JPH10284366A - Focal point position detecting equipment and focal point position detecting method - Google Patents

Focal point position detecting equipment and focal point position detecting method

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JPH10284366A
JPH10284366A JP9083565A JP8356597A JPH10284366A JP H10284366 A JPH10284366 A JP H10284366A JP 9083565 A JP9083565 A JP 9083565A JP 8356597 A JP8356597 A JP 8356597A JP H10284366 A JPH10284366 A JP H10284366A
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JP
Japan
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measurement points
focus position
detection
position detecting
substrate
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JP9083565A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsuneo Miyai
恒夫 宮井
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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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
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the optimum focal point position, by selecting a plurality of measuring points from detected results of a detecting part before and after a specified very small distance travel, on the basis of the result of an operation part. SOLUTION: A driving part 22 moves an XY stage 21 in the X direction and the Y direction by a very small distance under the command of a MCU 30. The XY stage 21 is moved by a very small distance ΔP, and the difference of measured values of hight positions before and after the movement is obtained. When one out of the obtained difference value is greater than or equal to a specified threshold value, the MCU 30 detects the measured point as a measured point positioned at a step-difference part, does not select the measured point positioned at the step-difference part, and selects a measured point which does not positioned at the step-difference part. The value averaged by using the measured value at the selected measured point is made the optimum height position for exposure in a shot region.

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】本発明は焦点位置検出装置及
び方法に関し、特に半導体製造に使用される露光装置用
の焦点位置検出装置及び方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a focus position detecting device and method, and more particularly to a focus position detecting device and method for an exposure apparatus used in semiconductor manufacturing.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、露光装置に使用される焦点位
置検出装置としては、本願と同一の出願人が提案した特
開昭58−113706号公報等に開示されているよう
に、投影光学系によってマスクパターンが転写される位
置に位置決めされた基板としての半導体ウエハ(以下、
ウエハと称す。)に対し、斜め方向から検出光を照射す
る、いわゆる斜入射方式の焦点位置検出装置が用いられ
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a focus position detecting device used for an exposure apparatus, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-113706 proposed by the same applicant as the present application, a projection optical system has been proposed. Semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a substrate) positioned at a position where a mask pattern is transferred by
Called wafer. ), A so-called oblique incidence type focus position detection device that irradiates detection light from an oblique direction is used.

【0003】この焦点位置検出装置は、ウエハの表面を
被検査面とし、この被検査面にスリット状のパターンを
スリットの長手方向が、入射光と反射光で張る平面、即
ち入射面と垂直になるような方向で投射し、その反射光
を光電変換素子でなる検出手段上で再結像させ、検出手
段上の反射光の入射位置を検知し得るようになされてい
る。
In this focus position detecting device, the surface of a wafer is used as a surface to be inspected, and a slit-like pattern is formed on the surface to be inspected so that the longitudinal direction of the slit is a plane extending between incident light and reflected light, that is, perpendicular to the incident surface. The reflected light is projected in such a direction as to form an image on the detecting means comprising a photoelectric conversion element, and the incident position of the reflected light on the detecting means can be detected.

【0004】ところで、近年においてはLSIの高集積
化に伴い、ウエハ上の露光領域(ショット領域)に対し
て微細なパターンを転写することが望まれており、これ
に対応するために投影光学系の開口数NA(Numerical
Aperture)は大きく構成されている。しかし、この開口
数NAを大きくすることにより投影光学系の焦点深度が
浅くなるので、露光領域をより正確かつ確実に投影光学
系の焦点位置(焦点深度内)に位置づけることが望まれ
ている。
In recent years, with the increase in integration of LSIs, it has been desired to transfer a fine pattern to an exposure area (shot area) on a wafer. Numerical aperture NA (Numerical
Aperture) is largely composed. However, since the depth of focus of the projection optical system is reduced by increasing the numerical aperture NA, it is desired that the exposure area be more accurately and reliably positioned at the focal position (within the depth of focus) of the projection optical system.

【0005】また、露光装置による露光領域の大型化が
進んでおり、1回の露光でLSIチップ自体の露光面積
の大型化を図った焼き付けを行ったり、或いは1回の露
光で複数のLSIチップの焼き付けを行っている。この
ため、大型化等が進む露光領域全体をより正確かつ確実
に投影光学系の焦点位置(焦点深度内)に位置づけるこ
とが望まれている。
[0005] In addition, the size of the exposure area has been increased by the exposure apparatus, and printing has been performed to increase the exposure area of the LSI chip itself in one exposure, or a plurality of LSI chips have been exposed in one exposure. Is being burned. For this reason, it is desired to position the entire exposure region, which is increasing in size or the like, more accurately and reliably at the focal position (within the depth of focus) of the projection optical system.

【0006】ところが、最近の半導体素子製造等はウエ
ハ上に多くの複雑な構造のパターンを積み重ねて製造さ
れるため、ウエハ上の露光面の平坦性は悪くなる傾向に
ある。そのため、ウエハのショット領域内の凹凸の状態
を計測し、この計測結果を考慮してそのショット領域の
平均的な面を投影光学系による結像面に合わせ込む技術
が行われている。例えば、特開平2−198130号公
報においては、ウエハの投影光学系の光軸方向の位置を
固定してそのウエハを光軸方向に移動させて、ウエハ上
のショット領域内の複数の計測点で投影光学系の光軸方
向の高さ位置を計測する。そして、これら複数の計測点
における高さ位置の平均値を求めることにより、そのシ
ョット領域内でのパターンの構造や配置の相違に起因す
る焦点位置の補正値(以下、適宜オフセット値と称
す。)を求める焦点位置検出方法が開示されている。
However, in recent semiconductor device manufacturing and the like, since many complicated structures are stacked on a wafer and manufactured, the flatness of an exposed surface on the wafer tends to be deteriorated. For this reason, a technique has been used in which the state of unevenness in a shot area of a wafer is measured, and an average surface of the shot area is adjusted to an image plane formed by a projection optical system in consideration of the measurement result. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-198130, the position of the wafer in the optical axis direction of the projection optical system is fixed, and the wafer is moved in the optical axis direction. The height position of the projection optical system in the optical axis direction is measured. Then, by calculating the average value of the height positions at the plurality of measurement points, a correction value of the focal position caused by a difference in the structure and arrangement of the pattern in the shot area (hereinafter, appropriately referred to as an offset value). Is disclosed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の焦
点位置検出装置では、所定のショット領域内の複数の特
定の計測点で計測された高さ位置を平均化することによ
り、焦点位置のオフセット位置を求め、最適な焦点位置
を決定していた。しかしながら、実際には各ショット領
域の露光面の凹凸の状態は、プロセス構造(パターンの
配置やプロセス段差等)によって様々であり、単に複数
の計測点での高さ位置を平均化するだけでは、各ショッ
ト領域を最適な状態で投影光学系の結像面に合わせ込む
ことが困難であった。
As described above, in the conventional focus position detecting device, the height positions measured at a plurality of specific measurement points in a predetermined shot area are averaged, so that the focus position is detected. The optimum focus position was determined by determining the offset position. However, actually, the state of the unevenness of the exposure surface of each shot region varies depending on the process structure (pattern arrangement, process step, etc.), and simply averaging the height positions at a plurality of measurement points will not be sufficient. It has been difficult to match each shot area to the imaging plane of the projection optical system in an optimal state.

【0008】すなわち、図3に示すように、ショット領
域内に設けられた複数の計測点のうちの何れかの計測点
がプロセス構造に起因する段差部分に位置する場合、そ
の計測点における計測値を用いると、所望の平均化が行
われず、そのショット領域内の焦点位置のオフセット値
の精度が悪化するという不都合が生じていた。ここで、
さらに具体的に説明すると、段差部分に位置する計測点
では、同一の計測点領域内で段差の上部(以下、段差上
部と言う。)と段差の下部(以下、段差下部と言う。)
とが存在していることになる。このため、例えば計測点
に対してスリット像を投射し、そのスリット像の横ずれ
量に対応した検出信号を生成することにより高さ位置を
検出する手法において、スリット像の横ずれ量が段差上
部と段差下部とで異なり、高さ位置は横ずれ量が平均さ
れた量に対応した値として検出されてしまう。つまり、
段差部分に位置する計測点における高さ位置は、段差上
部と段差下部との中間として検出されてしまうことにな
る。従って、焦点位置の補正値を求める際、段差部分に
位置する計測点を含めてしまうと、理論上の焦点位置の
補正値と、複数の計測点で実測された計測値に基づく焦
点位置の補正値とが異なってしまい、最適な焦点位置を
検出することが不可能となる。本発明は上記課題のも
と、最適な焦点位置を検出して高精度な露光を可能とす
ることを目的とする。
That is, as shown in FIG. 3, when any one of a plurality of measurement points provided in a shot area is located at a step portion caused by a process structure, a measurement value at the measurement point is obtained. However, when averaging is used, the desired averaging is not performed, and the accuracy of the offset value of the focal position in the shot area deteriorates. here,
More specifically, at a measurement point located at a step portion, an upper portion of the step (hereinafter, referred to as an upper portion of the step) and a lower portion of the step (hereinafter, referred to as a lower portion of the step) within the same measurement point region.
And exists. For this reason, for example, in a method of projecting a slit image to a measurement point and generating a detection signal corresponding to the amount of lateral displacement of the slit image to detect the height position, the amount of lateral displacement of the slit image is Unlike the lower part, the height position is detected as a value corresponding to the average amount of the lateral shift amount. That is,
The height position at the measurement point located at the step is detected as being intermediate between the upper part of the step and the lower part of the step. Therefore, when the correction value of the focus position is obtained, if the measurement point located at the step is included, the correction value of the theoretical focus position and the correction of the focus position based on the measurement values actually measured at a plurality of measurement points Therefore, it is impossible to detect the optimum focus position. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to detect an optimum focus position and enable highly accurate exposure.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】第1発明(請求項1)の
焦点位置検出装置は、投影光学系を介してマスクパター
ンが転写される基板面の、前記投影光学系の光軸方向の
高さ位置を検出する焦点位置検出装置において、前記高
さ位置を検出する複数の計測点を有する検出部と、前記
基板と前記計測点の各々とを相対的に所定の微小距離移
動させた前後における前記検出部の検出結果を比較演算
する演算部と、前記演算部の結果に基づいて、前記複数
の計測点の選択を行う選択部とを有する構成とした。第
2発明(請求項2)では、第1発明について、さらに、
前記基板を保持するステージと、前記光軸方向とほぼ直
交するXY方向に前記ステージを駆動する駆動部とを有
し、前記駆動部は、前記ステージを所定の微少距離だけ
駆動することにより前記基板と前記計測点の各々とを相
対的に微少距離移動させる構成とした。第3発明(請求
項3)では、第2発明における前記駆動部は、前記ステ
ージをX方向及び/又はY方向に移動させる構成とし
た。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a focus position detecting apparatus, wherein a height of a substrate surface on which a mask pattern is transferred via a projection optical system in an optical axis direction of the projection optical system is set. In the focus position detection device for detecting the height position, a detection unit having a plurality of measurement points for detecting the height position, before and after moving the substrate and each of the measurement points relatively a predetermined minute distance An arithmetic unit for comparing and calculating the detection results of the detection unit, and a selection unit for selecting the plurality of measurement points based on the result of the arithmetic unit are provided. In the second invention (claim 2), regarding the first invention,
A stage for holding the substrate, and a driving unit for driving the stage in XY directions substantially orthogonal to the optical axis direction, wherein the driving unit drives the stage by a predetermined minute distance to And each of the measurement points is relatively moved a small distance. In a third invention (claim 3), the driving section in the second invention is configured to move the stage in the X direction and / or the Y direction.

【0010】第4発明(請求項4)では、第1発明から
第3発明の何れかについて、さらに、前記計測点の各々
の位置を前記基板上で移動させる移動手段を有し、前記
移動手段は、前記計測点の位置を所定の微少距離だけ移
動させることにより前記基板と前記計測点の各々とを相
対的に微少距離移動させること構成とした。第5発明
(請求項5)では、第1発明における前記演算部は、前
記ステージが所定の微小距離移動した前後における前記
検出結果に対して、前記複数の計測点の各々について当
該検出結果の差分を求めることを特徴とする構成とし
た。
In a fourth aspect of the present invention (claim 4), in any one of the first aspect to the third aspect, further comprising a moving means for moving each position of the measurement points on the substrate. Is configured to relatively move the substrate and each of the measurement points by a minute distance by moving the position of the measurement point by a predetermined minute distance. In a fifth invention (claim 5), the arithmetic unit according to the first invention is configured such that a difference between the detection result before and after the stage moves by a predetermined minute distance is obtained for each of the plurality of measurement points. Is obtained.

【0011】第6発明(請求項6)では、第5発明にお
ける前記選択手段は、前記演算部によって求められた差
分の値が所定の閾値を越えない計測点を選択する構成と
した。第7発明(請求項7)では、第1発明における前
記検出部は、前記基板上における前記投影視野内の複数
の計測点に対して、所定波長の光を前記投影光学系の光
軸に対して斜めから焦点検出用のパターンの像を投影す
る投射光学系と、前記複数の計測点からの反射光を集光
して前記複数の計測点上の焦点検出用のパターンの像を
再結像する受光光学系と、受光光学系により再結像され
た複数の像の各々の横ずれ量に対応した検出信号を生成
する複数の光電検出手段とを有する構成とした。第8発
明(請求項8)では、投影光学系を介してマスクパター
ンが転写される基板面の、前記投影光学系の光軸方向の
高さ位置を検出する焦点位置検出方法において、前記基
板上の複数の計測点の各々で、前記高さ位置を検出する
第1検出ステップと、前記第1検出ステップの後、前記
基板と前記複数の計測点の各々とを相対的に所定の微少
距離移動させるステップと、前記微小距離だけ移動した
後、前記複数の計測点の各々で前記高さ位置を検出する
第2検出ステップと、前記第1検出ステップ及び第2検
出ステップによって検出された高さ位置に基づいて演算
を行うステップと、 前記演算の結果に基づいて、前記
計測点の選択を行うステップとを含む構成とした。第9
発明(請求項9)では、第8発明における前記演算を行
うステップは、前記第1検出ステップ及び第2検出ステ
ップによって検出された高さ位置の差を求める構成とし
た。第10発明(請求項10)では、第8又は第9発明
における前記計測点の選択を行うステップは、前記高さ
位置の差が所定の閾値を越えない計測点を選択する構成
とした。
In a sixth aspect (claim 6), the selection means in the fifth aspect is configured to select a measurement point at which the value of the difference obtained by the arithmetic section does not exceed a predetermined threshold. In a seventh invention (claim 7), the detection unit according to the first invention is arranged such that light of a predetermined wavelength is transmitted to a plurality of measurement points in the projection field on the substrate with respect to an optical axis of the projection optical system. A projection optical system for projecting an image of a pattern for focus detection from an oblique direction, and condensing reflected light from the plurality of measurement points to re-image an image of the focus detection pattern on the plurality of measurement points. And a plurality of photoelectric detecting means for generating a detection signal corresponding to the lateral shift amount of each of the plurality of images re-formed by the light receiving optical system. According to an eighth aspect of the present invention, in the focus position detecting method for detecting a height position of the projection optical system in the optical axis direction on a substrate surface onto which a mask pattern is transferred via a projection optical system, A first detection step of detecting the height position at each of the plurality of measurement points, and after the first detection step, relatively moving the substrate and each of the plurality of measurement points by a predetermined minute distance Performing the step, a second detection step of detecting the height position at each of the plurality of measurement points after moving by the minute distance, and a height position detected by the first detection step and the second detection step And a step of selecting the measurement point based on a result of the calculation. Ninth
In the invention (claim 9), the step of performing the calculation in the eighth invention is configured to obtain a difference between the height positions detected by the first detection step and the second detection step. In a tenth aspect (claim 10), the step of selecting the measurement point in the eighth or ninth aspect is configured to select a measurement point whose height difference does not exceed a predetermined threshold.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態に係る
斜入射方式の焦点位置検出装置の概略的な構成を示す図
であり、以下に図1を参照して本発明の実施形態を説明
する。図1に示す焦点位置検出装置(以下、適宜AF装
置と称す。)は、多点AF装置である。多点AF装置と
は、投影レンズPLの投影視野内の複数箇所に、投影光
学系PLの光軸方向に関するウエハWの高さ位置或いは
焦点ずれを計測するための計測点を設けたものである。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an oblique incidence type focal position detecting apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an embodiment of the present invention will be described below. Will be described. The focus position detecting device (hereinafter, appropriately referred to as an AF device) shown in FIG. 1 is a multipoint AF device. The multi-point AF device is provided with measurement points for measuring the height position or defocus of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system PL at a plurality of locations in the projection field of view of the projection lens PL. .

【0013】図1において、ウエハW上に塗布されたレ
ジストに対して非感光性の照明光ILはスリット板1を
照射する。そして、スリット板1のスリットを通過した
光は、レンズ系2、ミラー3、絞り4、投光用対物レン
ズ5、及びミラー6を介してウエハWを斜めに照射す
る。この時、ウエハWの表面が最良結像面にあると、ス
リット板1のスリットの像がレンズ系2、対物レンズ5
によってウエハWの表面に結像される。また、対物レン
ズ5の光軸とウエハ表面との角度は5〜12度程度に設
定される。
In FIG. 1, a non-photosensitive illumination light IL irradiates a slit plate 1 with respect to a resist applied on a wafer W. The light passing through the slit of the slit plate 1 irradiates the wafer W obliquely via the lens system 2, the mirror 3, the aperture 4, the projection objective lens 5, and the mirror 6. At this time, if the surface of the wafer W is on the best image forming plane, the image of the slit of the slit plate 1 is changed to the lens system 2 and the objective lens 5.
Thereby, an image is formed on the surface of the wafer W. The angle between the optical axis of the objective lens 5 and the wafer surface is set to about 5 to 12 degrees.

【0014】さて、ウエハWで反射した複数のスリット
像の光束は、ミラー7、受光用対物レンズ8、レンズ系
9、振動ミラー10、及び平行平板(プレーンパラレ
ル)12を介して受光用スリット板14上に再結像され
る。振動ミラー10は、受光用スリット板14にできる
スリット像を、その長手方向と直交する方向に微小振動
させるものである。平行平板12は、スリット板14上
のスリットと、ウエハWからの反射スリット像の振動中
心との相対関係を、スリット長手方向と直交する方向に
シフトさせるものである。そして振動ミラー10は、発
振器(OSC)16からの駆動信号で駆動されるミラー
駆動部(M−DRV)11により振動される。
The light fluxes of the plurality of slit images reflected by the wafer W are passed through a mirror 7, a light receiving objective lens 8, a lens system 9, a vibration mirror 10, and a parallel plate (plane parallel) 12 to receive a light receiving slit plate. 14 is re-imaged. The vibrating mirror 10 minutely vibrates a slit image formed on the light receiving slit plate 14 in a direction orthogonal to the longitudinal direction. The parallel plate 12 shifts the relative relationship between the slit on the slit plate 14 and the center of vibration of the reflected slit image from the wafer W in a direction orthogonal to the slit longitudinal direction. The oscillating mirror 10 is oscillated by a mirror driving unit (M-DRV) 11 driven by a driving signal from an oscillator (OSC) 16.

【0015】このようにして、スリット像が受光用スリ
ット板14上で振動すると、スリット板14のスリット
を透過した光束は、センサ15で受光される。このセン
サ15は、スリット板14上の複数のスリット(14A1
〜14A25)の各々に対応して設けられた複数の受光素
子(光電変換素子)により形成されたものである。つま
り、本実施の態様においては、図3に図示されているよ
うに5×5の25点の計測点(スリット像)が設けられ
ているため、センサ15は25個の受光素子(15A1〜
15A25)で構成されている。ここでは、受光素子はシ
リコンフォトダイオード、又はフォトトランジスタを使
用するものとする。なお、図6は受光用スリット板14
の一つのスリット(14A1)とそれに対応する受光素子
(15A1)との配置を図示したものである。図1のセレ
クター回路13は、25個の受光素子で構成されるセン
サ15からの高さ位置に関する信号(以下、フォーカス
信号と称す。)を選択し、同期検波回路(PSD)17
に入力する。図2は、本実施態様の焦点検出系の処理回
路を示すブロック図であり、図2に示すようにセレクタ
ー回路13は5つの計測点からのフォーカス信号を選択
できるように図示されている。このPSD17にはOS
C.16からの駆動信号と同じ位相の交流信号が入力
し、この交流信号の位相を基準として同期整流が行われ
る。
As described above, when the slit image vibrates on the light receiving slit plate 14, the light beam transmitted through the slit of the slit plate 14 is received by the sensor 15. This sensor 15 has a plurality of slits (14A1
To 14A25) are formed by a plurality of light receiving elements (photoelectric conversion elements) provided corresponding to each of them. That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, since 5 × 5 25 measurement points (slit images) are provided, the sensor 15 has 25 light receiving elements (15A1 to 15A1).
15A25). Here, the light receiving element uses a silicon photodiode or a phototransistor. FIG. 6 shows the slit plate 14 for light reception.
1 illustrates the arrangement of one slit (14A1) and the corresponding light receiving element (15A1). The selector circuit 13 in FIG. 1 selects a signal (hereinafter, referred to as a focus signal) related to a height position from a sensor 15 composed of 25 light receiving elements, and a synchronous detection circuit (PSD) 17.
To enter. FIG. 2 is a block diagram showing a processing circuit of the focus detection system according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the selector circuit 13 is illustrated so that focus signals from five measurement points can be selected. This PSD 17 has OS
C. An AC signal having the same phase as that of the drive signal from 16 is input, and synchronous rectification is performed based on the phase of the AC signal.

【0016】この時、PSD17はセレクター回路13
によりセンサ15の中から選ばれた5つの計測点におけ
る出力信号を個別に同期検波するために、複数の検波回
路(17A〜17E)を備え、その各検波出力FS(F
Sa〜FSe)は主制御ユニット(MCU)30に出力さ
れる。検波出力信号FSは、いわゆるSカーブ信号と呼
ばれ、受光用スリット板14のスリット中心とウエハW
からの反射スリット像の振動中心とが一致したときに零
レベルとなり、ウエハWがその状態から上方に変位して
いるときは正のレベル、ウエハWが下方に変位している
ときは、負のレベルになる。従って、検波出力信号FS
が零レベルになるウエハWの高さ位置が合焦点として検
出される。
At this time, the PSD 17 is connected to the selector circuit 13.
A plurality of detection circuits (17A to 17E) for individually and synchronously detecting the output signals at the five measurement points selected from the sensors 15 by using the detection outputs FS (F
Sa to FSe) are output to the main control unit (MCU) 30. The detection output signal FS is called a so-called S-curve signal, and the center of the slit of the light receiving slit plate 14 and the wafer W
When the center of vibration of the reflected slit image from the center is coincident, the level becomes zero. When the wafer W is displaced upward from that state, the level is positive. When the wafer W is displaced downward, the level is negative. Become a level. Therefore, the detection output signal FS
Is detected as a focal point.

【0017】さて、図3はウエハWのショット領域SA
上に分布する計測点を図示したものであり、この各計測
点の各々はスリット板1を透過した光のスリット像であ
り、ウエハW上でX方向或いはY方向に対して45度傾
いた方向に延びたスリット像が形成されている。なお、
本実施態様では、図3に示すようにY方向に5つの計測
点を有する一つの検出列が、X方向に5列配列されたも
のを例に挙げて説明する。
FIG. 3 shows a shot area SA of the wafer W.
The measurement points distributed above are illustrated, and each of the measurement points is a slit image of light transmitted through the slit plate 1 and is a direction inclined on the wafer W by 45 degrees with respect to the X direction or the Y direction. Is formed. In addition,
In the present embodiment, an example will be described in which one detection row having five measurement points in the Y direction is arranged in five rows in the X direction as shown in FIG.

【0018】ショット領域SA内では、デバイス製造の
プロセスを経る度に凹凸の状態(プロセス構造)の変化
量が増すことが知られており、図3中の領域PA1とP
A2とは、プロセス構造の異なる領域を示している。そ
して、このプロセス構造の異なる領域PA1と領域PA
2との境界部分では段差が生じている。この場合、所定
の面積を有する計測点がこの段差部分に位置するとき
は、同一の計測点領域内においても段差(凹凸)の状態
が大きく異なることになる。図4(a)にはその様子が
図示されている。
It is known that in the shot area SA, the amount of change in the state of irregularities (process structure) increases each time a device manufacturing process is performed, and the areas PA1 and P2 in FIG.
A2 indicates an area having a different process structure. Then, the regions PA1 and PA2 having different process structures
A step occurs at the boundary portion with 2. In this case, when a measurement point having a predetermined area is located at this step portion, the state of the step (irregularity) greatly differs even within the same measurement point region. FIG. 4A shows this state.

【0019】ここで、図3において段差部分に位置して
いる計測点SPに着目してみると、図4(a)に示され
ているように計測点SPにおけるスリット像、すなわち
計測領域において、段差上部と段差下部との異なる高さ
面が存在している。従って、この段差部分に位置してい
る計測点SPにおけるフォーカス信号は、前述したよう
に領域PA1の高さと領域PA2の高さとの中間の高さ
を表す信号となる。これは、スリット板14を通過する
反射光が領域PA1若しくは領域PA2の何れからの反
射光であるのかをセンサ15が認識できないからであ
る。
Here, focusing on the measurement point SP located at the step portion in FIG. 3, as shown in FIG. 4A, the slit image at the measurement point SP, ie, in the measurement area, There are different height surfaces at the upper part of the step and at the lower part of the step. Therefore, the focus signal at the measurement point SP located at the step portion is a signal representing an intermediate height between the height of the area PA1 and the height of the area PA2 as described above. This is because the sensor 15 cannot recognize whether the reflected light passing through the slit plate 14 is the reflected light from the area PA1 or the area PA2.

【0020】図6において、保持フレーム14Bに保持
されたスリット板14のスリット14A1は、センサ15
に設けられた受光素子15A1の長手方向と平行になって
密着される。従って、領域PA1からの反射光の振動中
心と、領域PA2からの反射光の振動中心とが異なる状
態で図6に示す受光用スリット板14A1を通過し、セン
サ15A1はこの振動中心のことなる反射光を同時に受光
することとなる。このため、センサ15A1は、計測点S
Pにおける高さ位置を領域PA1と領域PA2との平均
値として検出することになる。
In FIG. 6, the slit 14A1 of the slit plate 14 held by the holding frame 14B is
The light receiving element 15A1 provided in the contact is closely attached in parallel with the longitudinal direction. Accordingly, the vibration center of the reflected light from the area PA1 and the vibration center of the reflected light from the area PA2 pass through the light receiving slit plate 14A1 shown in FIG. 6 in a state different from each other. Light will be received simultaneously. For this reason, the sensor 15A1
The height position at P is detected as the average value of the area PA1 and the area PA2.

【0021】なお、図4において、スリット像のY方向
に射影したときの長さLは、およそ2〜3mm程度であ
り、段差の高さhは、およそ1〜2μm程度である。前
述したように、ショット領域内の複数の計測点でのフォ
ーカス信号を平均してウエハの高さ位置を検出する場
合、このように段差上部と段差下部との平均値として求
めた高さ位置をウエハの高さ位置を求めるための平均計
算に用いることは好ましくない。従って、この悪影響を
及ぼす計測点、つまり段差部分に位置する計測点のフォ
ーカス信号は、平均計算において除去する必要がある。
この段差部分に位置する計測点の検出及び検出された計
測点におけるフォーカス信号の非選択とする詳細につい
ては後述する。
In FIG. 4, the length L when projecting the slit image in the Y direction is about 2-3 mm, and the height h of the step is about 1-2 μm. As described above, when detecting the height position of the wafer by averaging the focus signals at a plurality of measurement points in the shot area, the height position thus obtained as the average value of the upper step and the lower step is calculated as follows. It is not preferable to use it for the average calculation for obtaining the height position of the wafer. Therefore, it is necessary to remove the focus signal at the measurement point that has an adverse effect, that is, the focus signal at the measurement point located at the step portion in the average calculation.
Details of the detection of the measurement point located at the step and the non-selection of the focus signal at the detected measurement point will be described later.

【0022】ところで、感光基板としてのウエハWは、
Zレベリングステージ20に保持されている。また、Z
レベリングステージ20は、XYステージ21上に設け
られている。このXYステージ21は、MCU30の指
令のもと、駆動部22(モータとその制御回路とを含
む)により2次元平面内(図1中のXY平面内)で駆動
される。この駆動部22のXYステージ21に対する駆
動により、ウエハWを所定位置へ位置決める、或いはウ
エハWに設けられた複数のショット領域に対して順次露
光する等が可能となる。
Incidentally, a wafer W as a photosensitive substrate is
It is held on a Z leveling stage 20. Also, Z
The leveling stage 20 is provided on the XY stage 21. The XY stage 21 is driven in a two-dimensional plane (within the XY plane in FIG. 1) by a drive unit 22 (including a motor and its control circuit) under a command from the MCU 30. The driving of the driving unit 22 with respect to the XY stage 21 makes it possible to position the wafer W at a predetermined position or to sequentially expose a plurality of shot areas provided on the wafer W.

【0023】駆動部18は、Zレベリングステージ20
を投影レンズPLの光軸方向(Z軸方向)に駆動するの
Zレベリングステージ22を駆動は、XYステージ上に
設けられたZ駆動機構(不図示)を駆動部18が駆動す
ることにより行う。Z駆動機構は、Z軸方向に伸縮が可
能な少なくとも3つのピエゾ素子で構成され、MCU3
0の指令のもとで駆動部18がピエゾ素子を伸縮させる
ことによりZレベリングステージ22をZ軸方向に駆動
する。
The drive unit 18 includes a Z leveling stage 20
Is driven in the optical axis direction (Z-axis direction) of the projection lens PL by driving the Z driving mechanism (not shown) provided on the XY stage by the driving unit 18. The Z drive mechanism includes at least three piezo elements that can expand and contract in the Z-axis direction.
The drive unit 18 drives the Z-leveling stage 22 in the Z-axis direction by expanding and contracting the piezo element under the instruction of 0.

【0024】また、Zレベリングステージ22は、駆動
部22の駆動により投影レンズPLの光軸方向と垂直な
面に対して傾斜可能である。これにより、ウエハW表面
を、所望の角度に傾むけることができる。次に、上述の
ようにして構成された本実施形態の焦点位置検出装置の
動作を図5を参照して説明する。なお、複数の計測点を
用いた焦点位置検出手法については、例えば本出願人に
よる特開平5−275313号公報で開示された手法と
ほぼ同様である。
The Z-leveling stage 22 can be tilted with respect to a plane perpendicular to the optical axis direction of the projection lens PL by driving the drive unit 22. Thereby, the surface of the wafer W can be inclined at a desired angle. Next, the operation of the focus position detecting device of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. The focus position detection method using a plurality of measurement points is substantially the same as, for example, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-275313 by the present applicant.

【0025】まず、MCU30は駆動部22を介してX
Yステージ21を駆動することにより、光軸方向の位置
ずれを検出しようとするショット領域SAを投影レンズ
PLの投影領域内に入る所定位置に位置決めする。(ス
テップ100)。ショット領域SAの位置決めが終了す
ると、次に5×5の計25点の計測点のうち、セレクタ
ー回路13により選択された5点の各々においてウエハ
Wの高さ位置Z1〜Z5の計測を行う(ステップ10
1)。なお、この選択された5点の計測点は、MCU3
0の指令のもと電気的に任意設定することができ、例え
ば図3に示されたSPa、SPb、SPc、SPd、SPe
を選択する。また、ステップ101で計測された高さ位
置Z1〜Z5は、MCU30内のメモリに記憶される。
さて、ステップ101において各計測点における高さ位
置Z1〜Z5が計測されメモリに記憶されると、MCU
30は駆動部22にXYステージ21を微小距離(微小
ピッチ)だけ移動させる指令を出力する。駆動部22
は、このMCU30の指令のもと、XYステージ21を
X方向及びY方向に微小距離だけ移動させる駆動を行う
(ステップ102)。なお、XYステージ21が移動す
る方向は、予め段差の方向が分かっている場合、スルー
プットを上げるためにX、Yの何れかの一方向であって
もよい。また、XYステージ21が移動する方向を斜め
方向(XY同時移動方向)としてもよい。これにより、
X及びY方向について2回の計測動作を1回とすること
ができ、スループットを相対的に向上させることができ
る。これは、プロセス構造に起因する段差がX、Y方向
に対して斜め方向に存在している場合において、その段
差部分に位置する計測点を検出する場合にも有効であ
る。さらに、検出精度を高めるためにMCU30は、駆
動部22に対してXYステージ21をX方向とY方向の
各々において+方向と−方向とに移動させる制御として
もよい。ここで、駆動部22がXYステージ21を移動
させる微小距離について図4を用いて説明する。図4
(a)は、計測点SPにおけるショット領域SAの断面
図であって、XYステージ21が微小距離を移動する前
の状態である。駆動部22は、MCU30の指令のも
と、図4(a)の状態からXYステージ21を微小距離
ΔPだけ移動させる。図4(b)は、XYステージ21
がΔPの距離を移動した後の状態を示す図である。この
微小距離ΔPは、例えば、一つの計測点におけるスリッ
ト像のX方向或いはY方向に射影したときの長さLの1
/2である。
First, the MCU 30 controls the X through the drive unit 22.
By driving the Y stage 21, the shot area SA in which the positional shift in the optical axis direction is to be detected is positioned at a predetermined position that falls within the projection area of the projection lens PL. (Step 100). When the positioning of the shot area SA is completed, the height positions Z1 to Z5 of the wafer W are measured at each of the five points selected by the selector circuit 13 out of a total of 25 measurement points of 5 × 5 ( Step 10
1). Note that the selected five measurement points are MCU3
It can be set arbitrarily electrically under the command of 0, for example, SPa, SPb, SPc, SPd, SPe shown in FIG.
Select The height positions Z1 to Z5 measured in step 101 are stored in a memory in the MCU 30.
Now, when the height positions Z1 to Z5 at each measurement point are measured and stored in the memory in step 101, the MCU
30 outputs a command to the driving unit 22 to move the XY stage 21 by a very small distance (a very small pitch). Drive unit 22
Performs a drive to move the XY stage 21 by a small distance in the X direction and the Y direction under the instruction of the MCU 30 (step 102). When the direction of the step is known in advance, the direction in which the XY stage 21 moves may be any one of X and Y to increase the throughput. The direction in which the XY stage 21 moves may be an oblique direction (XY simultaneous movement direction). This allows
Two measurement operations can be performed once in the X and Y directions, and the throughput can be relatively improved. This is also effective when detecting a measurement point located at a step when the step due to the process structure exists in a direction oblique to the X and Y directions. Further, the MCU 30 may control the drive unit 22 to move the XY stage 21 in the + direction and the − direction in each of the X direction and the Y direction in order to increase the detection accuracy. Here, the minute distance by which the drive unit 22 moves the XY stage 21 will be described with reference to FIG. FIG.
(A) is a cross-sectional view of the shot area SA at the measurement point SP, which is a state before the XY stage 21 moves a minute distance. The drive unit 22 moves the XY stage 21 by a small distance ΔP from the state of FIG. FIG. 4B shows the XY stage 21.
FIG. 7 is a diagram showing a state after the user has moved a distance ΔP. This minute distance ΔP is, for example, 1 of the length L when projecting the slit image at one measurement point in the X direction or the Y direction.
/ 2.

【0026】次に、微小距離ΔPだけ移動したショット
領域SAにおいて、ステップ101でセレクター回路に
よって選択されたものと同一の計測点(SPa〜SPe)
におけるウエハWの高さ位置Z’1〜Z’5を計測する
(ステップ103)。MCU30内部のメモリは、同様
にZ’1〜Z’5を計測値として記憶する。
Next, in the shot area SA moved by the minute distance ΔP, the same measurement points (SPa to SPe) as those selected by the selector circuit in step 101 are used.
Are measured (step 103). The memory inside the MCU 30 similarly stores Z′1 to Z′5 as measured values.

【0027】次に、ステップ102におけるXYステー
ジ21の移動前後における計測値を比較することによ
り、段差部分に位置する計測点を検出する(ステップ1
05)。以下にこの段差部分に位置する計測点の検出手
法を詳述する。MCU30は、移動前の高さ位置Z1〜
Z5と高さ位置Z’1〜Z’5をメモリから読み出し、
各計測点について移動前後の計測値を比較する。この比
較は、例えば差分を求めることにより行う。従って、こ
の場合MCU30は各計測点について、ΔZ1=Z1−
Z1’,ΔZ2=Z2−Z2’,ΔZ3=Z3−Z
3’,ΔZ4=Z4−Z4’,ΔZ5=Z5−Z5’を
求める。そして、MCU30は求められた差分の値(Δ
Z1〜ΔZ5)の一つが所定の閾値以上の値である場
合、その計測点は段差部分に位置している計測点である
と検出する。これは、段差部分に位置している計測点が
微小距離ΔPの移動前後において、高さ位置の計測値に
大きな変化を生じるからである。
Next, by comparing the measured values before and after the movement of the XY stage 21 in step 102, a measurement point located at the step is detected (step 1).
05). Hereinafter, a method of detecting the measurement point located at the step will be described in detail. The MCU 30 has a height position Z1 before movement.
Z5 and height positions Z'1 to Z'5 are read from the memory,
The measured values before and after the movement are compared for each measurement point. This comparison is performed, for example, by obtaining a difference. Therefore, in this case, the MCU 30 calculates ΔZ1 = Z1-
Z1 ′, ΔZ2 = Z2-Z2 ′, ΔZ3 = Z3-Z
3 ′, ΔZ4 = Z4-Z4 ′, ΔZ5 = Z5-Z5 ′. Then, the MCU 30 calculates the difference value (Δ
If one of Z1 to ΔZ5) is equal to or greater than a predetermined threshold value, it is detected that the measurement point is a measurement point located at the step. This is because the measured value of the height position greatly changes before and after the measurement point located at the step portion moves by the minute distance ΔP.

【0028】より具体的に説明すると、微小距離を移動
する前であって、段差部分に位置している計測点では、
高さ位置は段差上部と段差下部との中間値が計測され
る。そして、微小距離の移動後におけるこの計測点で
は、段差下部の高さ位置が計測される(図4(b))。
従って、この計測された高さ位置の変化が移動前後にお
ける高さ位置の差として検出される。逆に、段差部分に
位置していない計測点は、微小距離の移動前後において
も計測された高さ位置の変化が生じることはない。本発
明はこの点に着目し、XYステージ21を微小距離ΔP
だけ移動させ、移動前後の高さ位置の計測値の差分を求
めることにより、計測点の各々が段差部分に位置してい
るか否かを検出している。
More specifically, at a measurement point located at a step before moving a minute distance,
For the height position, an intermediate value between the upper part of the step and the lower part of the step is measured. Then, at this measurement point after the movement of the minute distance, the height position under the step is measured (FIG. 4B).
Therefore, the change in the measured height position is detected as a difference between the height positions before and after the movement. Conversely, for a measurement point that is not located at the step, the measured height position does not change before and after the movement of the minute distance. The present invention pays attention to this point, and moves the XY stage 21 to the minute distance ΔP
By determining the difference between the measured values of the height positions before and after the movement, it is detected whether or not each of the measurement points is located at the step.

【0029】このようにして段差部分に位置している計
測点が検出されると、MCU30はその計測点における
計測値を用いることなく、段差部分に位置しない計測点
における計測値を平均する(ステップ105)。すなわ
ち、MCU30は段差部分に位置する計測点を非選択
し、段差部分に位置しない計測点を選択する。この選択
された計測点における計測値を用いて平均された値は、
プロセス構造が異なり凹凸が生じているショット領域内
に対して露光するのに最適な高さ位置となる。MCU3
0は、ステップ105で求められた最適な高さ位置に基
づいて、駆動部18を介してZレベリングステージ20
をZ方向に駆動させる。これにより、露光を開始する前
の焦点位置合わせ動作を終了する(ステップ106)。
When the measurement point located at the step portion is detected in this way, the MCU 30 averages the measurement values at the measurement points not located at the step portion without using the measurement value at the measurement point (step 30). 105). That is, the MCU 30 non-selects the measurement point located at the step portion and selects the measurement point not located at the step portion. The value averaged using the measurement values at the selected measurement point is
The height position is optimal for exposing a shot region having a different process structure and having irregularities. MCU3
0 is the Z leveling stage 20 via the drive unit 18 based on the optimal height position determined in step 105.
Is driven in the Z direction. Thus, the focus position adjusting operation before the start of the exposure is completed (step 106).

【0030】なお、本発明の場合、焦点位置合わせ動作
前に段差部分に位置する計測点を検出するためにXYス
テージ21を微少距離移動させる。このため、回路パタ
ーン等が形成されたマスクとしてのレチクルを感光材が
塗布されたウエハに転写(露光)する際、レチクルとウ
エハとの相対的な位置合わせ(アライメント)を改めて
行う必要がある。従って、レチクルとウエハとのアライ
メントが終了した後に露光動作を実行する。
In the case of the present invention, the XY stage 21 is moved by a small distance to detect a measurement point located at a step before the focus position adjusting operation. Therefore, when transferring (exposure) a reticle as a mask on which a circuit pattern or the like is formed to a wafer coated with a photosensitive material, it is necessary to perform relative alignment (alignment) between the reticle and the wafer. Therefore, the exposure operation is performed after the alignment between the reticle and the wafer is completed.

【0031】以上説明したように、本実施形態では複数
の計測点を用いてウエハの表面の光軸方向の位置(高さ
位置)を求める際、ウエハを載置したXYステージを微
小移動させ、この微小移動の前後における計測値の比較
を行う。そして、この計測値の比較により段差部分に位
置する計測点が検出されると、この段差部分に位置する
計測点における計測値を非選択的に使用する。これによ
り、露光対象としているショット領域の最適な高さ位置
を検出することが可能となる。
As described above, in this embodiment, when the position (height position) of the surface of the wafer in the optical axis direction is obtained by using a plurality of measurement points, the XY stage on which the wafer is mounted is slightly moved. The measured values before and after the minute movement are compared. When a measurement point located at the step is detected by comparing the measurement values, the measurement at the measurement point located at the step is used non-selectively. This makes it possible to detect the optimal height position of the shot area to be exposed.

【0032】なお、本実施形態において、微小移動前後
における計測点の差分を求めることにより段差部分に位
置する計測点の検出を行っているが、本発明はこれに限
るものではなく、移動前後における計測点の和又は積等
の様々な比較演算に対しても適用可能である。また、本
実施形態において複数の計測点を用いた焦点位置検出装
置及び方法を例に挙げて説明したが、本発明は焦点位置
検出用の計測点が一点のみの場合でも適用可能である。
すなわち、ショット領域内に存在する一点の計測点が段
差部分に位置する場合、上述した手法によりその計測点
が段差部分に位置するか否かを検出することが可能であ
る。この計測点が段差部分に位置すると検出された場
合、例えば同一のショット領域内において計測位置を段
差部分に位置しない位置に変更すること等が考えられ
る。以上のような、段差部分に位置する計測点を検出及
び検出された計測点の非選択等は、前述したようにウエ
ハへの露光動作前に前処理として行うのが一般的であ
る。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、
例えばウエハ上に複数のショット領域が設けられている
場合、この複数のショット領域の全て若しくは任意のシ
ョット領域に対する露光の直前に行うこととしてもよ
い。次に、本発明の別の実施の態様を説明する。すなわ
ち、上述した実施態様ではXYステージ21を微少距離
だけ移動させることにより、基板としてのウエハWと複
数の計測点との相対移動を行っていた。しかしながら、
この別の実施の態様では、XYステージ21を駆動する
のではなく、スリット像の位置をウエハW上で移動させ
ることにより、ウエハWと複数の計測点との相対移動を
行う。以下、この別の実施態様を図7を用いて説明す
る。なお、図1と同様の構成については同一の符号を付
し、その詳細な説明は省略する。図7は、本実施の態様
の概略構成図である。すなわち、本実施態様では図1に
おけるレンズ系2と投光用レンズ5の間に、計測点の移
動手段としての平行平板50を設けている。この平行平
板50は、MCU30の指令のもと、図7の紙面垂直方
向の軸を中心に回転する。平行平板50の回転により、
照明光ILを平行移動させることができる。なお、照明
光の光軸が平行移動する様子は、図7の点線で図示され
ている。平行移動した照明光ILは、ミラー6の反射を
経てウエハWに照射されると、ウエハW上でも同様に照
射される位置が移動する。以上の構成のもと、以下に本
実施の態様の動作を説明する。本実施の態様では、前述
した高さ位置(Z1〜Z5)を計測するステップ101
の後、平行平板50を回転駆動する。これにより、ウエ
ハW上の複数の計測点の位置が移動する。この移動距離
は、前述した距離と同様にΔPの微少距離である(図
7)。平行平板50の回転駆動することにより、複数の
計測点の各々と基板との相対位置が微少距離移動される
と、前述したステップ103と同様に高さ位置Z’1〜
Z’5を計測する。この103以降は、前述したステッ
プ104〜ステップ106までと同様である。
In the present embodiment, the measurement point located at the step is detected by calculating the difference between the measurement points before and after the minute movement. However, the present invention is not limited to this. The present invention is also applicable to various comparison operations such as sum or product of measurement points. Further, in the present embodiment, the focus position detecting apparatus and method using a plurality of measurement points have been described as an example, but the present invention can be applied even when there is only one measurement point for focus position detection.
That is, when one measurement point existing in the shot area is located at the step portion, it is possible to detect whether the measurement point is located at the step portion by the above-described method. When it is detected that this measurement point is located at the step portion, for example, the measurement position may be changed to a position not located at the step portion in the same shot area. As described above, the detection of the measurement point located at the step portion and the non-selection of the detected measurement point are generally performed as preprocessing before the wafer exposure operation as described above. However, the present invention is not limited to this,
For example, when a plurality of shot areas are provided on a wafer, it may be performed immediately before exposure to all or any of the plurality of shot areas. Next, another embodiment of the present invention will be described. That is, in the above-described embodiment, the relative movement between the wafer W as the substrate and the plurality of measurement points is performed by moving the XY stage 21 by a very small distance. However,
In this other embodiment, the relative movement between the wafer W and the plurality of measurement points is performed by moving the position of the slit image on the wafer W instead of driving the XY stage 21. Hereinafter, another embodiment will be described with reference to FIG. Note that the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the present embodiment. That is, in this embodiment, a parallel flat plate 50 is provided between the lens system 2 and the light projecting lens 5 in FIG. The parallel flat plate 50 rotates around an axis in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. By the rotation of the parallel plate 50,
The illumination light IL can be translated. The manner in which the optical axis of the illumination light moves in parallel is shown by the dotted line in FIG. When the parallel-moved illumination light IL is irradiated on the wafer W via the reflection of the mirror 6, the irradiated position on the wafer W is similarly moved. The operation of the present embodiment based on the above configuration will be described below. In the present embodiment, step 101 for measuring the height position (Z1 to Z5) described above.
Thereafter, the parallel plate 50 is rotationally driven. Thereby, the positions of the plurality of measurement points on the wafer W move. This moving distance is a minute distance of ΔP similarly to the above-described distance (FIG. 7). When the relative position between each of the plurality of measurement points and the substrate is moved by a very small distance by rotating the parallel plate 50, the height positions Z′1 to Z′1 to
Measure Z'5. Steps after step 103 are the same as steps 104 to 106 described above.

【0033】以上のように本実施の態様によれば、平行
平板50の回転駆動によりウエハW上の複数の計測点の
各々と基板との相対位置を微少距離移動することができ
る。これは、XYステージ21よりも軽量な平行平板の
みを駆動するため、制御速度の向上及び省電力化を図る
ことができる。
As described above, according to the present embodiment, the relative position between each of the plurality of measurement points on the wafer W and the substrate can be moved by a small distance by rotating the parallel plate 50. Since this drives only the parallel flat plate lighter than the XY stage 21, the control speed can be improved and power consumption can be reduced.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、段差部分
に位置する計測点によって焦点位置検出に与えていた悪
影響を除去することができる。従って、プロセス構造の
異なる領域を有するショット領域に対しても、最適な焦
点位置を検出することが可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to eliminate the adverse effect on the focus position detection by the measurement point located at the step. Therefore, it is possible to detect an optimum focus position even for a shot region having regions having different process structures.

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

【図1】本発明の実施形態に係る斜入射方式の焦点位置
検出装置の概略的な構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an oblique incidence type focus position detecting apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態に係る焦点検出系の処理回路
を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a processing circuit of a focus detection system according to the embodiment of the present invention.

【図3】ウエハのショット領域上に分布する計測点を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing measurement points distributed on a shot area of a wafer.

【図4】ショット領域内の段差が生じている部分の断面
図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion where a step occurs in a shot region.

【図5】本発明の実施の形態に係る焦点位置検出装置の
動作を説明するフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation of the focus position detection device according to the embodiment of the present invention.

【図6】受光用のスリット板14とセンサ15との配置
を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing an arrangement of a slit plate 14 for light reception and a sensor 15;

【図7】本発明の別の実施の態様を表す概略構成図であ
る。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スリット板 2,9 レンズ系 3,6 ミラー 4 絞り 5 投光用対物レンズ 10 振動ミラー 12 平行平板 13 セレクター回路 14 受光用スリット板 15 受光素子 16 発振器 17 同期検波回路 20 Zレベリングステージ 30 主制御ユニット 50 平行平板 PL 投影レンズ W ウエハ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Slit plate 2, 9 Lens system 3, 6 Mirror 4 Aperture 5 Projection objective lens 10 Vibration mirror 12 Parallel plate 13 Selector circuit 14 Light receiving slit plate 15 Light receiving element 16 Oscillator 17 Synchronous detection circuit 20 Z leveling stage 30 Main control Unit 50 Parallel plate PL Projection lens W Wafer

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 投影光学系を介してマスクパターンが転
写される基板面の、前記投影光学系の光軸方向の高さ位
置を検出する焦点位置検出装置において、 前記高さ位置を検出する複数の計測点を有する検出部
と、 前記基板と前記計測点の各々とを相対的に所定の微小距
離移動させた前後における前記検出部の検出結果を比較
演算する演算部と、 前記演算部の結果に基づいて、前記複数の計測点の選択
を行う選択部と、を有することを特徴とする焦点位置検
出装置。
1. A focus position detecting device for detecting a height position in a direction of an optical axis of the projection optical system on a substrate surface on which a mask pattern is transferred via a projection optical system, wherein a plurality of the height positions are detected. A detection unit having measurement points of: a calculation unit for comparing and calculating detection results of the detection unit before and after relatively moving the substrate and each of the measurement points by a predetermined minute distance; a result of the calculation unit And a selecting unit for selecting the plurality of measurement points based on the focus position.
【請求項2】 請求項1記載の焦点位置検出装置は、さ
らに、前記基板を保持するステージと、 前記光軸方向とほぼ直交するXY方向に前記ステージを
駆動する駆動部とを有し、 前記駆動部は、前記ステージを所定の微少距離だけ駆動
することにより前記基板と前記計測点の各々とを相対的
に微少距離移動させることを特徴とする焦点位置検出装
置。
2. The focus position detecting device according to claim 1, further comprising: a stage for holding the substrate; and a drive unit for driving the stage in an XY direction substantially orthogonal to the optical axis direction. A focus position detecting device, wherein the driving unit moves the substrate and each of the measurement points relatively by a minute distance by driving the stage by a predetermined minute distance.
【請求項3】 前記駆動部は、前記ステージをX方向及
び/又はY方向に移動させることを特徴とする請求項2
記載の焦点位置検出装置。
3. The driving unit according to claim 2, wherein the driving unit moves the stage in an X direction and / or a Y direction.
The focus position detecting device according to any one of the preceding claims.
【請求項4】 請求項1から請求項3の何れかに記載さ
れた焦点位置検出装置は、さらに、前記計測点の各々の
位置を前記基板上で移動させる移動手段を有し、 前記移動手段は、前記計測点の位置を所定の微少距離だ
け移動させることにより前記基板と前記計測点の各々と
を相対的に微少距離移動させることを特徴とする焦点位
置検出装置。
4. The focus position detecting device according to claim 1, further comprising a moving unit configured to move each position of the measurement point on the substrate. Is a focus position detecting apparatus, wherein the substrate and each of the measurement points are relatively moved by a minute distance by moving the position of the measurement point by a predetermined minute distance.
【請求項5】 前記演算部は、前記ステージが所定の微
小距離移動した前後における前記検出結果に対して、前
記複数の計測点の各々について当該検出結果の差分を求
めることを特徴とする請求項1記載の焦点位置検出装
置。
5. The computer according to claim 1, wherein the calculation unit calculates a difference between the detection result before and after the stage has moved by a predetermined minute distance for each of the plurality of measurement points. 2. The focus position detecting device according to claim 1.
【請求項6】 前記選択手段は、前記演算部によって求
められた差分の値が所定の閾値を越えない計測点を選択
することを特徴とする請求項5記載の焦点位置検出装
置。
6. The focus position detecting device according to claim 5, wherein said selecting means selects a measurement point at which the value of the difference obtained by said calculation section does not exceed a predetermined threshold value.
【請求項7】 前記検出部は、前記基板上における前記
投影視野内の複数の計測点に対して、所定波長の光を前
記投影光学系の光軸に対して斜めから焦点検出用のパタ
ーンの像を投影する投射光学系と、 前記複数の計測点からの反射光を集光して前記複数の計
測点上の焦点検出用のパターンの像を再結像する受光光
学系と、 受光光学系により再結像された複数の像の各々の横ずれ
量に対応した検出信号を生成する複数の光電検出手段と
を有することを特徴とする請求項1記載の焦点位置検出
装置。
7. The pattern detecting device according to claim 7, wherein the detecting unit emits light having a predetermined wavelength to a plurality of measurement points in the projection field of view on the substrate at an oblique angle with respect to an optical axis of the projection optical system. A projection optical system for projecting an image, a light receiving optical system for condensing reflected light from the plurality of measurement points and re-forming an image of a focus detection pattern on the plurality of measurement points, and a light receiving optical system 2. A focus position detecting apparatus according to claim 1, further comprising: a plurality of photoelectric detecting means for generating detection signals corresponding to the lateral shift amounts of the plurality of images re-formed by the method.
【請求項8】 投影光学系を介してマスクパターンが転
写される基板面の、前記投影光学系の光軸方向の高さ位
置を検出する焦点位置検出方法において、 前記基板上の複数の計測点の各々で、前記高さ位置を検
出する第1検出ステップと、 前記第1検出ステップの後、前記基板と前記複数の計測
点の各々とを相対的に所定の微少距離移動させるステッ
プと、 前記微小距離だけ移動した後、前記複数の計測点の各々
で前記高さ位置を検出する第2検出ステップと、 前記第1検出ステップ及び第2検出ステップによって検
出された高さ位置に基づいて演算を行うステップと、 前記演算の結果に基づいて、前記計測点の選択を行うス
テップとを含むことを特徴とする焦点位置検出方法。
8. A focus position detecting method for detecting a height position in a direction of an optical axis of the projection optical system on a substrate surface onto which a mask pattern is transferred via a projection optical system, wherein a plurality of measurement points on the substrate are provided. A first detection step of detecting the height position at each of the following steps: after the first detection step, a step of relatively moving the substrate and each of the plurality of measurement points by a predetermined minute distance; After moving by a minute distance, a second detection step of detecting the height position at each of the plurality of measurement points; and calculating based on the height positions detected by the first detection step and the second detection step Performing a focus position detection based on the result of the calculation.
【請求項9】 前記演算を行うステップは、前記第1検
出ステップ及び第2検出ステップによって検出された高
さ位置の差を求めることを特徴とする請求項8記載の焦
点位置検出方法。
9. The focus position detecting method according to claim 8, wherein the step of performing the calculation obtains a difference between the height positions detected by the first detecting step and the second detecting step.
【請求項10】 前記計測点の選択を行うステップは、
前記高さ位置の差が所定の閾値を越えない計測点を選択
することを特徴とする請求項8又は9記載の焦点位置検
出方法。
10. The step of selecting a measurement point,
10. The focus position detecting method according to claim 8, wherein a measurement point at which the difference between the height positions does not exceed a predetermined threshold value is selected.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7710543B2 (en) 2006-06-14 2010-05-04 Canon Kabushiki Kaisha Scanning exposure apparatus and device manufacturing method
JP2012199553A (en) * 2012-04-03 2012-10-18 Fujifilm Corp Image recording method and image recording system

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