one of the position and orientation of the photosensitive substrate may be used,
Alternatively, a displacement command value may be used.

【0032】請求項15に記載の発明は、パターンが形
成されたマスク(R)を照明し、該マスクのパターンの
一部の像(1)を投影光学系(PL)を介して基板テー
ブル(10)上に載置された感光基板(W)上の所定の
露光フィールド(6)に投影した状態で、前記マスク及
び前記感光基板を前記投影光学系に対して同期して走査
する投影露光方法であって、前記感光基板表面の露光フ
ィールドの前記光軸方向の目標位置(z' )及び前記光
軸と直交する面からの目標傾斜量(θx'、θy')を出力
する第1工程と;前記感光基板表面の露光フィールド
(6)内における前記投影光学系の光軸方向の第1位置
(z)及び前記光軸と直交する面からの第1傾斜量(θ
x、θy)を検出する第2工程と;前記基板テーブル(1
0)の前記光軸と直交する面からの第2傾斜量(Θx、
Θy)を検出する第3工程と;前記第1位置及び第1傾
斜量並びに前記目標位置及び目標傾斜量に基づいて、前
記基板テーブルの姿勢を制御するために前記第1傾斜量
又は前記第2傾斜量のいずれかを切り換え出力する第4
工程と;前記基板テーブルの前記光軸方向の位置及び前
記光軸と直交する面からの傾斜量を、前記第4工程で出
力された第1傾斜量又は第2傾斜量、前記目標位置、前
記目標傾斜量及び前記第1位置及びに基づいて制御する
第5工程とを含む。
In a fifteenth aspect of the present invention, a mask (R) on which a pattern is formed is illuminated, and an image (1) of a part of the pattern of the mask is projected through a projection optical system (PL) onto a substrate table (PL). 10) A projection exposure method for scanning the mask and the photosensitive substrate in synchronization with the projection optical system in a state where they are projected onto a predetermined exposure field (6) on the photosensitive substrate (W) placed on A first step of outputting a target position (z ′) in the optical axis direction of an exposure field on the surface of the photosensitive substrate and a target inclination amount (θx ′, θy ′) from a plane orthogonal to the optical axis; A first position (z) in the optical axis direction of the projection optical system within an exposure field (6) on the surface of the photosensitive substrate and a first tilt amount (θ from a plane orthogonal to the optical axis).
a second step of detecting (x, θy); the substrate table (1
0) the second tilt amount (Θx, from the plane orthogonal to the optical axis)
Θy) is detected in a third step; the first tilt amount or the second tilt amount for controlling the attitude of the substrate table based on the first position and the first tilt amount and the target position and the target tilt amount. The fourth which switches and outputs one of the tilt amounts
Steps; the first tilt amount or the second tilt amount output in the fourth step, the target position, and the position of the substrate table in the optical axis direction and the tilt amount from a plane orthogonal to the optical axis. And a fifth step of controlling based on the target tilt amount and the first position.

【0033】これによれば、第1工程において、感光基
板表面の露光フィールドの光軸方向の目標位置及び光軸
と直交する面からの目標傾斜量が出力される。また、第
2工程において、感光基板表面の露光フィールド内にお
ける投影光学系の光軸方向の第1位置及び光軸と直交す
る面からの第1傾斜量が検出され、第3工程において、
基板テーブルの光軸と直交する面からの第2傾斜量が検
出される。第4工程では、第1位置及び第1傾斜量並び
に目標位置及び目標傾斜量に基づいて、基板テーブルの
姿勢を制御するために第1傾斜量又は第2傾斜量のいず
れかを切り換え出力する。そして、第5工程では、基板
テーブルの光軸方向の位置及び光軸と直交する面からの
傾斜量が、第4工程で出力された第1傾斜量又は第2傾
斜量、目標位置、目標傾斜量及び第1位置に基づいて制
御される。
According to this, in the first step, the target position in the optical axis direction of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate and the target tilt amount from the plane orthogonal to the optical axis are output. Further, in the second step, the first position in the optical axis direction of the projection optical system in the exposure field on the surface of the photosensitive substrate and the first tilt amount from the plane orthogonal to the optical axis are detected, and in the third step,
The second tilt amount from the plane orthogonal to the optical axis of the substrate table is detected. In the fourth step, either the first tilt amount or the second tilt amount is switched and output for controlling the attitude of the substrate table based on the first position and the first tilt amount and the target position and the target tilt amount. Then, in the fifth step, the position of the substrate table in the optical axis direction and the tilt amount from the plane orthogonal to the optical axis are the first tilt amount or the second tilt amount output in the fourth step, the target position, and the target tilt. It is controlled based on the quantity and the first position.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図1
ないし図7に基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
7 will be described with reference to FIG.

【0035】図1には、一実施形態に係るステップ・ア
ンド・スキャン方式の投影露光装置の構成が概略的に示
されている。
FIG. 1 schematically shows the structure of a step-and-scan type projection exposure apparatus according to an embodiment.

【0036】図1において、マスクとしてのレチクルR
は、レチクルホルダ2を介してレチクルステージ3上に
載置されている。このレチクルステージ3はレチクルス
テージ駆動部14によって、レチクルステージガイド4
の案内面に沿って走査方向(図1におけるX方向)に駆
動されるようになっている。また、このレチクルステー
ジ3上の走査方向の一端には、移動鏡5が紙面直交方向
(Y方向)に延設されている。この移動鏡5に対向し
て、当該移動鏡5にレーザ光を照射すると共にその反射
光を受光してレチクルステージ3の位置を計測するレチ
クル干渉計13が配置されている。レチクル干渉計13
の計測値は主制御系20に入力されており、主制御系2
0はこのレチクル干渉計13の計測値に基づいてレチク
ルステージ駆動部14を介してレチクルステージ3の位
置及び速度を制御している。
In FIG. 1, reticle R as a mask
Are placed on the reticle stage 3 via the reticle holder 2. This reticle stage 3 is moved by the reticle stage drive unit 14 to make the reticle stage guide 4
It is adapted to be driven in the scanning direction (X direction in FIG. 1) along the guide surface. A movable mirror 5 is provided at one end of the reticle stage 3 in the scanning direction so as to extend in the direction orthogonal to the paper surface (Y direction). A reticle interferometer 13 is arranged facing the moving mirror 5 to irradiate the moving mirror 5 with laser light and receive the reflected light to measure the position of the reticle stage 3. Reticle interferometer 13
The measured value of is input to the main control system 20,
Reference numeral 0 controls the position and speed of the reticle stage 3 via the reticle stage drive section 14 based on the measurement value of the reticle interferometer 13.

【0037】また、レチクルステージ3上には、Y方向
のずれ量を検出するためX方向に延びた移動鏡(図示省
略)が設けられ、この移動鏡に対向してレチクル干渉計
(図示省略)が設けられている。
A moving mirror (not shown) extending in the X direction is provided on the reticle stage 3 in order to detect a deviation amount in the Y direction, and a reticle interferometer (not shown) faces the moving mirror. Is provided.

【0038】前記レチクルR上の照明フィールド1は図
示しない照明光学系からの照明光により、ほぼ均一に照
明されており、投影光学系PLを介して、その投影像が
感光基板としてのウエハW上の露光フィールド6に形成
される。
The illumination field 1 on the reticle R is substantially uniformly illuminated by illumination light from an illumination optical system (not shown), and the projected image is projected on the wafer W as a photosensitive substrate via the projection optical system PL. Is formed in the exposure field 6 of.

【0039】ウエハWは、図示しないバキュームチャッ
クによってウエハホルダ8上に吸着保持されている。ウ
エハホルダ8は、基板テーブル10上に載置されてい
る。この基板テーブル10は、図2に示されるように、
3つのZ位置駆動部21、22、23にてXYステージ
11上に3点で支持されている。これらのZ位置駆動部
21、22、23は、基板テーブル10下面のそれぞれ
のZ位置駆動部の支持点を投影光学系PLの光軸方向
(Z方向)に駆動するアクチュエータ21A、22A、
23Aと、各Z位置駆動部のZ方向位置を検出するエン
コーダ21B、22B、23Bとを含んで構成されてい
る(図5参照)。
The wafer W is suction-held on the wafer holder 8 by a vacuum chuck (not shown). The wafer holder 8 is placed on the substrate table 10. The substrate table 10 is, as shown in FIG.
It is supported on the XY stage 11 at three points by the three Z position driving units 21, 22, and 23. These Z position driving units 21, 22, 23 are actuators 21A, 22A for driving the supporting points of the respective Z position driving units on the lower surface of the substrate table 10 in the optical axis direction (Z direction) of the projection optical system PL.
23A and encoders 21B, 22B, and 23B that detect the Z-direction position of each Z-position drive unit (see FIG. 5).

【0040】ここで、Z位置駆動部21、22、23の
構成について詳述する。図6には、Z位置駆動部21の
一構成例の縦断面図が示されており、この図6におい
て、アクチュエータ21Aは、駆動機構ハウジング4
0、送りねじ41、カップリング44、ナット39、支
柱38、スライダー35、楔部材36A、回転体36B
及び直線ガイド37等を備えている。
Here, the structure of the Z position drive units 21, 22, and 23 will be described in detail. FIG. 6 shows a vertical cross-sectional view of one configuration example of the Z position drive unit 21, and in this FIG. 6, the actuator 21A is the drive mechanism housing 4
0, feed screw 41, coupling 44, nut 39, column 38, slider 35, wedge member 36A, rotating body 36B
And a linear guide 37 and the like.

【0041】これを更に詳述すると、駆動ハウジング4
0は、図6では図示を省略したが、実際には図1のXY
ステージ11上に固定されている。この駆動機構ハウジ
ング40の内部には、送りねじ41が水平方向(図6に
おける紙面左右方向)に沿って配設されるとともに、駆
動機構ハウジング40によってその両端が軸支されてい
る。この送りねじ41の一端(図6における右端)には
カップリング44を介してロータリモータ45が接続さ
れている。また、送りねじ41の中央部外周には、ねじ
部が形成され、このねじ部に支柱38の下端に固定され
たナット39が螺合している。支柱38の上端部には、
スライダー35が固定され、このスライダー35の上部
には楔部材36Aが固着されている。この楔部材36A
上面の斜面部には、図1の基板テーブル10に図6にお
ける紙面直交方向の軸回りの回転のみが許容され、その
他の方向の移動が拘束された状態で取り付けられた回転
体36Bが当接している。また、スライダー35は、送
りねじ41と平行に延びる直線ガイド37に沿って移動
可能となっている。
This will be described in more detail. The drive housing 4
0 is not shown in FIG. 6, but is actually XY in FIG.
It is fixed on the stage 11. Inside the drive mechanism housing 40, a feed screw 41 is arranged in the horizontal direction (left and right direction of the paper surface in FIG. 6), and both ends thereof are pivotally supported by the drive mechanism housing 40. A rotary motor 45 is connected to one end (the right end in FIG. 6) of the feed screw 41 via a coupling 44. Further, a screw portion is formed on the outer periphery of the central portion of the feed screw 41, and a nut 39 fixed to the lower end of the column 38 is screwed into the screw portion. At the upper end of the column 38,
The slider 35 is fixed, and a wedge member 36A is fixed to the upper portion of the slider 35. This wedge member 36A
The rotating member 36B attached to the substrate table 10 of FIG. 1 in a state where only rotation about the axis in the direction orthogonal to the paper surface of FIG. ing. Further, the slider 35 is movable along a linear guide 37 extending in parallel with the feed screw 41.

【0042】送りねじ41の他端(図6における左端)
にはカップリング42を介してアクチエータ21Aとと
もにZ位置駆動部21を構成するエンコーダ21Bが接
続されている。このエンコーダ21Bとしては、送りね
じの回転角を検出するロータリエンコーダが使用されて
いる。
The other end of the feed screw 41 (the left end in FIG. 6)
An encoder 21B, which constitutes the Z position drive unit 21 together with the actuator 21A, is connected via a coupling 42. As the encoder 21B, a rotary encoder that detects the rotation angle of the feed screw is used.

【0043】このため、後述する図5のコントローラ3
1からの駆動速度を示す制御信号がロータリモータ45
に供給されると、ロータリモータ45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、スライダー35が楔部材36Aと一体的に送りねじ
41に沿って移動する。従って、楔部材36A上面の斜
面部に当接した回転体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41の回転角速度がエンコーダ21
Bにより計測され、このエンコーダ21Bの出力に基づ
いて回転体36Bの上下方向への移動速度を検出できる
ようになっている。
Therefore, the controller 3 shown in FIG.
The control signal indicating the drive speed from the rotary motor 45
Is supplied to the rotary motor 45, the rotary motor 45 rotates the feed screw 41 at the instructed drive speed (angular speed). As a result, the nut 39 moves in the X direction along the feed screw 41, and the slider 35 moves along the feed screw 41 integrally with the wedge member 36A. Therefore, the rotating body 36B that is in contact with the inclined surface of the upper surface of the wedge member 36A is displaced in the vertical direction (Z direction) with respect to the drive mechanism housing 40 while rotating. In addition, the rotational angular velocity of the feed screw 41 is determined by the encoder 21.
The vertical movement speed of the rotating body 36B can be detected based on the output of the encoder 21B.

【0044】その他のZ位置駆動部22,23も上記Z
位置駆動部21と同様にして構成されている。
The other Z position driving units 22 and 23 are also the above Z
It is configured similarly to the position drive unit 21.

【0045】なお、アクチュエータ21A〜23Aとし
ては、図6のようにロータリーモータを駆動源として使
用しても良いが、これに限らず、例えば積層型圧電素子
(ピエゾ素子)等を使用して構成してもよい。このよう
にアクチュエータ21A〜23Aとして直線的に変位す
る駆動素子を使用する場合は、これに対応してZ方向の
位置を検出するためのエンコーダとして光学式又は静電
容量式等のリニアエンコーダが使用される。
As the actuators 21A to 23A, a rotary motor may be used as a drive source as shown in FIG. 6, but the present invention is not limited to this. For example, a laminated piezoelectric element (piezo element) or the like is used. You may. When a linearly displacing driving element is used as the actuators 21A to 23A, a linear encoder such as an optical type or a capacitance type is used as an encoder for detecting the position in the Z direction. To be done.

【0046】本実施形態では、基板テーブル10と上述
した3つのアクチュエータ21A、22A、23Aとに
よって、ウエハW表面の光軸方向位置(Z方向位置)及
び光軸直交面に対する傾斜を調整する調整手段としての
Zティルトステージ60が構成されている(図2参
照)。
In the present embodiment, the substrate table 10 and the above-described three actuators 21A, 22A and 23A adjust the position of the surface of the wafer W in the optical axis direction (Z direction position) and the inclination with respect to the optical axis orthogonal plane. And a Z tilt stage 60 is configured (see FIG. 2).

【0047】図1に戻り、基板テーブル10が搭載され
たXYステージ11は、X軸、Y軸方向にウエハステー
ジ駆動部16によって駆動されるようになっており、こ
れによってウエハWがY方向に移動及びX方向に走査さ
れるようになっている。図2に示されるように、基板テ
ーブル10上のX軸方向の一端には、移動鏡12XがY
軸方向に延設され、この移動鏡12Xに対向してX軸用
ウエハ干渉計15Xが配置されている。同様に、基板テ
ーブル10上のY軸方向の一端には、移動鏡12YがX
軸方向に延設され、この移動鏡12Yに対向してY軸用
ウエハ干渉計15Yが配置されている。これらのウエハ
干渉計15X、15Yによって、基板テーブル10の
X、Y2次元方向の位置が計測されるようになってい
る。なお、図1では、移動鏡12X、12Yを代表的に
移動鏡12として示し、ウエハ干渉計15X、15Yを
ウエハ干渉計15として示している。ウエハ干渉計15
の計測値は、主制御系20に入力されており、主制御系
20ではこの計測値に基づいてウエハステージ駆動部1
6を介してXYステージ11の位置及び速度を制御して
いる。露光のための走査時には、主制御系20はレチク
ルステージ3とウエハステージ11を同期制御する。
Returning to FIG. 1, the XY stage 11 on which the substrate table 10 is mounted is driven by the wafer stage drive section 16 in the X-axis and Y-axis directions, whereby the wafer W is moved in the Y-direction. It is designed to be moved and scanned in the X direction. As shown in FIG. 2, the movable mirror 12X is mounted on the substrate table 10 at one end in the X-axis direction.
An X-axis wafer interferometer 15X is provided extending in the axial direction and facing the movable mirror 12X. Similarly, at one end in the Y-axis direction on the substrate table 10, the movable mirror 12Y is attached to the X-axis.
A Y-axis wafer interferometer 15Y is arranged so as to extend in the axial direction and face the movable mirror 12Y. The wafer interferometers 15X and 15Y measure the position of the substrate table 10 in the two-dimensional X and Y directions. In FIG. 1, the movable mirrors 12X and 12Y are representatively shown as the movable mirror 12, and the wafer interferometers 15X and 15Y are shown as the wafer interferometer 15. Wafer interferometer 15
Of the wafer stage drive unit 1 is input to the main control system 20.
The position and speed of the XY stage 11 are controlled via 6. At the time of scanning for exposure, the main control system 20 synchronously controls the reticle stage 3 and the wafer stage 11.

【0048】ウエハW表面のZ方向位置は、送光系7A
と受光系7Bとから成る第1の検出手段としてのフォー
カスセンサ(以下、適宜「フォーカスセンサ7」と総称
する)で光電検出される。図3には、このフォーカスセ
ンサ7の検出原理が示されている。図3(A)に示され
るように、送光部7aから射出された光ビームのウエハ
W表面での反射光の入射位置は、ウエハW表面のZ軸方
向位置に応じて受光部7bの受光面上で変化し、これに
対応して図3(B)に示されるようなSカーブ信号が受
光部7bから出力される。従って、このSカーブ信号に
基づいてウエハW表面のZ軸方向位置を光電的に検出す
るのである。本実施形態では、フォーカスセンサ7は、
図4に示されるように複数のセンサ71 〜7n によって
構成されている。そして、複数のセンサ71 〜7n はウ
エハW上の露光フィールド6に投影光学系PLの光軸A
Xを中心として2次元的に配置されている。複数のセン
サ71 〜7n により複数のZ軸方向位置が検出されるた
め、複数のZ軸方向位置を用いて最小2乗法等の演算処
理により近似平面を求め、この近似平面の傾斜によりウ
エハW表面(厳密には露光フィールド6)の傾斜角(θ
x 、θy )もわかる。
The position of the surface of the wafer W in the Z direction is determined by the light transmission system 7A.
Photoelectric detection is performed by a focus sensor (hereinafter collectively referred to as “focus sensor 7” as appropriate) serving as a first detection unit including a light receiving system 7B and a light receiving system 7B. FIG. 3 shows the detection principle of the focus sensor 7. As shown in FIG. 3A, the incident position of the reflected light on the surface of the wafer W of the light beam emitted from the light transmitting unit 7a is determined by the light receiving unit 7b according to the Z-axis direction position on the surface of the wafer W. The S-curve signal that changes on the surface and corresponds to this, as shown in FIG. 3B, is output from the light receiving unit 7b. Therefore, the position of the surface of the wafer W in the Z-axis direction is photoelectrically detected based on the S-curve signal. In this embodiment, the focus sensor 7 is
As shown in FIG. 4, it is composed of a plurality of sensors 71 to 7n. Then, the plurality of sensors 71 to 7n are arranged on the exposure field 6 on the wafer W on the optical axis A of the projection optical system PL.
They are arranged two-dimensionally with X as the center. Since a plurality of Z-axis direction positions are detected by the plurality of sensors 71 to 7n, an approximate plane is obtained by a calculation process such as the least square method using the plurality of Z-axis direction positions, and the wafer W surface is obtained by the inclination of the approximate plane. (Strictly speaking, exposure field 6) inclination angle (θ
x, θy) is also known.

【0049】なお、本実施形態ではウエハW上の露光フ
ィールド6の傾斜角および焦点位置を検出するために複
数のセンサ71 〜7n を使用するが、複数のセンサの代
わりに計測点が1点のAFセンサを使用してもよい。こ
の場合、ウエハW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
する。
In this embodiment, a plurality of sensors 71 to 7n are used to detect the tilt angle and the focus position of the exposure field 6 on the wafer W, but one measuring point is used instead of the plurality of sensors. An AF sensor may be used. In this case, a parallel light beam oblique incidence type leveling sensor is used which obliquely irradiates the surface of the wafer W with a parallel light beam and detects the tilt angle of the surface from the lateral deviation amount of the condensed position of the reflected light.

【0050】図1において、主制御系20は、このフォ
ーカスセンサ7による計測値を用いてZティルトステー
ジ60(より具体的には、基板テーブル10を駆動する
アクチュエータ21A、22A、23A)を制御し、ウ
エハW表面の位置を制御している。
In FIG. 1, the main control system 20 controls the Z tilt stage 60 (more specifically, the actuators 21A, 22A and 23A for driving the substrate table 10) by using the measured value by the focus sensor 7. , The position of the front surface of the wafer W is controlled.

【0051】前述したアクチュエータ21A、22A、
23Aにより駆動される基板テーブル10のそれぞれの
支持点のZ方向位置はZ位置駆動部21、22、23に
組み込まれたエンコーダ21B、22B、23Bにより
計測される。この計測値PZ1、PZ2、PZ3とZ位
置駆動部21、22、23のXY2次元座標位置(X
1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)とを用い
て基板テーブル10の位置は次式(1)にて定義され
る。
The above-mentioned actuators 21A, 22A,
The Z-direction position of each support point of the substrate table 10 driven by 23A is measured by the encoders 21B, 22B, 23B incorporated in the Z-position drive units 21, 22, 23. The measured values PZ1, PZ2, PZ3 and the XY two-dimensional coordinate positions (X
1, Y1), (X2, Y2), (X3, Y3), the position of the substrate table 10 is defined by the following equation (1).

【0052】[0052]

【数1】 [Equation 1]

【0053】ここで、Θx :X方向の傾斜(Y軸回りの
傾斜) Θy :Y方向の傾斜(X軸回りの傾斜) Z :Z軸方向位置 である。なお、フォーカスセンサ7によるウエハW表面
の座標系と、エンコーダ21B、22B、23Bによる
基板テーブル10の位置の座標系はあらかじめキャリブ
レーションすることにより、その原点とスケールを一致
させている。
Where Θx: inclination in the X direction (inclination around the Y axis) Θy: inclination in the Y direction (inclination around the X axis) Z: position in the Z axis direction. Note that the coordinate system of the surface of the wafer W by the focus sensor 7 and the coordinate system of the position of the substrate table 10 by the encoders 21B, 22B, and 23B are calibrated in advance so that their origins and scales match.

【0054】図5には、本実施形態におけるフォーカス
制御系の構成が示されている。このフォーカス制御系
は、目標値出力手段としての目標値出力部25、演算手
段としての最小2乗法近似部27、判定手段としての制
御モード判定部28、非干渉化器29、座標変換部3
0、コントローラ31、切換手段としてのマルチプレク
サ32及び3つの減算器33A〜33C等を有する。各
部について、詳細に説明すると、目標値出力部25は、
Z方向位置の目標値z' 、X方向の傾斜(Y軸回りの傾
斜(Y軸回りの傾斜)の第1の目標値θx'、Y方向の傾
斜(X軸回りの傾斜)の第1の目標値θy'を制御モード
判定部28に常時送出する。また、この目標値出力部2
5はコントローラ31の位置制御の目標値としてZ方向
位置の目標値z' を出力すると共に、制御モード判定部
28による後述する制御モードの判定結果に応じて、X
方向の傾斜(Y軸回りの傾斜)の第1の目標値θx'又は
第2の目標値Θx'をコントローラ31の位置制御の目標
値として出力し、Y方向の傾斜(X軸回りの傾斜)の第
1の目標値θy'又は第2の目標値Θy'をコントローラ3
1の位置制御の目標値として出力する。
FIG. 5 shows the configuration of the focus control system in this embodiment. This focus control system includes a target value output unit 25 as a target value output unit, a least squares approximation unit 27 as a calculation unit, a control mode determination unit 28 as a determination unit, a decoupling unit 29, and a coordinate conversion unit 3.
0, a controller 31, a multiplexer 32 as switching means, three subtractors 33A to 33C, and the like. Explaining each part in detail, the target value output part 25
Z-position target value z ', X-direction inclination (first Y-axis inclination (Y-axis inclination) first target value θx', Y-direction inclination (X-axis inclination) first value θx ' The target value θy ′ is constantly sent to the control mode determination unit 28. Further, the target value output unit 2
5 outputs a target value z ′ of the Z direction position as a target value for position control of the controller 31 and, according to a result of control mode determination by the control mode determination unit 28, which will be described later, X
The first target value θx ′ or the second target value θx ′ of the inclination in the direction (inclination around the Y axis) is output as the target value for the position control of the controller 31, and the inclination in the Y direction (inclination around the X axis). Of the first target value θy ′ or the second target value θy ′ of the controller 3
It is output as the target value of the position control of 1.

【0055】ここで、Z方向位置の目標値z' 、X方向
の傾斜(Y軸回りの傾斜)の第1の目標値θx'及びY方
向の傾斜(X軸回りの傾斜)の第1の目標値θy'とは、
投影光学系PLの結像面を予め試し焼き等によりキャリ
ブレーションして得たフォーカス制御の本来の目標値で
ある、また、第2の目標値Θx'、Θy'とは、、X方向の
傾斜(Y軸回りの傾斜)、Y方向の傾斜(X軸回りの傾
斜)を維持するために設定される便宜上の目標値であ
る。本実施形態では後述するように、第2の目標位置Θ
x'、Θy'として、制御モードを切り換える直前の基板テ
ーブル10の傾斜が用いられる。
Here, the Z-direction position target value z ', the first target value θx' of the X-direction inclination (inclination around the Y-axis) and the first target value θx 'of the Y-direction inclination (inclination around the X-axis). The target value θy 'is
The original target values of focus control obtained by calibrating the image plane of the projection optical system PL in advance by trial burning or the like. The second target values Θx ′ and Θy ′ are tilts in the X direction. (Inclination around the Y-axis) and Y-direction inclination (inclination around the X-axis) are convenient target values set for maintaining. In the present embodiment, as will be described later, the second target position Θ
As x ′ and Θy ′, the inclination of the substrate table 10 immediately before switching the control mode is used.

【0056】最小2乗法近似部27は、フォーカスセン
サ7を構成する個々のセンサ71 〜7n が検出するウエ
ハW表面のZ方向位置の検出信号を、いわゆる最小2乗
法を用いて平面近似することで、ウエハW表面の投影光
学系PLの光軸AX上のZ方向位置z、X方向の傾斜
(Y軸回りの傾斜)θx 、Y方向の傾斜(X軸回りの傾
斜)θy の3成分を求める。すなわち、最小2乗法近似
部は算出部として機能し、本実施形態ではこの最小2乗
法近似部27とフォーカスセンサ7とによって、ウエハ
(感光基板)表面の露光フィールド内における投影光学
系PLの光軸方向の第1位置及び光軸と直交する面から
の第1傾斜量を検出する第1の検出部が構成されてい
る。
The least-squares method approximating unit 27 approximates the detection signals of the Z-direction position of the surface of the wafer W detected by the individual sensors 71 to 7n constituting the focus sensor 7 in a plane using the so-called least-squares method. , The Z direction position z on the optical axis AX of the projection optical system PL on the surface of the wafer W, the inclination in the X direction (inclination around the Y axis) θx, and the inclination in the Y direction (inclination around the X axis) θy are obtained. . That is, the least-squares approximation unit functions as a calculation unit, and in this embodiment, the least-squares approximation unit 27 and the focus sensor 7 cause the optical axis of the projection optical system PL in the exposure field on the surface of the wafer (photosensitive substrate). A first detector is configured to detect a first position in the direction and a first tilt amount from a plane orthogonal to the optical axis.

【0057】制御モード判定部28は、目標値出力部2
5からの目標値z' 、θx'、θy'と最小2乗法近似部2
7からの現在値情報z、θx 、θy との差である偏差
(Δθx 、Δθy 、Δz)に基づいて制御モードの判定
を行なう。これについては後述する。
The control mode determination unit 28 is connected to the target value output unit 2
Target values z ′, θx ′, θy ′ from 5 and the least-squares approximation unit 2
The control mode is determined based on the deviations (Δθx, Δθy, Δz) from the current value information z, θx, θy from 7. This will be described later.

【0058】座標変換部30は、3つのZ位置駆動部2
1、22、23に組み込まれたエンコーダ21B、22
B、23Bの計測値PZ1、PZ2、PZ3を式(1)
に従ってZ方向位置Z、X方向の傾斜(Y軸回りの傾
斜)Θx 、Y方向の傾斜(X軸回りの傾斜)Θy に座標
変換し、その内のΘx 、Θy をマルチプレクサ32に送
出する。
The coordinate conversion unit 30 includes three Z position drive units 2.
Encoders 21B, 22 incorporated in 1, 22, 23
The measured values PZ1, PZ2, and PZ3 of B and 23B are expressed by the formula (1).
In accordance with the above, the coordinates are converted into the Z direction position Z, the inclination in the X direction (inclination around the Y axis) Θx, and the inclination in the Y direction (inclination around the X axis) Θy, and the Θx and Θy of them are sent to the multiplexer 32.

【0059】3つの減算器33A、33B、33Cは、
目標値出力部25からの目標値z'と最小2乗法近似部
27からのZ方向位置(現在値z)との差であるZ方向
位置偏差Δzz(Δz)、目標値出力部25からの目標値
θx'(又はΘx')とマルチプレクサ32から出力される
現在値θx (又Θx )との差であるX方向の傾斜(Y軸
回りの傾斜)偏差Δθxx、目標値θy'(又はΘy')と現
在値θy (又はΘy )との差であるY方向の傾斜(X軸
回りの傾斜)偏差Δθyyを、それぞれ求める。
The three subtractors 33A, 33B and 33C are
Z-direction position deviation Δzz (Δz), which is the difference between the target value z ′ from the target value output unit 25 and the Z-direction position (current value z) from the least-squares approximation unit 27, the target from the target value output unit 25 Tilt in the X direction (tilt about Y axis) deviation Δθxx, which is the difference between the value θx ′ (or Θx ′) and the current value θx (or Θx) output from the multiplexer 32, the target value θy ′ (or Θy ′) And a current value θy (or Θy), a tilt (tilt about the X axis) deviation Δθyy in the Y direction is obtained.

【0060】コントローラ31は、位置制御ループのコ
ントローラであり、上記Z方向位置偏差Δzz、X方向の
傾斜偏差Δθxx 、Y方向の傾斜偏差Δθyyを動作信号
としてP動作、PI動作若しくはPID動作を行ういわ
ゆるPID制御器を含んで構成されている。このコント
ローラ31は、偏差Δzz、Δθxx 、Δθyy にゲインを
かけたものをアクチュエータ21A、22A、23Aへ
速度指令として与える。
The controller 31 is a controller of a position control loop and performs so-called P operation, PI operation or PID operation using the Z direction position deviation Δzz, the X direction inclination deviation Δθxx, and the Y direction inclination deviation Δθyy as operation signals. It is configured to include a PID controller. The controller 31 gives the gains to the deviations Δzz, Δθxx, and Δθyy as speed commands to the actuators 21A, 22A, and 23A.

【0061】また、非干渉化器29は、線形性に依存す
るものではあるが、これをサーボループ内に挿入するこ
とにより、Z方向及びXY軸回りの傾斜方向の3成分が
独立に制御できるようになっている。この非干渉化器2
9は、X及びY軸回りの傾斜とZ方向の3成分で与えら
れた速度指令を各Z位置駆動部の現在位置のXY2次元
座標値に基づいて配分するための非干渉化演算を行っ
て、その演算結果を実際にアクチュエータ21A、22
A、23Aへ出力している。
The decoupling device 29, which depends on the linearity, can be independently controlled by inserting the decoupling device 29 in the servo loop. It is like this. This decoupling device 2
9 is a decoupling calculation for distributing the speed command given by the three components in the Z direction and the inclination around the X and Y axes based on the XY two-dimensional coordinate values of the current position of each Z position drive unit. , The calculation result is actually the actuator 21A, 22
It outputs to A and 23A.

【0062】すなわち、コントローラ31では、偏差Δ
θxx、Δθyy、ΔzzにXY軸回りの傾斜及びZ方向成分
に対する位置サーボのループゲインKθx 、Kθy 、K
z をそれぞれかけてアクチュエータ21A、22A、2
3Aへの速度指令値としてKθx Δθxx、Kθy Δθy
y、Kz Δzzを得る。そして、非干渉化器29では、こ
の速度指令値から各Z位置駆動部の速度指令Vz1、Vz
2、Vz3を求めるために次式(2)の演算を行う。
That is, in the controller 31, the deviation Δ
Position servo loop gains Kθx, Kθy, and K for θxx, Δθyy, and Δzz with respect to tilts around the XY axes and components in the Z direction.
actuators 21A, 22A, 2 by multiplying z respectively
Kθx Δθxx, Kθy Δθy as speed command values to 3A
Get y and Kz Δzz. Then, in the decoupling device 29, the speed commands Vz1 and Vz of each Z position drive unit are calculated from the speed command values.
2, the following equation (2) is calculated to obtain Vz3.

【0063】[0063]

【数2】 [Equation 2]

【0064】ここで、(X1,Y1)、(X2,Y
2)、(X3,Y3)は各Z位置駆動部の投影光学系P
Lを基準とした位置である。
Here, (X1, Y1), (X2, Y
2) and (X3, Y3) are the projection optical system P of each Z position drive unit.
The position is based on L.

【0065】マルチプレクサ32は、制御モード判定部
28からの指令に応じて、最小2乗法近似部27からの
現在値の傾斜方向の2成分(θx 、θy )又は座標変換
部30からの現在値の傾斜方向の2成分(Θx 、Θy )
のいずれかを切り換え出力する。すなわち、現在位置と
して、フォーカスセンサ7で検出されたウエハW表面の
位置と各Z位置駆動部のエンコーダ(21B〜23B)
で検出された基板テーブル10の位置の両方が使用でき
るようにマルチプレクサ32が用意されているのであ
る。
In response to a command from the control mode determination section 28, the multiplexer 32 outputs the two components (θx, θy) of the current value from the least-squares approximation section 27 or the current value from the coordinate conversion section 30. Two components in the tilt direction (Θx, Θy)
Either of the above is switched and output. That is, as the current position, the position of the surface of the wafer W detected by the focus sensor 7 and the encoders (21B to 23B) of each Z position drive unit
The multiplexer 32 is prepared so that both of the positions of the substrate table 10 detected in step 3 can be used.

【0066】3軸のアクチュエータ(21A〜23A)
は、速度マイナーループ(電流マイナーループ)を持
ち、与えられた速度指令に対して内蔵された速度検出器
(タコジェネレータ)を使用してサーボをかけ追従させ
ている。すなわち、Z位置駆動部21、22、23はア
クチュエータ21A、22A、23Aに内蔵されたタコ
ジェネレータを速度センサとした速度ループで制御され
たサブユニットとして構成されており、外部から速度指
令を与えるとそれに追従する動きをするようになってい
る。
3-axis actuator (21A-23A)
Has a speed minor loop (current minor loop) and uses a built-in speed detector (tacho generator) to follow a given speed command by applying servo. That is, the Z position drive units 21, 22, and 23 are configured as sub-units controlled by a speed loop using a tacho generator built into the actuators 21A, 22A, and 23A as a speed sensor. It is designed to follow it.

【0067】次に、図7を参照して、制御モード判定部
28における制御モードの判定及びこれに伴う制御モー
ドの切り換えについて詳述する。
Next, with reference to FIG. 7, the determination of the control mode in the control mode determination unit 28 and the switching of the control modes associated therewith will be described in detail.

【0068】前述した式(2)で速度指令値Vz1、Vz
2、Vz3の何れかがリミットを越えて飽和状態となる
と、式(2)はもはや非干渉化器としての機能を果たさ
なくなる。
The speed command values Vz1 and Vz are calculated by the above equation (2).
When either 2 or Vz3 exceeds the limit and becomes saturated, the equation (2) no longer functions as a decoupling device.

【0069】ここで、速度指令値の最大値をVmax とす
ると、各Z位置駆動部のアクチュエータへの速度指令値
がリミットを越えない条件は、次の条件A.となる。な
お、以下の説明において、速度指令値Vznは、判定条件
毎に区別するために、VznA、VznB、VznCと記述す
るものとする。
Here, assuming that the maximum value of the speed command value is Vmax, the condition that the speed command value to the actuator of each Z position drive unit does not exceed the limit is the following condition A. Becomes In the following description, the speed command value Vzn will be described as VznA, VznB, VznC in order to distinguish between the determination conditions.

【0070】条件A. VznA=Kθx ・Δθx ・Xn +Kθy ・Δθy ・Yn
+Kz ・Δz (但し、n=1,2,3) において、VznAのいずれかが、Vmax を超える。
Condition A. VznA = Kθx · Δθx · Xn + Kθy · Δθy · Yn
At + Kz.multidot..DELTA.z (where n = 1, 2, 3), either VznA exceeds Vmax.

【0071】そこで、制御モード判定部28では、ま
ず、VznAのいずれかが、Vmax を超えるか否かを判定
する(図7のステップ100)。そして、この判定が否
定された場合(条件A.が否定された場合は、制御モー
ド判定部28では第1制御モードであると判定し、マル
チプレクサ32に対しフォーカスセンサ7の検出値に基
づいて求まるθx 、θy (すなわち、最小2乗法近似部
27からの出力)を出力するような指令を与える。これ
により、マルチプレクサ32から現在値としてθx 、θ
y が出力される。このとき、目標値出力部25からは位
置制御ループの目標値としてz' 及び傾斜方向の第1の
目標値θx'、θy'が出力される。
Therefore, the control mode determination unit 28 first determines whether or not any of VznA exceeds Vmax (step 100 in FIG. 7). Then, when this determination is negative (when the condition A. is negative, the control mode determination unit 28 determines that it is the first control mode, and the multiplexer 32 obtains it based on the detection value of the focus sensor 7. A command for outputting θx, θy (that is, the output from the least-squares approximation unit 27) is given, whereby the multiplexer 32 outputs the current values θx, θ.
y is output. At this time, the target value output unit 25 outputs z ′ and the first target values θx ′ and θy ′ in the tilt direction as target values of the position control loop.

【0072】従って、この第1制御モードの場合には、
コントローラ31には、Z方向の位置偏差Δz、X方向
の傾斜(Y軸回りの傾斜)偏差Δθx 、Y方向の傾斜
(X軸回りの傾斜)偏差Δθy が入力される。すなわ
ち、第1制御モードにおいては目標値とフォーカスセン
サ7で検出したウエハW表面の現在位置(投影光学系光
軸でのZ方向とXY軸回りの傾斜の3成分で表す)の差
を偏差(動作信号)としてコントローラ28が制御動作
を行ない、コントローラ31はZ方向、XY軸回りの傾
斜方向の各成分ごとにゲインをかけ、速度指令を生成す
る。この速度指令は非干渉化器29により式(2)の制
御則に従って各Z位置駆動部の位置でのアクチュエータ
への速度指令に変換され、速度マイナーループを持つア
クチュエータに与えられる。アクチュエータが動いた結
果はウエハW表面の変位としてフォーカスセンサ7で検
出され、ここに閉ループの位置制御がなされることにな
る(図7のステップ106)。
Therefore, in the case of this first control mode,
A positional deviation Δz in the Z direction, an inclination (inclination around the Y axis) deviation Δθx in the X direction, and an inclination (inclination around the X axis) deviation Δθy in the Y direction are input to the controller 31. That is, in the first control mode, the difference between the target value and the current position of the surface of the wafer W detected by the focus sensor 7 (represented by the three components of the Z direction on the optical axis of the projection optical system and the tilt around the XY axes) is deviated ( As a motion signal), the controller 28 performs a control operation, and the controller 31 applies a gain to each component in the Z direction and the tilt direction around the XY axis to generate a speed command. This speed command is converted by the decoupling device 29 into a speed command for the actuator at the position of each Z position drive unit in accordance with the control rule of equation (2), and is given to the actuator having a speed minor loop. The result of the movement of the actuator is detected by the focus sensor 7 as the displacement of the surface of the wafer W, and the position control of the closed loop is performed there (step 106 in FIG. 7).

【0073】一方、ステップ100における判定が否定
された場合、すなわち上記条件A.が成立する場合は、
ステップ102に進んで次の条件B.が成立するか否か
を判断する。
On the other hand, when the determination in step 100 is negative, that is, the condition A. If holds,
Proceeding to step 102, the following condition B. Is determined.

【0074】条件B. VznB=Kθx ・Δθx ・Xn +Kz ・Δz (但し、n=1,2,3) において、VznBのいずれかが、Vmax を超える。Condition B. At VznB = Kθx · Δθx · Xn + Kz · Δz (where n = 1, 2, 3), any of VznB exceeds Vmax.

【0075】そして、このステップ102における判断
が否定された場合、すなわち条件A.が成立し、条件
B.が成立しない場合(この場合は後述する条件Cの成
立、不成立にかかわらない)は、制御モード判定部28
では第4制御モードと判定し、マルチプレクサ32に対
しθx 、Θy を出力するような指令値を与える。これに
より、マルチプレクサ32からは最小2乗法近似部27
からのθx 、座標変換部30からのΘy が出力される。
このとき、目標値出力部25からは位置制御ループの目
標値としてz' 及び傾斜方向の目標値θx'、Θy'が出力
される。従って、この第4制御モードの場合は、コント
ローラ31には、Z方向の位置偏差Δz、X方向の傾斜
(Y軸回りの傾斜)偏差Δθx 、Y方向の傾斜(X軸回
りの傾斜)偏差Δθy'=Θy'−Θy が入力される。この
結果、非干渉化器29では、式(2)の制御則を、偏差
Δθyyを目標値と現在位置の差ではなく、制御を切り換
える直前の基板テーブル10の位置と現在の基板テーブ
ル10の位置の差に置き換えて実行する。これにより、
Y方向の傾斜、即ちX軸回りの傾斜方向の姿勢は、ウエ
ハW表面の状態によらず、制御を切り換える直前の姿勢
を保持するように制御される。X方向の傾斜(Y軸回り
の傾斜)及びZ方向に関しては、目標値と現在値の差が
偏差として与えられるのでフォーカスセンサの出力に基
づく通常のサーボ制御により現在値が目標値と一致する
ように制御がなされる(図7のステップ108)。
When the determination in step 102 is negative, that is, the condition A. And the condition B. Is not satisfied (in this case, regardless of whether condition C described later is satisfied or not satisfied), the control mode determination unit 28
Then, the fourth control mode is determined and a command value for outputting θx and Θy is given to the multiplexer 32. As a result, the least-squares approximation unit 27 from the multiplexer 32.
From the coordinate conversion unit 30 is output.
At this time, the target value output unit 25 outputs z ′ and target values θx ′ and Θy ′ in the tilt direction as target values of the position control loop. Therefore, in the case of the fourth control mode, the controller 31 has a position deviation Δz in the Z direction, an inclination (inclination around the Y axis) deviation Δθx in the X direction, and an inclination (inclination around the X axis) deviation Δθy in the Y direction. '= Θy'-Θy is input. As a result, in the decoupling device 29, the control law of the equation (2) is set so that the deviation Δθyy is not the difference between the target value and the current position, but the position of the substrate table 10 immediately before switching the control and the current position of the substrate table 10. Replace with the difference and execute. This allows
The tilt in the Y direction, that is, the attitude in the tilt direction around the X axis is controlled so as to maintain the attitude immediately before switching the control regardless of the state of the surface of the wafer W. Regarding the inclination in the X direction (inclination around the Y axis) and the Z direction, the difference between the target value and the current value is given as a deviation, so that the current value matches the target value by normal servo control based on the output of the focus sensor. Is controlled (step 108 in FIG. 7).

【0076】一方、上記ステップ102における判断が
肯定された場合には、ステップ104に進み、次の条件
Cが成立するか否かを判断する。
On the other hand, if the judgment in step 102 is affirmative, the routine proceeds to step 104, where it is judged whether the following condition C is satisfied.

【0077】条件C. VznC=Kθy ・Δθy ・Yn +Kz ・Δz (但し、n=1,2,3) において、VznCのいずれかが、Vmax を超える。Condition C. At VznC = Kθy · Δθy · Yn + Kz · Δz (where n = 1, 2, 3), one of VznC exceeds Vmax.

【0078】そして、このステップ104における判断
が肯定された場合、すなわち条件B.及びC.の両者が
ともに成立する場合は、制御モード判定部28では第2
の制御モードであると判定し、マルチプレクサ32に対
しΘx 、Θy を出力するような指令値を与える。これに
より、マルチプレクサ32から座標変換部30からの値
Θx 、Θy が出力される。このとき、目標値出力部25
からは位置制御ループの目標値としてz' 及び傾斜方向
の第2の目標値Θx'、Θy'が出力される。従って、この
第2制御モードの場合には、コントローラ31には、Z
方向の位置偏差Δz、X方向の傾斜(Y軸回りの傾斜)
偏差Δθx'=Θx'−Θx 、Y方向の傾斜(X軸回りの傾
斜)偏差Δθy'=Θy'−Θy が入力される。この結果、
非干渉化器29によって、偏差としてのΔθx 、Δθy
に代えて目標値と現在位置の差ではなく、制御を切り換
える直前の基板テーブル10の位置と現在の基板テーブ
ル10の位置の差(Δθx'=Θx'−Θx 、Δθy'=Θy'
−Θy )が用いられ、式(2)の制御則をが実行され
る。これにより、アクチュエータ21A、22A、23
Aが動いた結果がZ位置駆動部21,22,23の変位
としてエンコーダ21B、22B、23Bで検出され
る。検出された変位は、座標変換部30で基板テーブル
10の現在値に座標変換され、そのXY軸回りの傾斜方
向の成分がコントローラ31へのフィードバック信号と
なる。ここに、XY軸回りの傾斜成分について閉ループ
の位置制御がなされ、XY軸回りの傾斜の姿勢は、ウエ
ハ表面の状態によらず、制御を切り換える直前の姿勢を
保持するように制御される。Z方向に関しては、目標値
と現在値の差が偏差として与えられるので通常のサーボ
制御により現在値が目標値と一致するように制御がなさ
れる(図7のステップ110)。
When the determination in step 104 is affirmative, that is, the condition B. And C.I. If both of the above are satisfied, the control mode determination unit 28 determines that the second
It is determined that the control mode is the control mode No., and a command value for outputting Θx and Θy is given to the multiplexer 32. Accordingly, the multiplexer 32 outputs the values Θx and Θy from the coordinate conversion unit 30. At this time, the target value output unit 25
Outputs z'as target values for the position control loop and second target values Θx ', Θy' in the tilt direction. Therefore, in the case of this second control mode, the controller 31 is
Position deviation Δz, tilt in X direction (tilt around Y axis)
The deviation Δθx ′ = Θx′−Θx and the inclination in the Y direction (inclination around the X axis) deviation Δθy ′ = Θy′−Θy are input. As a result,
By the decoupling device 29, Δθx and Δθy as deviations
Instead of the difference between the target value and the current position, the difference between the position of the substrate table 10 immediately before the control is switched and the current position of the substrate table 10 (Δθx ′ = Θx′−θx, Δθy ′ = Θy ′).
−Θy) is used to implement the control law of equation (2). Thereby, the actuators 21A, 22A, 23
The result of the movement of A is detected by the encoders 21B, 22B, 23B as the displacement of the Z position drive units 21, 22, 23. The detected displacement is coordinate-converted into the current value of the substrate table 10 by the coordinate conversion unit 30, and the component in the tilt direction around the XY axes becomes a feedback signal to the controller 31. Here, closed-loop position control is performed on the tilt component around the XY axes, and the tilt posture around the XY axes is controlled so as to maintain the posture immediately before the control is switched, regardless of the state of the wafer surface. With respect to the Z direction, the difference between the target value and the current value is given as a deviation, so that the current value is controlled by normal servo control so as to match the target value (step 110 in FIG. 7).

【0079】一方、上記ステップ104における判断が
否定された場合、すなわち条件A.及び条件B.が成立
し、条件C.が成立しない場合は、制御モード判定部2
8では、第3制御モードであると判定し、マルチプレク
サ32に対しΘx 、θy を出力するような指令を与え
る。これによりマルチプレクサ32から座標変換部30
からのΘx と最小2乗法近似部27からのθy が出力さ
れる。このとき、目標値出力部25からは位置制御ルー
プの目標値としてz' 及び傾斜方向の目標値Θx'、θy'
が出力される。従って、この第3制御モードの場合は、
コントローラ31には、Z方向の位置偏差Δz、X方向
の傾斜(Y軸回りの傾斜)偏差Δθx'=Θx'−Θx 、Y
方向の傾斜(X軸回りの傾斜)偏差Δθy が入力され
る。この結果、非干渉化器29では、式(2)の制御則
を、偏差Δθx を目標値と現在位置の差ではなく、制御
を切り換える直前の基板テーブル10の位置と現在の基
板テーブル10の位置の差に置き換えて実行する。これ
により、X方向の傾斜、即ちY軸回りの傾斜方向の姿勢
は、ウエハW表面の状態によらず、制御を切り換える直
前の姿勢を保持するように制御される。Y方向の傾斜
(X軸回りの傾斜)及びZ方向に関しては、目標値と現
在値の差が偏差として与えられるので通常のサーボ制御
により現在値が目標値と一致するように制御がなされる
(図7のステップ112)。
On the other hand, if the determination at step 104 is negative, that is, condition A. And condition B. And the condition C. If is not established, the control mode determination unit 2
At 8, it is determined that the third control mode is set, and a command for outputting Θx and θy is given to the multiplexer 32. As a result, the multiplexer 32 to the coordinate conversion unit 30
To θx from the least-squares approximation unit 27. At this time, the target value output unit 25 outputs z'as the target value of the position control loop and the target values Θx 'and θy' in the tilt direction.
Is output. Therefore, in the case of this third control mode,
The controller 31 includes a positional deviation Δz in the Z direction, an inclination (inclination around the Y axis) deviation Δθx ′ = Θx′−Θx, Y in the X direction, Y
The tilt (tilt about the X-axis) deviation Δθy in the direction is input. As a result, in the decoupling device 29, the control law of the equation (2) is set so that the deviation Δθx is not the difference between the target value and the current position, but the position of the substrate table 10 immediately before switching the control and the current position of the substrate table 10. Replace with the difference and execute. As a result, the tilt in the X direction, that is, the attitude in the tilt direction around the Y axis is controlled so as to maintain the attitude immediately before switching the control, regardless of the state of the surface of the wafer W. Regarding the inclination in the Y direction (inclination around the X axis) and the Z direction, since the difference between the target value and the current value is given as a deviation, control is performed by normal servo control so that the current value matches the target value ( Step 112 of FIG. 7).

【0080】本実施形態のフォーカス制御系は、通常は
第1制御モードで動作し、ウエハW表面の凹凸の程度が
大きく、X軸、Y軸回りの傾斜補正のための各Z位置駆
動部のアクチュエータに与える速度指令値がリミットを
越えると判定された場合には、第2ないし第4の制御モ
ードに切換えが行なわれる。第2ないし第4の制御モー
ドで動作中も条件A、B、Cに基づく判定は継続し、条
件の変動に応じて制御モードの切り換えが逐次行なわれ
る。この場合において、条件Aの判定が先に行なわれた
後に、条件B,Cが判定されるので、ウエハW表面の凹
凸の程度が小さくなって速度指令値がリミットの内側に
入るようになれば直ちに第1制御モードに切換えられ、
フォーカス・レベリング制御が開始される。
The focus control system of the present embodiment normally operates in the first control mode, the degree of unevenness on the surface of the wafer W is large, and each Z position drive unit for tilt correction about the X axis and the Y axis is corrected. When it is determined that the speed command value given to the actuator exceeds the limit, switching to the second to fourth control modes is performed. The determination based on the conditions A, B, and C continues even during the operation in the second to fourth control modes, and the control modes are sequentially switched according to the change of the conditions. In this case, since the condition A and the condition C are determined after the condition A is determined first, if the degree of unevenness on the surface of the wafer W is reduced and the speed command value falls within the limit. Immediately switched to the first control mode,
Focus / leveling control is started.

【0081】これまでの説明から明らかなように、本実
施形態では、エンコーダ21B,22B,23Bと座標
変換器30とによって第2の検出手段が構成され、マル
チプレクサ32と、コントローラ31と、非干渉化器2
9とによって制御手段が構成されている。
As is clear from the above description, in the present embodiment, the encoders 21B, 22B, 23B and the coordinate converter 30 constitute the second detecting means, and the multiplexer 32, the controller 31 and the non-interfering means. Chemicalizer 2
9 and 9 constitute a control means.

【0082】以上説明したように、本実施形態による
と、ウエハW表面の凹凸が比較的少なく、装置の能力か
ら見てレベリング追従可能な範囲であれば、露光フィー
ルド内のウエハW表面が投影光学系PLの結像面に一致
されるように制御を行うことで、露光フィールド全体に
対するデフォーカスを最小に制御することができ、投影
光学系のもつ焦点深度を最大限に発揮させることができ
る。また、ウエハW表面の凹凸が比較的大きく、装置の
能力ではレベリング追従不可能な場合にも、制御に大き
く破綻をきたし致命的なデフォーカスを生ずることのな
いフォーカス制御が実現できる。
As described above, according to this embodiment, the surface of the wafer W in the exposure field is projected by the projection optical system as long as the unevenness of the surface of the wafer W is relatively small and the leveling can be followed in view of the capability of the apparatus. By controlling so as to match the image plane of the system PL, the defocus for the entire exposure field can be controlled to the minimum and the depth of focus of the projection optical system can be maximized. Further, even when the surface of the wafer W has a relatively large unevenness and the ability of the apparatus is not able to follow the leveling, focus control can be realized without seriously degrading the control and causing a fatal defocus.

【0083】後者の場合においても、2段階の条件判定
により、X軸及びY軸のいずれか一方の軸回りの傾斜が
装置の能力で充分追従可能であれば、他方の軸回りの傾
斜姿勢を保持しつつZ方向位置の制御と共にその一方の
軸回りの傾斜を目標値に追従制御することができる。
Also in the latter case, if the inclination about one of the X-axis and the Y-axis can be sufficiently tracked by the ability of the apparatus by the two-stage condition determination, the inclination posture about the other axis is set. It is possible to control the Z-direction position while keeping the same, and to control the inclination around the one axis to follow the target value.

【0084】なお、上記実施形態においては、第1制御
モードないし第4制御モードの4種類のモードをきめ細
かく切り換えを行う場合について説明したが、第3及び
第4制御モードは必ずしも設けなくても実用上のメリッ
トは充分にあると考えられる。レベリング制御ではとり
きれない程露光フィールド内でのウエハW表面の凹凸が
大きい場合には、投影光学系PLの焦点深度が大きく食
われることになるため、レベリング制御の有効性は薄く
なり、実用上はフォーカス制御のみでよいことも多いか
らである。この場合には、条件A.のみに基づいて第1
制御モードと第2制御モードとを切り換えればよい。
In the above embodiment, the case where the four types of modes, the first control mode to the fourth control mode, are finely switched has been described, but the third and fourth control modes are not necessarily provided and are practically used. The above merit is considered sufficient. When the unevenness of the surface of the wafer W in the exposure field is too large to be covered by the leveling control, the depth of focus of the projection optical system PL is greatly consumed, and the effectiveness of the leveling control is reduced, which is practically used. This is because focus control is often sufficient. In this case, the condition A. First based only on
It suffices to switch between the control mode and the second control mode.

【0085】また、上記実施形態中で説明した制御モー
ド切り換え判定のための条件A.、B.、C.は例示で
あって、本発明がこれに限定されるものではなく、例え
ば、偏差(目標値と現在値との差)自体に制限を設け、
引き込み完了後に所定以上の偏差が検出された場合には
制御の切換えを行う方法を採用することも可能である。
Further, the condition A.1 for determining the control mode switching described in the above embodiment is used. , B. , C.I. Is an example, and the present invention is not limited to this. For example, the deviation (difference between the target value and the current value) itself is limited,
It is also possible to adopt a method of switching the control when a deviation more than a predetermined value is detected after the completion of the pull-in.

【0086】また、上記実施形態中で判定条件A.、
B.、C.は速度条件であったが、積層型圧電素子を使
用した場合には速度条件でなく変位条件で判定する方が
判定し易い。
In the above embodiment, the judgment condition A. ,
B. , C.I. Was a speed condition, but when using a laminated piezoelectric element, it is easier to make a judgment based on a displacement condition rather than a speed condition.

【0087】更に、上記実施形態では、閉ループサーボ
制御を行ない、傾斜姿勢を一定に保つために制御モード
の切り換えに対応して目標値そのものを切り換えたが、
本発明がこれに限定されるものではない。従って、一方
の軸回りの傾斜方向の姿勢を維持することができ、Z方
向位置及び他方の軸回りの傾斜を調整することができる
制御方法であれば、いかなる制御方法を採用しても良
い。
Further, in the above embodiment, the closed loop servo control is performed, and the target value itself is switched corresponding to the switching of the control mode in order to keep the tilt posture constant.
The present invention is not limited to this. Therefore, any control method may be adopted as long as it can maintain the posture in the tilt direction around one axis and can adjust the Z direction position and the tilt around the other axis.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
制御手段では判定手段が肯定的判定を行なっている間
は、目標値出力手段からの目標値及び演算手段の算出結
果とに基づいて感光基板表面の露光フィールドが投影光
学系の結像面に一致するように調整手段を制御し、判定
手段が否定的判定を行なっている間は、感光基板の傾斜
を一定に保ちつつ目標値出力手段からの光軸方向の目標
値と演算手段の算出結果とに基づいて当該感光基板表面
の露光フィールドの光軸方向の位置が投影光学系の結像
面の光軸方向の中心に一致するように調整手段を制御す
ることから、凹凸の少ない感光基板に対しては高い追従
性を確保するとともに、凹凸の程度の激しい感光基板に
対しては制御に破綻をきたすことのない安定な合焦動作
を行うことができるという従来にない優れた効果があ
る。
As described above, according to the present invention,
While the determination means in the control means makes an affirmative determination, the exposure field on the surface of the photosensitive substrate coincides with the image plane of the projection optical system based on the target value from the target value output means and the calculation result of the calculation means. The adjustment means is controlled so that the target value in the optical axis direction from the target value output means and the calculation result of the calculation means are maintained while the determination means makes a negative determination. The adjusting means is controlled so that the position in the optical axis direction of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate coincides with the center of the image plane of the projection optical system in the optical axis direction. As a result, there is an unprecedented excellent effect that a high follow-up property can be secured and a stable focusing operation can be performed on a photosensitive substrate having a large degree of unevenness without causing control failure.

【0089】特に、請求項8ないし9に記載の発明によ
れば、上記効果に加え、X軸及びY軸方向のいずれか一
方の傾斜偏差のみが許容範囲外である場合には、制御手
段では制御モードを一方の軸方向の傾斜を一定に保ちつ
つ感光基板表面の露光フィールドの光軸方向の位置及び
他方の軸方向の傾斜を目標値出力手段からの目標値と第
2の検出手段で検出した傾斜量とに基づいて調整手段を
制御する第3、第4制御モードに切り換えることから、
より正確できめ細やかなフォーカス、レベリング動作を
制御に破綻を来すことなく、実行できるという効果があ
る。
In particular, according to the invention described in claims 8 to 9, in addition to the above effects, when only the inclination deviation in either the X-axis direction or the Y-axis direction is outside the allowable range, the control means The position of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate in the optical axis direction and the inclination of the other axial direction are detected by the target value from the target value output means and the second detecting means while keeping the control mode constant in the one axial direction inclination. Since the mode is switched to the third and fourth control modes for controlling the adjusting means based on the tilt amount,
There is an effect that a more accurate and fine focus and leveling operation can be executed without causing a failure in control.

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

【図1】一実施例に係るステップ・アンド・スキャン方
式の投影露光装置を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a step-and-scan projection exposure apparatus according to an embodiment.

【図2】図1の基板テーブル及びその駆動機構の詳細を
示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing details of a substrate table and a drive mechanism thereof in FIG.

【図3】図1のフォーカスセンサの検出原理を説明する
ための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the detection principle of the focus sensor of FIG.

【図4】図1のフォーカスセンサを構成する個々のセン
サの配置を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an arrangement of individual sensors forming the focus sensor of FIG.

【図5】図1の装置のフォーカス制御系の構成を示すブ
ロック図である。
5 is a block diagram showing a configuration of a focus control system of the apparatus shown in FIG.

【図6】図1のZ位置駆動部の具体的構成例を示す断面
図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a specific configuration example of the Z position drive unit in FIG.

【図7】制御モード判定部における制御モードの判定及
びこれに伴う制御モードの切り換えを説明するための流
れ図である。
FIG. 7 is a flowchart for explaining the control mode determination in the control mode determination unit and the switching of the control modes associated therewith.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7 フォーカスセンサ 10 基板テーブル 21A,22A,23A アクチュエータ 21B,22B,23B エンコーダ 25 目標値出力部 27 最小2乗法近似部 28 制御モード判定部 29 非干渉化器 30 座標変換器 31 コントローラ 32 マルチプレクサ 60 Zティルトステージ W ウエハ R レチクル PL 投影光学系 7 Focus Sensor 10 Substrate Table 21A, 22A, 23A Actuator 21B, 22B, 23B Encoder 25 Target Value Output Section 27 Least Square Approximation Section 28 Control Mode Determining Section 29 Decoupling Unit 30 Coordinate Converter 31 Controller 32 Multiplexer 60 Z Tilt Stage W Wafer R Reticle PL Projection optical system

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 525L 525X Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/30 525L 525X

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 パターンが形成されたマスクを照明し、
当該マスクのパターンの一部の像を投影光学系を介して
基板テーブル上に載置された感光基板上の露光フィール
ドに投影した状態で、前記マスク及び前記感光基板を前
記投影光学系に対して同期して走査する投影露光装置で
あって、 前記感光基板表面の露光フィールド内の前記投影光学系
の光軸方向の位置を検出する第1の検出手段と;前記感
光基板表面の前記光軸方向の位置及び前記光軸直交面に
対する傾斜を調整する調整手段と;前記第1の検出手段
からの検出情報に基づいて、前記感光基板表面の露光フ
ィールドの前記光軸方向の第1位置及び前記光軸直交面
からの前記露光フィールドの第1傾斜量を算出する演算
手段と;前記感光基板表面の露光フィールドの前記光軸
方向の目標位置及び目標傾斜量を出力する目標値出力手
段と;前記目標値出力手段からの目標値と前記演算手段
の算出結果とに基づいて、前記目標位置と第1位置との
差及び前記目標傾斜量と前記第1傾斜量との差の少なく
とも一方に基づいて定められる前記調整手段に対する制
御量の指令値が前記調整手段の制御範囲内にあるか否か
を判定する判定手段と;前記判定手段が肯定的判定を行
っている間は前記目標位置及び目標傾斜量並びに前記第
1位置及び第1傾斜量に基づいて、前記感光基板表面の
露光フィールドが前記投影光学系の結像面に一致するよ
うに前記調整手段を制御し、前記判定手段が否定的判定
を行っている間は前記感光基板表面の傾斜を一定に保ち
つつ前記目標位置と前記第1位置とに基づいて、前記感
光基板表面の露光フィールドの光軸方向の位置が前記投
影光学系の結像面の光軸方向の中心に一致するように前
記調整手段を制御する制御手段とを有する投影露光装
置。
1. Illuminating a patterned mask,
With the image of a part of the pattern of the mask projected onto the exposure field on the photosensitive substrate placed on the substrate table through the projection optical system, the mask and the photosensitive substrate are projected to the projection optical system. A projection exposure apparatus that scans in synchronization, comprising: first detection means for detecting a position of the projection optical system in an optical axis direction within an exposure field of the photosensitive substrate surface; and the optical axis direction of the photosensitive substrate surface. And a first position in the optical axis direction of the exposure field of the photosensitive substrate surface based on the detection information from the first detecting means, Computing means for calculating a first tilt amount of the exposure field from an axis orthogonal plane; target value output means for outputting a target position and a target tilt amount of the exposure field on the photosensitive substrate surface in the optical axis direction; Based on the target value from the target value output means and the calculation result of the calculation means, based on at least one of the difference between the target position and the first position and the difference between the target tilt amount and the first tilt amount. Determination means for determining whether or not the command value of the control amount for the adjustment means defined within the control range of the adjustment means; and the target position and the target while the determination means makes a positive determination. Based on the tilt amount and the first position and the first tilt amount, the adjusting means is controlled so that the exposure field on the surface of the photosensitive substrate coincides with the image plane of the projection optical system, and the judging means makes a negative result. While performing the determination, the position of the exposure field on the photosensitive substrate surface in the optical axis direction of the projection optical system is determined based on the target position and the first position while keeping the inclination of the photosensitive substrate surface constant. Optical axis of image plane Projection exposure apparatus and a control means for controlling said adjusting means so as to coincide with the center of the.
【請求項2】 前記基板テーブルの前記光軸と直交する
面からの第2傾斜量を検出する第2の検出手段を更に有
し、 前記目標値出力手段は、前記判定手段の判定結果が肯定
的判定から否定的判定に転じた場合、前記第2の検出手
段で検出された前記第2傾斜量を前記制御手段へ送出す
ることを特徴とする請求項1に記載の投影露光装置。
2. A second detection means for detecting a second inclination amount from a plane of the substrate table orthogonal to the optical axis, the target value output means being positive in the determination result of the determination means. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein when the positive determination is changed to the negative determination, the second tilt amount detected by the second detection means is sent to the control means.
【請求項3】 前記制御量の指令値は前記調整手段に対
する速度指令値であることを特徴とする請求項1に記載
の投影露光装置。
3. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the command value of the control amount is a speed command value for the adjusting means.
【請求項4】 パターンが形成されたマスクを照明し、
当該マスクのパターンの一部の像を投影光学系を介して
基板テーブル上に載置された感光基板上の露光フィール
ドに投影した状態で、前記マスク及び前記感光基板を前
記投影光学系に対して同期して走査する投影露光装置で
あって、 前記感光基板表面の露光フィールド内の前記投影光学系
の光軸方向の位置を検出する第1の検出手段と;前記感
光基板表面の前記光軸方向の位置及び前記光軸と直交す
る面からの傾斜を調整する調整手段と;前記第1の検出
手段からの検出情報に基づいて、前記感光基板表面の前
記露光フィールドの前記光軸方向の第1位置及び前記光
軸と直交する面からの第1傾斜量を算出する演算手段
と;前記感光基板表面の露光フィールドの前記光軸方向
の目標位置及び目標傾斜量を出力する目標値出力手段
と;前記基板テーブルの前記光軸と直交する面からの第
2傾斜量を検出する第2の検出手段と;前記目標値出力
手段からの目標値と前記演算手段の算出結果とに基づい
て、前記目標位置と第1位置との差及び前記目標傾斜量
と前記第1傾斜量との差の少なくとも一方に基づいて定
められる前記調整手段に対する制御量の指令値が前記調
整手段の制御範囲内にあるか否かを判定する判定手段
と;前記判定手段の判定結果に応じて、前記目標位置及
び目標傾斜量並びに前記第1位置及び第1傾斜量に基づ
いて前記調整手段を制御する第1制御モードと、前記感
光基板表面の傾斜を一定に保ちつつ前記目標位置と前記
第1位置とに基づいて前記感光基板表面の露光フィール
ドの光軸方向の位置が前記投影光学系の結像面の光軸方
向の中心に一致するように前記調整手段を制御する第2
制御モードとを切り換える制御手段とを有する投影露光
装置。
4. Illuminating the patterned mask,
With the image of a part of the pattern of the mask projected onto the exposure field on the photosensitive substrate placed on the substrate table through the projection optical system, the mask and the photosensitive substrate are projected to the projection optical system. 1. A projection exposure apparatus that scans in synchronization, comprising: first detection means for detecting a position in the optical axis direction of the projection optical system within an exposure field on the surface of the photosensitive substrate; Adjusting means for adjusting the position and the inclination from a plane orthogonal to the optical axis; and a first means in the optical axis direction of the exposure field of the photosensitive substrate surface, based on detection information from the first detecting means. Computing means for calculating a position and a first tilt amount from a plane orthogonal to the optical axis; target value output means for outputting a target position and a target tilt amount in the optical axis direction of an exposure field on the surface of the photosensitive substrate; The substrate Second detection means for detecting a second amount of inclination from a surface of the table orthogonal to the optical axis; and the target position based on the target value from the target value output means and the calculation result of the calculation means. Whether the command value of the control amount for the adjusting means, which is determined based on at least one of the difference from the first position and the difference between the target inclination amount and the first inclination amount, is within the control range of the adjusting means. A first control mode for controlling the adjusting means based on the target position and the target tilt amount, and the first position and the first tilt amount according to the determination result of the determination means; Based on the target position and the first position while keeping the inclination of the surface of the photosensitive substrate constant, the position in the optical axis direction of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate is the center of the image plane of the projection optical system in the optical axis direction. Said to match Second controlling means
A projection exposure apparatus having control means for switching between control modes.
【請求項5】 前記第1傾斜量は、前記感光基板表面の
当該感光基板の走査方向であるX軸方向の第1X傾斜量
及び前記X軸と直交するY軸方向の第1Y傾斜量を含
み、 前記第2傾斜量は、前記基板テーブルのX軸方向の第2
X傾斜量及び前記Y軸方向の第2Y傾斜量を含み、 前記目標傾斜量は、前記X軸方向の目標X傾斜量及び前
記Y軸方向の目標Y傾斜量を含むことを特徴とする請求
項4に記載の投影露光装置。
5. The first tilt amount includes a first X tilt amount in an X-axis direction which is a scanning direction of the photosensitive substrate on a surface of the photosensitive substrate and a first Y tilt amount in a Y-axis direction orthogonal to the X-axis. , The second tilt amount is a second amount in the X-axis direction of the substrate table.
An X tilt amount and a second Y tilt amount in the Y axis direction are included, and the target tilt amount includes a target X tilt amount in the X axis direction and a target Y tilt amount in the Y axis direction. 4. The projection exposure apparatus according to item 4.
【請求項6】 前記判定手段は、判定条件として、前記
目標位置と前記第1位置との差、前記目標X傾斜量と第
1X傾斜量との差及び前記目標Y傾斜量と第1Y傾斜量
との差に基づいた前記調整手段に対する速度の指令値が
第1速度を越えたか否かを判断する第1条件を有するこ
とを特徴とする請求項5に記載の投影露光装置。
6. The determination means, as the determination conditions, the difference between the target position and the first position, the difference between the target X tilt amount and the first X tilt amount, and the target Y tilt amount and the first Y tilt amount. 6. The projection exposure apparatus according to claim 5, wherein the projection exposure apparatus has a first condition for determining whether or not a speed command value for the adjusting means exceeds a first speed based on a difference between and.
【請求項7】 前記制御手段は、前記第1条件を満たさ
ない場合に前記第1制御モードに切り換え、前記第1条
件を満たした場合に前記第2制御モードに切り換えるこ
とを特徴とする請求項6に記載の投影露光装置。
7. The control means switches to the first control mode when the first condition is not satisfied, and switches to the second control mode when the first condition is satisfied. 6. The projection exposure apparatus according to item 6.
【請求項8】 前記判定手段は、判定条件として、前記
目標位置と前記第1位置との差及び前記目標X傾斜量と
第1X傾斜量との差に基づいた前記調整手段に対する速
度の指令値が第2速度を越えたか否かを判断する第2条
件と、前記目標位置と前記第1位置との差及び前記目標
Y傾斜量と第1Y傾斜量との差に基づいた前記調整手段
に対する速度の指令値が第3速度を越えたか否かを判断
する第3条件とを更に有することを特徴とする請求項6
に記載の投影露光装置。
8. The speed determining command value for the adjusting means based on the difference between the target position and the first position and the difference between the target X tilt amount and the first X tilt amount as the judgment conditions. To the adjusting means based on a second condition for determining whether the speed exceeds a second speed, a difference between the target position and the first position, and a difference between the target Y tilt amount and the first Y tilt amount. 7. A third condition for determining whether or not the command value of 4 exceeds the third speed.
3. The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項9】 前記制御手段は、前記第1、第2条件を
満たし且つ前記第3条件を満たさない場合に、前記目標
位置、目標X傾斜量及び目標Y傾斜量並びに前記第1位
置、第2X傾斜量及び第1Y傾斜量に基づいて、前記調
整手段を制御する第3制御モードに切り換え、前記第1
条件を満たし且つ前記第2条件を満たさない場合に、前
記目標位置、目標X傾斜量及び目標Y傾斜量並びに前記
第1位置、第1X傾斜量及び第2Y傾斜量に基づいて前
記調整手段を制御する第4制御モードに切り換えること
を特徴とする請求項8に記載の投影露光装置。
9. The control means, when the first and second conditions are satisfied and the third condition is not satisfied, the target position, the target X tilt amount, the target Y tilt amount, the first position, and the first position, Based on the 2X tilt amount and the first Y tilt amount, switching to a third control mode for controlling the adjusting means,
When the condition is satisfied and the second condition is not satisfied, the adjusting unit is controlled based on the target position, the target X tilt amount, the target Y tilt amount, and the first position, the first X tilt amount, and the second Y tilt amount. 9. The projection exposure apparatus according to claim 8, wherein the projection exposure apparatus is switched to the fourth control mode.
【請求項10】 パターンが形成されたマスクを照明
し、当該マスクのパターンの一部の像を投影光学系を介
して基板テーブル上に載置された感光基板上の所定の露
光フィールドに投影した状態で、前記マスク及び前記感
光基板を前記投影光学系に対して同期して走査する投影
露光装置であって、 前記感光基板表面の露光フィールド内における前記投影
光学系の光軸方向の第1位置及び前記光軸と直交する面
からの第1傾斜量を検出する第1の検出部と;前記基板
テーブルの前記光軸方向の位置及び前記光軸と直交する
面からの傾斜量を調整する調整手段;前記基板テーブル
の前記光軸と直交する面からの第2傾斜量を検出する第
2の検出手段;前記感光基板表面の露光フィールドの前
記光軸方向の目標位置及び前記光軸と直交する面からの
目標傾斜量を出力する目標値出力手段と;前記第1位置
及び第1傾斜量並びに前記目標位置及び目標傾斜量に基
づいて、前記第1傾斜量又は前記第2傾斜量のいずれか
を切り換え出力する切換手段と;前記第1傾斜量又は前
記第2傾斜量のいずれか、前記第1位置、前記目標位置
及び前記目標傾斜量に基づいて、前記調整手段を制御す
る制御手段とを有する投影露光装置。
10. A pattern-formed mask is illuminated, and an image of a part of the pattern of the mask is projected through a projection optical system onto a predetermined exposure field on a photosensitive substrate mounted on a substrate table. A projection exposure apparatus that scans the mask and the photosensitive substrate in synchronization with the projection optical system in a state, wherein the first position in the optical axis direction of the projection optical system within the exposure field on the surface of the photosensitive substrate. And a first detector for detecting a first tilt amount from a plane orthogonal to the optical axis; an adjustment for adjusting a position of the substrate table in the optical axis direction and a tilt amount from a plane orthogonal to the optical axis. Means; second detecting means for detecting a second tilt amount from a plane of the substrate table orthogonal to the optical axis; orthogonal to the target position in the optical axis direction of the exposure field on the surface of the photosensitive substrate and the optical axis. From the surface Target value output means for outputting a target tilt amount; switching output of either the first tilt amount or the second tilt amount based on the first position and the first tilt amount and the target position and the target tilt amount Projection exposure having switching means for controlling the adjusting means based on either the first tilt amount or the second tilt amount, the first position, the target position, and the target tilt amount. apparatus.
【請求項11】 前記第1の検出部は、前記感光基板表
面の露光フィールド内における前記光軸方向の位置を求
める複数のセンサと、当該複数のセンサからの検出位置
に基づき前記第1位置及び第1傾斜量を算出する算出部
とを有し、 前記第2の検出手段は、前記基板テーブルの前記光軸方
向の位置を求める複数のエンコーダと、前記エンコーダ
から前記基板テーブルの傾斜量を算出する座標変換部と
を有することを特徴とする請求項10に記載の投影露光
装置。
11. The first detecting unit includes a plurality of sensors for obtaining a position in the optical axis direction within an exposure field on the surface of the photosensitive substrate, and the first position and the first position based on the detection positions from the plurality of sensors. A second calculation unit that calculates a first tilt amount, and the second detection unit calculates a tilt amount of the substrate table from the plurality of encoders that obtain a position of the substrate table in the optical axis direction. The projection exposure apparatus according to claim 10, further comprising:
【請求項12】 パターンが形成されたマスクを照明
し、当該マスクのパターンの一部の像を投影光学系を介
して基板テーブル上に載置された感光基板上の露光フィ
ールドに投影した状態で、前記マスク及び前記感光基板
を前記投影光学系に対して同期して走査する投影露光方
法であって、 前記感光基板表面の露光フィールドの前記光軸方向の目
標位置及び目標傾斜量を出力する第1工程と;前記感光
基板表面の露光フィールド内の前記投影光学系の光軸方
向の位置を検出する第2工程と;前記第2工程で検出し
た結果に基づいて、前記感光基板表面の露光フィールド
の前記光軸方向の第1位置及び前記光軸直交面からの前
記露光フィールドの第1傾斜量を算出する第3工程と;
前記目標位置と第1位置との差及び目標傾斜量と第1傾
斜量との差の少なくとも一方に基づいて定まる、前記感
光基板の光軸方向位置及び前記光軸直交面からの傾斜の
制御量が所定の制御範囲内にあるか否かを判定する第4
工程と;肯定的判定ならば前記目標位置及び目標傾斜量
並びに前記第1位置及び第1傾斜量に基づいて、前記感
光基板表面の露光フィールドが前記投影光学系の結像面
に一致するように前記感光基板の位置・姿勢を制御し、
否定的判定ならば前記感光基板表面の傾斜を一定に保ち
つつ前記目標位置と前記第1位置とに基づいて、当該露
光フィールドの光軸方向の位置が前記投影光学系の結像
面の光軸方向の中心に一致するように前記感光基板の位
置を制御する第5工程とを含む投影露光方法。
12. A state in which a mask having a pattern formed thereon is illuminated and an image of a part of the pattern of the mask is projected onto an exposure field on a photosensitive substrate mounted on a substrate table through a projection optical system. A projection exposure method for scanning the mask and the photosensitive substrate in synchronization with the projection optical system, which outputs a target position and a target tilt amount in the optical axis direction of an exposure field on the surface of the photosensitive substrate. 1 step; a second step of detecting the position of the projection optical system in the optical axis direction within the exposure field of the surface of the photosensitive substrate; and an exposure field of the surface of the photosensitive substrate based on the result detected in the second step. A third step of calculating a first position in the optical axis direction and a first tilt amount of the exposure field from the plane orthogonal to the optical axis;
The optical axis direction position of the photosensitive substrate and the control amount of the inclination from the plane orthogonal to the optical axis, which are determined based on at least one of the difference between the target position and the first position and the difference between the target inclination amount and the first inclination amount. For determining whether or not is within a predetermined control range
Step; if the determination is affirmative, the exposure field on the surface of the photosensitive substrate matches the image plane of the projection optical system based on the target position and the target tilt amount and the first position and the first tilt amount. Control the position and orientation of the photosensitive substrate,
If a negative determination is made, the position of the exposure field in the optical axis direction is the optical axis of the image plane of the projection optical system based on the target position and the first position while keeping the inclination of the photosensitive substrate surface constant. A fifth step of controlling the position of the photosensitive substrate so as to coincide with the center of the direction.
【請求項13】 前記基板テーブルの前記光軸直交面か
らの第2傾斜量を検出する第6工程を更に含み、 前記第4工程における判定結果が肯定的判定から否定的
判定に転じた場合、前記第5工程において、前記第2傾
斜量に基づいて前記感光基板の姿勢を一定に保つことを
特徴とする請求項11に記載の投影露光方法。
13. The method further comprises a sixth step of detecting a second amount of inclination of the substrate table from the plane orthogonal to the optical axis, wherein the determination result in the fourth step changes from a positive determination to a negative determination, The projection exposure method according to claim 11, wherein, in the fifth step, the posture of the photosensitive substrate is kept constant based on the second tilt amount.
【請求項14】 前記制御量が前記感光基板の位置・姿
勢の少なくとも一方を制御するための速度指令値である
ことを特徴とする請求項12に記載の投影露光方法。
14. The projection exposure method according to claim 12, wherein the control amount is a speed command value for controlling at least one of a position and a posture of the photosensitive substrate.
【請求項15】 パターンが形成されたマスクを照明
し、該マスクのパターンの一部の像を投影光学系を介し
て基板テーブル上に載置された感光基板上の所定の露光
フィールドに投影した状態で、前記マスク及び前記感光
基板を前記投影光学系に対して同期して走査する投影露
光方法であって、 前記感光基板表面の露光フィールドの前記光軸方向の目
標位置及び前記光軸と直交する面からの目標傾斜量を出
力する第1工程と;前記感光基板表面の露光フィールド
内における前記投影光学系の光軸方向の第1位置及び前
記光軸と直交する面からの第1傾斜量を検出する第2工
程と;前記基板テーブルの前記光軸と直交する面からの
第2傾斜量を検出する第3工程と;前記第1位置及び第
1傾斜量並びに前記目標位置及び目標傾斜量に基づい
て、前記基板テーブルの姿勢を制御するために前記第1
傾斜量又は前記第2傾斜量のいずれかを切り換え出力す
る第4工程と;前記基板テーブルの前記光軸方向の位置
及び前記光軸と直交する面からの傾斜量を、前記第4工
程で出力された第1傾斜量又は第2傾斜量、前記目標位
置、前記目標傾斜量及び前記第1位置及びに基づいて制
御する第5工程とを含む投影露光方法。
15. A mask on which a pattern is formed is illuminated, and an image of a part of the pattern of the mask is projected onto a predetermined exposure field on a photosensitive substrate mounted on a substrate table through a projection optical system. In this state, a projection exposure method for scanning the mask and the photosensitive substrate in synchronization with the projection optical system, comprising: a target position in the optical axis direction of an exposure field on the surface of the photosensitive substrate and a direction orthogonal to the optical axis. A first step of outputting a target tilt amount from the surface to be processed; a first position in the optical axis direction of the projection optical system in the exposure field on the surface of the photosensitive substrate, and a first tilt amount from a surface orthogonal to the optical axis. And a third step of detecting a second tilt amount from a plane of the substrate table orthogonal to the optical axis; a first position and a first tilt amount, and a target position and a target tilt amount. On the basis of, Wherein in order to control the attitude of the serial substrate table first
A fourth step of switching and outputting either the tilt amount or the second tilt amount; and outputting the tilt amount from the position of the substrate table in the optical axis direction and the plane orthogonal to the optical axis in the fourth step. And a fifth step of controlling based on the first tilt amount or the second tilt amount, the target position, the target tilt amount, and the first position which have been performed.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011090208A (en) * 2009-10-23 2011-05-06 Omron Corp Autofocus controller and measurement processing device using such control, and autofocus control method

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