JPH11274061A - Lighting optical system and projection aligner provided therewith - Google Patents

Lighting optical system and projection aligner provided therewith

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JPH11274061A
JPH11274061A JP10090960A JP9096098A JPH11274061A JP H11274061 A JPH11274061 A JP H11274061A JP 10090960 A JP10090960 A JP 10090960A JP 9096098 A JP9096098 A JP 9096098A JP H11274061 A JPH11274061 A JP H11274061A
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JP
Japan
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light
illumination
light guide
guide means
optical system
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Application number
JP10090960A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Nagayama
匡 長山
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH11274061A publication Critical patent/JPH11274061A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form an illuminated field, in which illuminance is nearly uniformly distributed and illumination NA is maintained to nearly a constantly level, in a high-luminance state by respectively supplying the optimum lighting luminous fluxes to a plurality of objects. SOLUTION: A lighting optical system is provided with a first lighting system for lighting a first object 15, based on a first incident luminous flux and a second lighting system for lighting a second object 16 based on a second incident luminous flux. The diameter of the incident end face of the light guiding means 82 of the second lighting system is made smaller than that of the incident end face of the light guiding means 62 of the first lighting system. According to the diameters of the incident end faces of the light guide means 82 and 62, in addition, the diameter of the luminous flux made incident to the light guide means 82 of the second lighting system is made smaller than that of the luminous flux made incident to the light guide means 62 of the first lighting system.

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】本発明は照明光学系および該
照明光学系を備えた投影露光装置に関し、特に半導体素
子または液晶表示素子等をリソグラフィー工程で製造す
る際に使用される投影露光装置においてウエハステージ
上の指標パターンなどを照明するための照明光学系に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illumination optical system and a projection exposure apparatus having the illumination optical system, and more particularly to a projection exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display element in a lithography process. The present invention relates to an illumination optical system for illuminating an index pattern or the like on a stage.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、投影露光装置には、ウエハステ
ージに対してマスクを位置合わせ(アライメント)する
ためのアライメント系が搭載されている。現在、投影露
光装置の露光光源としてエキシマレーザ光源が使用され
ており、アライメント系の照明光学系においても露光光
源から選択的に導かれたエキシマレーザ光が用いられて
いる。なお、エキシマレーザ光源として、従来のKrF
を媒体とするKrFエキシマレーザ光源(248nm)
に加え、ArFを媒体とするArFエキシマレーザ光源
(193nm)も実用段階を迎えつつある。エキシマレ
ーザ光のような指向性の高く且つ波長の短い平行光束を
用いた従来の照明光学系として、たとえば本出願人の出
願にかかる特開平7−321022号公報に開示された
照明光学系がある。
2. Description of the Related Art Generally, a projection exposure apparatus is equipped with an alignment system for aligning (aligning) a mask with a wafer stage. At present, an excimer laser light source is used as an exposure light source of a projection exposure apparatus, and an excimer laser light selectively guided from the exposure light source is also used in an illumination optical system of an alignment system. As an excimer laser light source, a conventional KrF
KrF excimer laser light source (248 nm)
In addition, an ArF excimer laser light source (193 nm) using ArF as a medium is approaching a practical stage. As a conventional illumination optical system using a parallel light beam having high directivity and a short wavelength such as excimer laser light, there is an illumination optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-32022 filed by the present applicant. .

【0003】上述の公報に開示された照明光学系では、
エキシマレーザ光のような平行光束を拡散板等の拡散手
段により拡散させた後、多数のファイバ素線をランダム
に束ねて構成したランダムライトガイドに入射させてい
る。なお、ランダムライトガイドの入射端面は、照明光
学系の光軸方向(すなわち拡散手段への平行光束の入射
方向)と直交する平面に対して所定の角度だけ傾斜する
ように配置されている。このように配置された拡散板と
ランダムライトガイドとの作用により、ライトガイドの
射出端には、所要の射出角度まで輝度がほぼ一定で且つ
射出端面内の輝度分布がほぼ均一な二次光源が得られ
る。
In the illumination optical system disclosed in the above publication,
After a parallel light beam such as an excimer laser beam is diffused by a diffusion means such as a diffusion plate, the light is incident on a random light guide configured by randomly bundling a large number of fiber wires. Note that the incident end face of the random light guide is arranged so as to be inclined by a predetermined angle with respect to a plane orthogonal to the optical axis direction of the illumination optical system (that is, the direction of incidence of the parallel light beam on the diffusing means). Due to the action of the diffuser plate and the random light guide arranged in this manner, a secondary light source having a substantially constant luminance and a substantially uniform luminance distribution in the exit end face is provided at the exit end of the light guide at the exit end of the light guide. can get.

【0004】ライトガイドの射出端に形成された二次光
源からの光は、コンデンサーレンズを介して、たとえば
ウエハステージ上に形成された指標パターンを照明す
る。こうして形成された照野では、照度分布がほぼ均一
であり、且つ照野内で照明NA(開口数)がほぼ一定で
ある。なお、エキシマレーザ光は光束内の空間コヒーレ
ンシーがあまり高くないので、上述の公報に開示された
照明光学系においてエキシマレーザ光を用いる場合、照
野でのスペックルや干渉縞は少なく、指標パターンの均
一照明に有効であることがわかっている。
[0004] Light from a secondary light source formed at the exit end of the light guide illuminates, for example, an index pattern formed on a wafer stage via a condenser lens. In the illuminated field thus formed, the illuminance distribution is substantially uniform, and the illumination NA (numerical aperture) is substantially constant in the illuminated field. Since the excimer laser light does not have a very high spatial coherency in the light flux, when using the excimer laser light in the illumination optical system disclosed in the above publication, there are few speckles and interference fringes in the illumination field, and the index pattern It has been found to be effective for uniform illumination.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】現在、投影露光装置で
は、たとえばエキシマレーザ光のような光束で均一照明
すべき複数の対象物が存在し、各対象物に対してそれぞ
れ最適な光束を供給する必要が生じている。具体的に
は、アライメント系における指標パターンに加え、例え
ばフォーカスキャリブレーション系における指標パター
ンにも最適な光束を供給しなければならない。
At present, in a projection exposure apparatus, there are a plurality of objects to be uniformly illuminated by a light beam such as an excimer laser beam, and an optimum light beam is supplied to each object. There is a need. Specifically, in addition to the index pattern in the alignment system, for example, an optimal light beam must be supplied to the index pattern in the focus calibration system.

【0006】また、ArFエキシマレーザ光に代表され
るように使用光の短波長化が進むにつれて照明光学系の
透過率の減少等が問題になってきており、ライトガイド
を用いて照明光学系における送光自由度を確保しながら
も、光量損失を抑えることができるように照明光学系を
最適化する必要が生じている。照明光学系における透過
率の減少は、アライメント系やフォーカスキャリブレー
ション系においては各受光センサの受光光量の不足を生
じさせる。現在、露光波長の光で投影光学系を介して計
測を行うアライメント系やフォーカスキャリブレーショ
ン系においては、CCDのような撮像素子、SPD(半
導体光デバイス)、フォトマル(光電子倍増管)などの
受光センサが用いられているが、その受光光量に関して
余裕のある状況ではない。
Further, as the wavelength of light used is reduced, as represented by ArF excimer laser light, a decrease in the transmittance of the illumination optical system has become a problem. There is a need for optimizing the illumination optical system so that loss of light amount can be suppressed while securing the degree of freedom in light transmission. The decrease in the transmittance of the illumination optical system causes an insufficient amount of light received by each light receiving sensor in the alignment system and the focus calibration system. At present, in alignment systems and focus calibration systems which perform measurement with light of an exposure wavelength via a projection optical system, light receiving devices such as an image sensor such as a CCD, an SPD (semiconductor optical device), and a photomultiplier (photomultiplier tube) are used. Although a sensor is used, the situation is not that there is a margin for the amount of received light.

【0007】また、縮小投影露光方式の露光装置(ステ
ッパー)におけるアライメント系やフォーカスキャリブ
レーション系では、露光装置のスループットの低下を回
避するために計測のスピードも要求されるため、少ない
受光光量で長時間かけて計測を行うことは許されない。
なお、各受光センサに対する受光感度の向上も検討され
てはいるものの、新規開発分野でありその進展はままな
らないものがある。さらに、受光センサの特性によって
は、逆に受光感度が低下してしまうことも考えられるほ
どである。
Further, in an alignment system and a focus calibration system in an exposure apparatus (stepper) of a reduced projection exposure system, a measurement speed is required to avoid a decrease in throughput of the exposure apparatus. It is not permissible to take measurements over time.
Although the improvement of the light receiving sensitivity for each light receiving sensor is being considered, there are some fields that are new development fields and their progress is not continued. Further, depending on the characteristics of the light receiving sensor, it is conceivable that the light receiving sensitivity may be reduced.

【0008】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、複数の対象物に対してそれぞれ最適な照明光
束を供給することによって、照度分布がほぼ均一で且つ
照野内で照明NAがほぼ一定の照野を所要の高輝度状態
で形成することのできる照明光学系および該照明光学系
を備えた投影露光装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problem, and provides an illumination light flux that is substantially uniform and provides an illumination NA within an illumination field by supplying an optimum illumination light flux to each of a plurality of objects. It is an object of the present invention to provide an illumination optical system capable of forming a substantially constant illumination field in a required high brightness state, and a projection exposure apparatus including the illumination optical system.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第1発明では、第1の入射光束に基づいて
第1対象物を照明するための第1照明系と、第2の入射
光束に基づいて第2対象物を照明するための第2照明系
とを備えた照明光学系において、前記第1照明系は、前
記第1の入射光束を第1の径を有する光束に整形するた
めの第1整形手段と、該第1整形手段からの光束を前記
第1対象物へ向けて導くための第1ライトガイド手段
と、該第1ライトガイド手段の入射端面側に配置または
前記第1ライトガイド手段の入射端面とほぼ光学的に共
役な位置に配置されて前記第1の光束を拡散するための
第1拡散手段とを有し、前記第1ライトガイド手段の入
射端面は、前記第1照明系の光軸と直交する平面に対し
て第1の角度だけ傾斜するように配置され、前記第2照
明系は、前記第2の入射光束を第2の径を有する光束に
整形するための第2整形手段と、該第2整形手段からの
光束を前記第2対象物へ向けて導くための第2ライトガ
イド手段と、該第2ライトガイド手段の入射端面側に配
置または前記第2ライトガイド手段の入射端面とほぼ光
学的に共役な位置に配置されて前記第2の光束を拡散す
るための第2拡散手段とを有し、前記第2ライトガイド
手段の入射端面は、前記第2照明系の光軸と直交する平
面に対して第2の角度だけ傾斜するように配置され、前
記第2ライトガイド手段の入射端面の径が前記第1ライ
トガイド手段の入射端面の径よりも小さく設定され、設
定された入射端面の径に応じて前記第2ライトガイド手
段に入射する光束の第2の径が前記第2ライトガイド手
段に入射する光束の第1の径よりも小さく設定されてい
ることを特徴とする照明光学系を提供する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a first illumination system for illuminating a first object based on a first incident light beam; And a second illumination system for illuminating a second object based on the incident light beam, wherein the first illumination system converts the first incident light beam into a light beam having a first diameter. A first shaping unit for shaping, a first light guide unit for guiding a light beam from the first shaping unit toward the first object, and a first light guide unit arranged or arranged on an incident end face side of the first light guide unit. And a first diffusing unit disposed at a position substantially optically conjugate with the incident end face of the first light guide means for diffusing the first light flux, wherein the incident end face of the first light guide means is Tilted by a first angle with respect to a plane orthogonal to the optical axis of the first illumination system. The second illumination system, the second illumination system, a second shaping means for shaping the second incident light beam into a light beam having a second diameter, and the light beam from the second shaping means to the second A second light guide means for guiding the light toward the object; and a light guide means disposed on the incident end face side of the second light guide means or disposed at a position substantially optically conjugate with the incident end face of the second light guide means. A second diffusing means for diffusing a second light beam, wherein an incident end face of the second light guide means is inclined by a second angle with respect to a plane orthogonal to an optical axis of the second illumination system. The diameter of the incident end face of the second light guide means is set smaller than the diameter of the incident end face of the first light guide means, and the second light guide is set according to the set diameter of the incident end face. The second diameter of the light beam incident on the means is It provides an illumination optical system characterized by being smaller than the first diameter of the light beam incident on the light guide means.

【0010】第1発明の好ましい態様によれば、前記第
1ライトガイド手段および前記第2ライトガイド手段
は、多数のファイバ素線をランダムに束ねて構成された
ランダムライトガイドから構成されている。また、前記
第2拡散手段の拡散度が前記第1拡散手段の拡散度より
も小さく設定され、設定された拡散度に応じて前記第2
ライトガイド手段の入射端面の傾斜角が前記第1ライト
ガイド手段の入射端面の傾斜角よりも小さく設定されて
いることが好ましい。
According to a preferred aspect of the first invention, the first light guide means and the second light guide means are constituted by random light guides formed by randomly bundling a large number of fiber wires. Further, the diffusion degree of the second diffusion means is set smaller than the diffusion degree of the first diffusion means, and the second diffusion means is set in accordance with the set diffusion degree.
It is preferable that the inclination angle of the incident end face of the light guide means is set smaller than the inclination angle of the incident end face of the first light guide means.

【0011】また、本発明の第2発明では、第1発明に
したがう照明光学系と、所定のパターンが形成されたマ
スクを照明するための露光用照明系と、前記マスクのパ
ターン像を感光性の基板上に投影するための投影光学系
と、前記感光性の基板を保持するための基板ステージ
と、前記照明光学系の前記第1照明系により照明された
前記第1対象物からの光に基づいて第1の計測を行うた
めの第1計測系と、前記照明光学系の前記第2照明系に
より照明された前記第2対象物からの光に基づいて第2
の計測を行うための第2計測系とを備え、前記第1対象
物は、前記基板ステージ上に設けられて所定の第1基準
パターンを有する第1基準部材を有し、前記第2対象物
は、前記基板ステージ上に設けられて所定の第2基準パ
ターンを有する第2基準部材を有することを特徴とする
投影露光装置を提供する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an illumination optical system according to the first aspect, an exposure illumination system for illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed, and a photosensitive pattern image for the mask. A projection optical system for projecting onto the substrate, a substrate stage for holding the photosensitive substrate, and light from the first object illuminated by the first illumination system of the illumination optical system. A first measurement system for performing a first measurement based on the light from the second object illuminated by the second illumination system of the illumination optical system.
A second measurement system for performing the measurement of the second object, wherein the first object has a first reference member provided on the substrate stage and having a predetermined first reference pattern, Provides a projection exposure apparatus having a second reference member provided on the substrate stage and having a predetermined second reference pattern.

【0012】第2発明の好ましい態様によれば、前記第
1計測系は、前記基板に対する前記マスクのアライメン
トを行うために前記第1の計測として前記基板ステージ
に対する前記マスクの相対位置を計測するアライメント
系を有し、前記第2計測系は、前記マスクと前記基板と
を前記投影光学系に関して共役に位置決めするために前
記第2の計測として前記投影光学系のフォーカス位置を
計測するフォーカスキャリブレーション系を有する。
According to a preferred aspect of the second invention, the first measurement system measures the relative position of the mask with respect to the substrate stage as the first measurement in order to perform alignment of the mask with respect to the substrate. A focus calibration system for measuring a focus position of the projection optical system as the second measurement in order to position the mask and the substrate conjugately with respect to the projection optical system. Having.

【0013】また、本発明の第3発明では、第2発明に
したがう投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造す
る方法において、前記第1計測系を用いて前記第1の計
測を行うための第1計測工程と、前記第2計測系を用い
て前記第2の計測を行うための第2計測工程と、前記第
1計測工程と前記第2計測工程とのうち少なくとも一方
の工程が完了した後に、前記露光用照明系によって前記
マスクを照明し、前記マスクのパターンを前記投影光学
系を介して前記感光性の基板上に露光する露光工程とを
含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法を提供
する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device using the projection exposure apparatus according to the second aspect of the present invention, wherein the first measurement system performs the first measurement using the first measurement system. 1 measurement step, a second measurement step for performing the second measurement using the second measurement system, and after at least one of the first measurement step and the second measurement step is completed. Illuminating the mask with the exposure illumination system, and exposing the pattern of the mask on the photosensitive substrate via the projection optical system. provide.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明の照明光学系では、たとえ
ばエキシマレーザ光のような平行光束に基づいて、第1
照明系により第1対象物を照明し、第2照明系により第
2対象物を照明する。本発明の照明光学系が投影露光装
置に適用される場合、第1対象物はたとえばアライメン
ト系における指標パターンであり、第2対象物はたとえ
ばフォーカスキャリブレーション系における指標パター
ンである。各照明系は基本的に同じ構成を有し、光束を
拡散するための拡散板のような拡散手段と、拡散板を介
して拡散された光を対象物に向けて導くためのランダム
ライトガイドのようなライトガイド手段とをそれぞれ備
えている。そして、ランダムライトガイドの入射面は、
照明系の光軸と直交する平面に対して所定の角度だけ傾
斜するように配置されている。また、拡散手段とランダ
ムライトガイドの入射端面とをほぼ共役とするリレー光
学系を配置してももちろん構わない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In an illumination optical system according to the present invention, a first light beam based on a parallel light beam such as an excimer laser beam is used.
The first object is illuminated by the illumination system, and the second object is illuminated by the second illumination system. When the illumination optical system of the present invention is applied to a projection exposure apparatus, the first object is, for example, an index pattern in an alignment system, and the second object is, for example, an index pattern in a focus calibration system. Each illumination system basically has the same configuration, and includes a diffusion unit such as a diffusion plate for diffusing a light beam, and a random light guide for guiding light diffused through the diffusion plate toward an object. Such light guide means are provided. And the entrance surface of the random light guide is
It is arranged so as to be inclined by a predetermined angle with respect to a plane orthogonal to the optical axis of the illumination system. Also, a relay optical system may be arranged so that the diffusion means and the incident end face of the random light guide are substantially conjugated.

【0015】したがって、特開平7−321022号公
報に開示された原理に基づいて、上述のように配置され
た拡散板とランダムライトガイドとの作用により、ラン
ダムライトガイドの射出端には、所要の射出角度まで輝
度がほぼ一定で且つ射出端面内の輝度分布がほぼ均一な
二次光源が形成される。ランダムライトガイドの射出端
に形成された二次光源からの光は、たとえばコンデンサ
ーレンズを介して、対象物としての指標パターンを照明
する。こうして、各照明系では、所要の射出角度まで輝
度がほぼ一定で且つ射出端面内の輝度分布がほぼ均一な
二次光源からの光に基づいて、照度分布がほぼ均一で且
つ照野内で照明NAがほぼ一定の良好な照野が形成され
る。
Therefore, based on the principle disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-32022, a required light is applied to the exit end of the random light guide by the action of the diffusion plate and the random light guide arranged as described above. A secondary light source having a substantially constant brightness up to the emission angle and a substantially uniform brightness distribution in the emission end face is formed. Light from the secondary light source formed at the exit end of the random light guide illuminates an index pattern as an object via, for example, a condenser lens. Thus, in each illumination system, the illuminance distribution is substantially uniform and the illumination NA in the illumination field is based on the light from the secondary light source whose brightness is substantially constant up to the required emission angle and whose brightness distribution in the emission end face is substantially uniform. However, an almost constant good illumination field is formed.

【0016】ところで、本発明の照明光学系では、第1
照明系におけるランダムライトガイドの入射端面の径よ
りも第2照明系におけるランダムライトガイドの入射端
面の径を小さく設定し、設定された入射端面の径に応じ
て、第1照明系において第1のランダムライトガイド入
射端面に入射する光束の径よりも第2照明系において第
2のランダムライトガイド入射端面に入射する光束の径
を小さく設定している。したがって、第1照明系におい
てランダムライトガイドの射出端に形成される二次光源
の空間輝度(単位面積当たり、単位立体角当たり、単位
時間当たりのエネルギ)よりも第2照明系においてラン
ダムライトガイドの射出端に形成される二次光源の空間
輝度が大きくなる。その結果、第1照明系よりも第2照
明系のほうが照野を高輝度状態で形成することができ
る。
In the illumination optical system of the present invention, the first
The diameter of the entrance end face of the random light guide in the second illumination system is set to be smaller than the diameter of the entrance end face of the random light guide in the illumination system, and the first illumination system has the first diameter in accordance with the set diameter of the entrance end face. The diameter of the light beam incident on the second random light guide incident end face in the second illumination system is set smaller than the diameter of the light beam incident on the random light guide incident end face. Accordingly, the spatial light intensity (energy per unit area, unit solid angle, unit time) of the secondary light source formed at the exit end of the random light guide in the first illumination system is smaller than that of the random light guide in the second illumination system. The spatial brightness of the secondary light source formed at the emission end increases. As a result, the illumination field can be formed in a higher luminance state in the second illumination system than in the first illumination system.

【0017】このように、本発明の照明光学系では、た
とえばエキシマレーザ光のような指向性の高く且つ波長
の短い平行光束に基づいて、複数の対象物に対してそれ
ぞれ最適な照明光束を供給することによって、照度分布
がほぼ均一で且つ照野内で照明NAがほぼ一定の照野を
所要の高輝度状態で形成することができる。具体的に
は、たとえばアライメント系とフォーカスキャリブレー
ション系とを備えた投影露光装置に本発明の照明光学系
を適用すると、各指標パターンからの光を受光する各受
光センサでの受光光量を最適化し、具体的にはエキシマ
レーザ光に対して受光光量的に不利なフォーカスキャリ
ブレーション系の受光センサの受光光量を向上させるこ
とができる。その結果、アライメント系およびフォーカ
スキャリブレーション系において高精度で且つ迅速な計
測を行うことにより、投影露光装置のスループットを向
上させることができる。換言すると、上述のように構成
された投影露光装置を用いることにより、良好な半導体
デバイスを高いスループットで迅速に製造することがで
きる。
As described above, in the illumination optical system according to the present invention, an optimum illumination light beam is supplied to each of a plurality of objects based on a parallel light beam having a high directivity and a short wavelength such as an excimer laser beam. By doing so, it is possible to form an illuminated field having a substantially uniform illuminance distribution and an almost constant illumination NA in the illuminated field in a required high luminance state. Specifically, for example, when the illumination optical system of the present invention is applied to a projection exposure apparatus having an alignment system and a focus calibration system, the amount of light received by each light receiving sensor that receives light from each index pattern is optimized. Specifically, it is possible to improve the amount of light received by the light receiving sensor of the focus calibration system which is disadvantageous in terms of the amount of received light with respect to the excimer laser light. As a result, the throughput of the projection exposure apparatus can be improved by performing high-accuracy and quick measurement in the alignment system and the focus calibration system. In other words, by using the projection exposure apparatus configured as described above, a good semiconductor device can be rapidly manufactured with high throughput.

【0018】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図1は、本発明の実施例にかかる照明光学系を
備えた投影露光装置の構成を概略的に示す図である。本
実施例は、ステージ発光型のアライメント系とコントラ
スト検出法によるフォーカスキャリブレーション系とを
備えた投影露光装置に本発明を適用している。なお、本
実施例において、アライメント系はアライメント用の指
標パターンを照明するためのアライメント照明系を有
し、フォーカスキャリブレーション系はフォーカス検出
用の指標パターンを照明するためのフォーカス照明系を
有する。そして、アライメント照明系とフォーカス照明
系とにより本実施例の照明光学系が構成されている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a projection exposure apparatus including an illumination optical system according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the present invention is applied to a projection exposure apparatus including a stage emission type alignment system and a focus calibration system using a contrast detection method. In this embodiment, the alignment system has an alignment illumination system for illuminating an alignment index pattern, and the focus calibration system has a focus illumination system for illuminating a focus detection index pattern. The illumination optical system of the present embodiment is configured by the alignment illumination system and the focus illumination system.

【0019】図1では、投影光学系11の光軸AXに平
行にZ軸が、光軸AXに垂直な面内において図1の紙面
に平行にX軸が、光軸AXに垂直な面内において図1の
紙面に垂直にY軸がそれぞれ設定されている。また、図
1では、露光光源1からの光がアライメント系に導かれ
るように投影光学系11に対してウエハステージ14が
位置決めされた状態を示している。一般に、半導体素子
または液晶表示素子等を製造する際に、投影露光装置が
使用されている。投影露光装置では、たとえばレチクル
のようなマスク(またはフォトマスク)を露光光で照明
し、フォトレジストが塗布されたウエハ(またはガラス
プレート等)のような感光性基板上に投影光学系を介し
てマスクパターン像を投影する。なお、露光光として
は、水銀ランプの輝線(g線、i線等)や、エキシマレ
ーザ光等が使用されている。
In FIG. 1, the Z axis is parallel to the optical axis AX of the projection optical system 11, and the X axis is parallel to the plane of FIG. 1 in a plane perpendicular to the optical axis AX. , The Y-axis is set perpendicular to the plane of FIG. FIG. 1 shows a state where the wafer stage 14 is positioned with respect to the projection optical system 11 so that the light from the exposure light source 1 is guided to the alignment system. Generally, a projection exposure apparatus is used when manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display element. In a projection exposure apparatus, for example, a mask (or photomask) such as a reticle is illuminated with exposure light, and is projected onto a photosensitive substrate such as a wafer (or a glass plate or the like) coated with a photoresist via a projection optical system. A mask pattern image is projected. As the exposure light, a bright line (g-line, i-line, etc.) of a mercury lamp, excimer laser light, or the like is used.

【0020】投影露光装置においては、露光に際して、
マスクとウエハとを正確に位置合わせ(アライメント)
する必要がある。そこで、投影露光装置には、マスクと
ウエハとを位置合わせするためのアライメント系が組み
込まれている。アライメントに際して、先ず、マスクを
マスクステージに対して位置決めする。次いで、マスク
の位置決め終了後に、ウエハステージに対するマスクの
相対位置を計測する。この計測結果に基づいて、マスク
またはウエハを移動させることにより、マスクとウエハ
との位置合わせを行う。従来より、アライメント系とし
て、たとえばステージ発光型のアライメント系が使用さ
れている。
In a projection exposure apparatus, upon exposure,
Precise positioning of mask and wafer (alignment)
There is a need to. Therefore, an alignment system for aligning the mask and the wafer is incorporated in the projection exposure apparatus. At the time of alignment, first, the mask is positioned with respect to the mask stage. Next, after the positioning of the mask is completed, the relative position of the mask with respect to the wafer stage is measured. By moving the mask or the wafer based on the measurement result, the mask and the wafer are aligned. Heretofore, for example, a stage light emitting type alignment system has been used as an alignment system.

【0021】本実施例の投影露光装置は、露光光を供給
するためのArFエキシマレーザ光源1を備えている。
エキシマレーザ光源1から射出された光は、切り換えミ
ラー2が光路から退避した状態(不図示)では、第1フ
ライアイレンズ3に入射する。第1フライアイレンズ3
に入射した光束は、第1フライアイレンズ3を構成する
複数のレンズエレメントにより分割され、第1フライア
イレンズ3の射出側の焦点面に複数の光源像を形成す
る。複数の光源像からの光束は、リレーレンズ4を介し
て、第2フライアイレンズ5に入射する。第2フライア
イレンズ5に入射した光束は、第2フライアイレンズ5
を構成する複数のレンズエレメントにより分割され、第
1フライアイレンズ3を構成するレンズエレメントの数
と第2フライアイレンズ5を構成するレンズエレメント
の数との積で表される多数の光源像からなる二次光源を
形成する。
The projection exposure apparatus of this embodiment has an ArF excimer laser light source 1 for supplying exposure light.
The light emitted from the excimer laser light source 1 is incident on the first fly-eye lens 3 when the switching mirror 2 is retracted from the optical path (not shown). First fly-eye lens 3
Are divided by a plurality of lens elements constituting the first fly-eye lens 3 to form a plurality of light source images on the exit-side focal plane of the first fly-eye lens 3. Light beams from the plurality of light source images enter the second fly-eye lens 5 via the relay lens 4. The light beam incident on the second fly-eye lens 5 is
Is divided by a plurality of lens elements constituting the first fly-eye lens 3 and a plurality of light source images represented by the product of the number of lens elements constituting the second fly-eye lens 5 and the number of lens elements constituting the second fly-eye lens 5 A secondary light source is formed.

【0022】二次光源からの光束は、マスクブラインド
6により制限された後、コンデンサーレンズ7およびダ
イクロイックミラー8を介して、所定の転写パターンが
形成されたマスク9を重畳的に照明する。こうして、第
1フライアイレンズ3および第2フライアイレンズ5を
含む露光用照明系の作用により、エキシマレーザ光源1
の射出口における照度ムラを補正して照度の均一な照明
光をマスク9に照射することができる。また、マスク9
と光学的に共役な位置に配置されたマスクブラインド6
の作用により、マスク9における照明範囲が、ひいては
後述するウエハ12における露光範囲が規定される。
The light beam from the secondary light source is restricted by the mask blind 6 and then illuminates the mask 9 on which a predetermined transfer pattern is formed in a superimposed manner via the condenser lens 7 and the dichroic mirror 8. In this way, the excimer laser light source 1
Irradiation light with uniform illuminance can be applied to the mask 9 by correcting the illuminance unevenness at the exit port. Also, the mask 9
Blind 6 arranged at a position optically conjugate with
Defines the illumination range on the mask 9 and the exposure range on the wafer 12 described later.

【0023】マスク9は、XY平面内においてマスクス
テージ10上に支持されている。マスクステージ10の
XY座標、ひいてはマスク9のXY座標は、不図示のマ
スクステージ用レーザ干渉計により常時計測されてい
る。また、図2に示すように、マスク9のパターン領域
PAのX方向に沿った両端部には、十字型のマスクマー
クMMがそれぞれ形成されている。なお、各マスクマー
クMMは、十字型のマーク部が光を遮光するように構成
された、いわゆる残しパターンからなる。マスク9の転
写パターンを透過した光束は、投影光学系11を介し
て、感光性基板であるウエハ12に達する。こうして、
ウエハ12上には、マスク9の転写パターンの像が形成
される。
The mask 9 is supported on a mask stage 10 in the XY plane. The XY coordinates of the mask stage 10 and thus the XY coordinates of the mask 9 are constantly measured by a mask stage laser interferometer (not shown). Further, as shown in FIG. 2, cross-shaped mask marks MM are formed at both ends of the pattern area PA of the mask 9 along the X direction. Each mask mark MM is formed of a so-called remaining pattern in which a cross-shaped mark portion is configured to block light. The light beam transmitted through the transfer pattern of the mask 9 reaches the wafer 12 as a photosensitive substrate via the projection optical system 11. Thus,
An image of a transfer pattern of the mask 9 is formed on the wafer 12.

【0024】ウエハ12は、ウエハホルダ13を介し
て、XY平面内においてウエハステージ14上に支持さ
れている。ウエハステージ14は、XY平面内において
二次元的にウエハ12の位置決めを行うXYステージ、
Z方向に沿ってウエハ12の位置決めを行うZステー
ジ、およびウエハ12の傾斜角の補正を行うレベリング
ステージ等から構成されている。ウエハステージ14の
XY座標、ひいてはウエハ12のXY座標は、不図示の
ウエハステージ用レーザ干渉計により常時計測されてい
る。したがって、ウエハステージ14を、ひいてはウエ
ハ12をXY平面内において二次元的に駆動制御しなが
ら投影露光を行うことにより、ウエハ12の各露光領域
にマスク9の転写パターンを逐次露光することができ
る。
The wafer 12 is supported on a wafer stage 14 in an XY plane via a wafer holder 13. An XY stage for positioning the wafer 12 two-dimensionally in an XY plane;
It comprises a Z stage for positioning the wafer 12 along the Z direction, a leveling stage for correcting the tilt angle of the wafer 12, and the like. The XY coordinates of the wafer stage 14 and thus the XY coordinates of the wafer 12 are constantly measured by a wafer stage laser interferometer (not shown). Therefore, the transfer pattern of the mask 9 can be successively exposed on each exposure area of the wafer 12 by performing projection exposure while controlling the wafer stage 14 and thus the wafer 12 two-dimensionally in the XY plane.

【0025】ウエハステージ14上のウエハホルダ13
の近傍には、たとえば透光性のガラス基板からなるステ
ージ基板15が設けられている。なお、ステージ基板1
5の上面は、ウエハ12の露光面とほぼ同じ高さ(Z方
向にほぼ同じ位置)に設定されている。また、ステージ
基板15の上面には、図3に示すように、たとえばクロ
ム膜からなる遮光部(図中斜線部で示す)が全体的に形
成され、遮光部中においてX軸に沿って中心対称な2カ
所の領域に矩形状の光透過部が形成されている。そし
て、矩形状の光透過部の内部には、たとえば二重四角形
状の基準マークSMがアライメント用の指標パターンと
して形成されている。基準マークSMは、二重四角形状
のマーク部が光を遮光するように構成された残しパター
ンからなる。
Wafer holder 13 on wafer stage 14
, A stage substrate 15 made of, for example, a transparent glass substrate is provided. The stage substrate 1
The upper surface of 5 is set at substantially the same height (almost the same position in the Z direction) as the exposure surface of the wafer 12. As shown in FIG. 3, a light-shielding portion made of, for example, a chrome film (indicated by a hatched portion in the figure) is entirely formed on the upper surface of the stage substrate 15, and the light-shielding portion is centrally symmetrical along the X axis in the light-shielding portion. Rectangular light transmitting portions are formed in two regions. Then, inside the rectangular light transmitting portion, for example, a double square reference mark SM is formed as an index pattern for alignment. The reference mark SM is formed of a remaining pattern in which a double square mark portion is configured to block light.

【0026】また、本実施例の投影露光装置には、ウエ
ハステージ14に対するマスク9の相対位置を計測する
ためのアライメント系が設けられている。本実施例で
は、図1に示すように切り換えミラー2が光路中に設定
されている状態において、エキシマレーザ光源1からの
光がアライメント系の光路へ導かれる。切り換えミラー
2を介して導かれた光は、反射ミラー51で反射された
後、図1において実線で示す第1の位置と図1において
破線で示す第2の位置との間で切り換え可能な反射ミラ
ー52に入射する。アライメントに際して第1の位置に
位置決めされた反射ミラー52で反射された光は、アラ
イメント照明光として、一対の正レンズ53および54
からなるビームエキスパンダーに入射する。ビームエキ
スパンダー(53および54)を介して所望のビーム径
に整形された平行光束は、拡散板55に入射する。な
お、拡散板55は、適当な回転機構56により必要に応
じて回転可能に構成されている。拡散板55の拡散作用
により、その射出面にはほぼ一様な光量分布を有する二
次光源が形成される。
Further, the projection exposure apparatus of this embodiment is provided with an alignment system for measuring the relative position of the mask 9 with respect to the wafer stage 14. In this embodiment, the light from the excimer laser light source 1 is guided to the optical path of the alignment system when the switching mirror 2 is set in the optical path as shown in FIG. The light guided via the switching mirror 2 is reflected by the reflection mirror 51, and thereafter is switchable between a first position indicated by a solid line in FIG. 1 and a second position indicated by a broken line in FIG. The light enters the mirror 52. The light reflected by the reflection mirror 52 positioned at the first position during the alignment is used as alignment illumination light as a pair of positive lenses 53 and 54.
Into a beam expander composed of The parallel luminous flux shaped into a desired beam diameter via the beam expanders (53 and 54) enters the diffusion plate 55. The diffusion plate 55 is configured to be rotatable by a suitable rotation mechanism 56 as needed. Due to the diffusion effect of the diffusion plate 55, a secondary light source having a substantially uniform light amount distribution is formed on the exit surface.

【0027】拡散板55の射出面に形成された二次光源
から射出された照明光は、第1リレーレンズ系(57お
よび58)とウエハステージ14上に形成された開口部
59とを介して、ウエハステージ14の内部へ導かれ
る。すなわち、ステージ基板15の中心が投影光学系1
1の光軸AXとほぼ一致したときに、第1リレーレンズ
系(57および58)を介した照明光が開口部59を介
してウエハステージ14の内部に配置された第2リレー
レンズ系(60および61)へ導かれるように、ステー
ジ基板15と開口部59との位置関係が規定されてい
る。
The illumination light emitted from the secondary light source formed on the emission surface of the diffusion plate 55 passes through the first relay lens system (57 and 58) and the opening 59 formed on the wafer stage 14. , Into the wafer stage 14. That is, the center of the stage substrate 15 is
When the optical axis AX substantially coincides with the optical axis AX of the first relay lens system (60), the illumination light through the first relay lens system (57 and 58) is transmitted through the opening 59 to the second relay lens system (60) disposed inside the wafer stage 14. And 61), the positional relationship between the stage substrate 15 and the opening 59 is defined.

【0028】こうして、開口部59を介してウエハステ
ージ14の内部へ導かれた照明光は、第2リレーレンズ
系(60および61)を介して、ライトガイド62に入
射する。ここで、拡散板55の射出面とライトガイド6
2の入射端とは、第1リレーレンズ系(57および5
8)および第2リレーレンズ系(60および61)によ
って共役に配置されている。こうして、ライトガイド6
2の入射端には、所定の開口数および所定の径を有する
光源像が形成される。なお、ライトガイド62として、
複数のファイバー素線をランダムに束ねることによって
構成された、いわゆるランダムライトガイドが用いられ
ている。したがって、ライトガイド62の入射端面にお
ける各ファイバ素線の配列が射出端面ではランダム配置
になっており、入射端面での光量分布が射出端面では平
均化される。
The illumination light guided into the wafer stage 14 through the opening 59 enters the light guide 62 via the second relay lens system (60 and 61). Here, the exit surface of the diffusion plate 55 and the light guide 6
2 is the first relay lens system (57 and 5).
8) and a second relay lens system (60 and 61). Thus, the light guide 6
A light source image having a predetermined numerical aperture and a predetermined diameter is formed at the entrance end of No. 2. In addition, as the light guide 62,
A so-called random light guide configured by randomly bundling a plurality of fiber strands is used. Therefore, the arrangement of the fiber strands at the entrance end face of the light guide 62 is randomly arranged at the exit end face, and the light quantity distribution at the entrance end face is averaged at the exit end face.

【0029】ライトガイド62の入射端に入射した照明
光は、分岐された2つの射出端へ導かれる。そして、ラ
イトガイド62の一方の射出端からの照明光は、コンデ
ンサーレンズ63を介して適当な照明開口数(NA)を
有する照野を形成し、ステージ基板15に形成された一
方の基準マークSMを均一に照明する。また、ライトガ
イド62の他方の射出端からの光は、コンデンサーレン
ズ64を介して適当な照明開口数(NA)を有する照野
を形成し、他方の基準マークSMを均一に照明する。
The illumination light that has entered the incident end of the light guide 62 is guided to the two branched exit ends. The illumination light from one exit end of the light guide 62 forms an illumination field having an appropriate illumination numerical aperture (NA) via a condenser lens 63, and the one reference mark SM formed on the stage substrate 15. Is illuminated uniformly. Light from the other exit end of the light guide 62 forms an illumination field having an appropriate illumination numerical aperture (NA) via the condenser lens 64, and uniformly illuminates the other reference mark SM.

【0030】このように、エキシマレーザ光源1、切り
換えミラー2、反射ミラー51、反射ミラー52、ビー
ムエキスパンダー(53および54)、拡散板55、第
1リレーレンズ系(57および58)、第2リレーレン
ズ系(60および61)、ライトガイド62、コンデン
サーレンズ63、およびコンデンサーレンズ64は、エ
キシマレーザ光源1からの平行光束に基づいてアライメ
ント用の指標パターンである基準マークSMを照明する
ためのアライメント照明系を構成している。
As described above, the excimer laser light source 1, the switching mirror 2, the reflection mirror 51, the reflection mirror 52, the beam expanders (53 and 54), the diffusion plate 55, the first relay lens system (57 and 58), and the second relay The lens system (60 and 61), the light guide 62, the condenser lens 63, and the condenser lens 64 are alignment illuminations for illuminating a reference mark SM as an alignment index pattern based on a parallel light beam from the excimer laser light source 1. Make up the system.

【0031】こうして、アライメント照明系により、一
対の基準マークSMは下方からケーラー照明される。一
対の基準マークSMを透過した光は、投影光学系11を
介して、マスク9の下面(転写パターンの形成面)に形
成された対応するマスクマークMMを照明する。ここ
で、アライメント照明光は露光光と同じ波長を有してお
り、アライメントに際してステージ基板15の中心を投
影光学系11の光軸AXに対して位置決めしている。し
たがって、マスクマークMMの上には、対応する基準マ
ークSMの像が重なって形成される。すなわち、基準マ
ークSMの像により、対応するマスクマークMMの照明
が行われる。
Thus, the pair of reference marks SM is Koehler-illuminated from below by the alignment illumination system. The light transmitted through the pair of reference marks SM illuminates the corresponding mask mark MM formed on the lower surface of the mask 9 (the surface on which the transfer pattern is formed) via the projection optical system 11. Here, the alignment illumination light has the same wavelength as the exposure light, and the center of the stage substrate 15 is positioned with respect to the optical axis AX of the projection optical system 11 during alignment. Therefore, an image of the corresponding reference mark SM is formed over the mask mark MM. That is, the corresponding mask mark MM is illuminated by the image of the reference mark SM.

【0032】マスクマークMMを介した光は、アライメ
ント検出光として、アライメント系の検出光学系に入射
する。図4は、図1のアライメント系の検出光学系の上
面図である。検出光学系は、図4に示すように、一対の
マスクマークMMのうちの一方のマスクマークの相対位
置を検出するための第1検出光学系と、他方のマスクマ
ークの相対位置を検出するための第2検出光学系とから
構成されている。なお、図1および図4に示すように、
2つの検出光学系は、互いに同じ構成を有し、YZ平面
に関して対称に配置されている。
The light passing through the mask mark MM is incident on the detection optical system of the alignment system as alignment detection light. FIG. 4 is a top view of a detection optical system of the alignment system of FIG. As shown in FIG. 4, the detection optical system includes a first detection optical system for detecting a relative position of one of the pair of mask marks MM and a detection optical system for detecting a relative position of the other mask mark. And the second detection optical system. As shown in FIGS. 1 and 4,
The two detection optical systems have the same configuration and are symmetrically arranged with respect to the YZ plane.

【0033】各マスクマークMMを介した検出光は、光
路偏向用のミラー31で反射された後、第1対物レンズ
32、ミラー33および第2対物レンズ34を介して、
2次元CCD等からなる2次元撮像素子35の撮像面に
基準マークSMとマスクマークMMとの合成像を形成す
る。図5は、2次元撮像素子35の撮像面に形成される
基準マークSMとマスクマークMMとの合成像を模式的
に示す図である。前述したように、マスクマークMM
は、基準マークSMの像によって透過照明される。この
ため、マスクマークMMの遮光部の透過率および基準マ
ークSMの遮光部の透過率がともに十分小さければ(通
常この条件は満たされる)、2次元撮像素子35の撮像
面においてコントラストの良好な合成像を得ることがで
きる。
The detection light passing through each mask mark MM is reflected by a mirror 31 for deflecting the optical path, and then passes through a first objective lens 32, a mirror 33 and a second objective lens 34.
A composite image of the reference mark SM and the mask mark MM is formed on the imaging surface of the two-dimensional imaging device 35 composed of a two-dimensional CCD or the like. FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a composite image of the reference mark SM and the mask mark MM formed on the imaging surface of the two-dimensional imaging device 35. As described above, the mask mark MM
Are transmitted and illuminated by the image of the reference mark SM. For this reason, if the transmittance of the light-shielding portion of the mask mark MM and the transmittance of the light-shielding portion of the reference mark SM are both sufficiently small (this condition is normally satisfied), the composition with good contrast on the imaging surface of the two-dimensional image sensor 35 is achieved. An image can be obtained.

【0034】そして、2次元撮像素子35からの2次元
画像データに基づいて、例えば目視観察により基準マー
クSMを指標としてマスクマークMMの位置ずれが検出
される。さらに、その2次元画像データに画像処理を施
すことにより、マスクマークMMの位置ずれがウエハス
テージ14上のX座標およびY座標に沿った位置ずれ量
として検出される。こうして、マスク9上に形成された
2つのマスクマークMMのウエハステージ14に対する
位置ずれ量に基づいて、マスク9のウエハステージ14
に対する位置関係(2次元的な位置ずれ量、およびZ軸
回りの回転角)が求められる。
Then, based on the two-dimensional image data from the two-dimensional image pickup device 35, for example, the positional deviation of the mask mark MM is detected by visual observation using the reference mark SM as an index. Further, by performing image processing on the two-dimensional image data, the positional shift of the mask mark MM is detected as a positional shift amount along the X coordinate and the Y coordinate on the wafer stage 14. Thus, based on the amount of displacement of the two mask marks MM formed on the mask 9 with respect to the wafer stage 14, the wafer stage 14
(A two-dimensional displacement amount and a rotation angle around the Z axis) are obtained.

【0035】次いで、マスク9のウエハステージ14に
対する位置関係が所望の許容範囲内に収まるように、マ
スクステージ10を駆動してマスク9を適宜移動させ
る。そして、マスク9のウエハステージ14に対する位
置関係を再計測し、計測した位置関係が所望の許容範囲
内に収まっていることを確認して、アライメントが終了
する。
Next, the mask stage 10 is driven and the mask 9 is appropriately moved so that the positional relationship between the mask 9 and the wafer stage 14 falls within a desired allowable range. Then, the positional relationship of the mask 9 with respect to the wafer stage 14 is measured again, and it is confirmed that the measured positional relationship is within a desired allowable range, and the alignment is completed.

【0036】本実施例のアライメント照明系では、エキ
シマレーザ光源1からの平行光束がビームエキスパンダ
ー(53および54)を介して所定のビーム径に整形さ
れた後に、拡散板55に入射する。拡散板55を介して
拡散された光は、第1リレーレンズ系(57および5
8)および第2リレーレンズ系(60および61)を介
して、ライトガイド62に入射する。ここで、ライトガ
イド62の入射端面は、アライメント照明系の光軸と直
交する平面に対して所定角度だけ傾斜するように配置さ
れている。したがって、特開平7−321022号公報
に開示された原理に基づいて、拡散板55とライトガイ
ド62との作用により、ライトガイド62の射出端に
は、所要の射出角度まで輝度がほぼ一定で且つ射出端面
内の輝度分布がほぼ均一な二次光源が形成される。
In the alignment illumination system of the present embodiment, the parallel light beam from the excimer laser light source 1 is shaped into a predetermined beam diameter via the beam expanders (53 and 54), and then enters the diffusion plate 55. The light diffused through the diffusion plate 55 is transmitted to the first relay lens system (57 and 5).
8) and enters the light guide 62 via the second relay lens system (60 and 61). Here, the incident end face of the light guide 62 is disposed so as to be inclined by a predetermined angle with respect to a plane orthogonal to the optical axis of the alignment illumination system. Therefore, based on the principle disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-32022, by the action of the diffusion plate 55 and the light guide 62, the emission end of the light guide 62 has a substantially uniform brightness up to a required emission angle and A secondary light source having a substantially uniform luminance distribution in the emission end face is formed.

【0037】ライトガイド62の射出端に形成された二
次光源からの光は、コンデンサーレンズ63または64
を介して、アライメント用の指標パターンである基準マ
ークSMを照明する。こうして、アライメント照明系で
は、所要の射出角度まで輝度がほぼ一定で且つ射出端面
内の輝度分布がほぼ均一な二次光源からの光に基づい
て、照度分布がほぼ均一で且つ照野内で照明NAがほぼ
一定の良好な照野が形成される。
The light from the secondary light source formed at the exit end of the light guide 62 passes through a condenser lens 63 or 64.
Illuminates a reference mark SM, which is an index pattern for alignment. Thus, in the alignment illumination system, the illuminance distribution is substantially uniform and the illumination NA within the illumination field is based on the light from the secondary light source whose luminance is substantially constant and the luminance distribution in the exit end surface is substantially uniform up to the required emission angle. However, an almost constant good illumination field is formed.

【0038】また、本実施例のアライメント照明系で
は、拡散板55とライトガイド62の入射端との間に2
つのリレーレンズ系を介在させている。したがって、ウ
エハステージ14の内部へ照明光を導入するための光導
入部(反射ミラー51〜レンズ58)と、ウエハステー
ジ14の内部に導入された照明光を基準マークSMに照
射するための光照射部(レンズ60〜レンズ64)とを
空間的に容易に分離させることができる。したがって、
光導入部と光照射部とを機械的に分離させ、アライメン
トに際してのみ光導入部と光照射部とを光学的に接続さ
せることが容易である。その結果、本実施例のアライメ
ント照明系では、非常に高い送光自由度を実現すること
ができる。
In the alignment illumination system of this embodiment, the distance between the diffusion plate 55 and the incident end of the light guide 62 is two.
Two relay lens systems are interposed. Therefore, a light introduction unit (reflection mirror 51 to lens 58) for introducing illumination light into wafer stage 14 and light irradiation for irradiating illumination light introduced into wafer stage 14 to reference mark SM. The parts (lens 60 to lens 64) can be easily separated spatially. Therefore,
It is easy to mechanically separate the light introducing unit and the light irradiating unit and optically connect the light introducing unit and the light irradiating unit only during alignment. As a result, the alignment illumination system according to the present embodiment can achieve a very high degree of freedom in light transmission.

【0039】本実施例の投影露光装置は、前述したよう
に、コントラスト検出法によるフォーカスキャリブレー
ション系を備えている。図6は、図1に対応する図であ
って、露光光源1からの光がフォーカスキャリブレーシ
ョン系に導かれるように投影光学系11に対してウエハ
ステージ14が位置決めされた状態を示す図である。投
影露光装置においては、装置を起動する際に、投影光学
系を介してマスクの下面(パターン面)とウエハの上面
(露光面)とが共役になるように、ウエハをベストフォ
ーカス位置に位置決めする必要がある。この場合、投影
光学系の光軸方向に沿ってウエハの位置を変化させなが
ら、マスクに形成されたテストマークを投影光学系を介
してウエハに焼き付け、現像処理を行い、光学顕微鏡で
レジスト像を観察することによって、ウエハのベストフ
ォーカス位置を検出するという作業を行っても良い。
As described above, the projection exposure apparatus of this embodiment has a focus calibration system based on the contrast detection method. FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 1 and shows a state in which the wafer stage 14 is positioned with respect to the projection optical system 11 so that light from the exposure light source 1 is guided to the focus calibration system. . In a projection exposure apparatus, when the apparatus is started, the wafer is positioned at a best focus position via a projection optical system such that the lower surface (pattern surface) of the mask and the upper surface (exposure surface) of the wafer are conjugate. There is a need. In this case, while changing the position of the wafer along the optical axis direction of the projection optical system, the test mark formed on the mask is printed on the wafer via the projection optical system, developed, and a resist image is formed by an optical microscope. The work of detecting the best focus position of the wafer by observation may be performed.

【0040】しかしながら、実際に投影露光を行うこと
なくベストフォーカス位置を検出するために、たとえば
コントラスト検出法によるフォーカスキャリブレーショ
ン系を用いるのが便利である。コントラスト検出法によ
るフォーカスキャリブレーション系では、ウエハステー
ジ上においてウエハ面とほぼ同じ高さに設定されたステ
ージ基板を下方から露光光と同じ波長を有する光で照明
する。ステージ基板に形成されたフォーカス検出用の指
標パターンを透過した光は、投影光学系を介してマスク
の下面で反射された後、再び投影光学系を介して指標パ
ターン上に指標パターン像を重ねて形成する。そして、
ウエハステージを投影光学系の光軸方向に移動させなが
ら、指標パターンを透過した指標パターン像からの光の
強度を検出する。こうして、コントラスト検出法による
フォーカスキャリブレーション系では、検出した光の強
度が最大になるウエハの位置をベストフォーカス位置と
して検出することができる。
However, in order to detect the best focus position without actually performing projection exposure, it is convenient to use a focus calibration system using, for example, a contrast detection method. In a focus calibration system based on the contrast detection method, a stage substrate set at substantially the same height as the wafer surface on a wafer stage is illuminated from below with light having the same wavelength as the exposure light. The light transmitted through the focus detection index pattern formed on the stage substrate is reflected by the lower surface of the mask through the projection optical system, and then the index pattern image is superimposed on the index pattern again through the projection optical system. Form. And
While moving the wafer stage in the optical axis direction of the projection optical system, the intensity of light from the index pattern image transmitted through the index pattern is detected. In this manner, the focus calibration system using the contrast detection method can detect the position of the wafer where the intensity of the detected light becomes maximum as the best focus position.

【0041】本実施例では、図6に示すように切り換え
ミラー2が光路中に設定されている状態において、エキ
シマレーザ光源1からの光がアライメント系とフォーカ
スキャリブレーション系との共通の光路へ導かれる。切
り換えミラー2を介して導かれた光は、反射ミラー51
で反射された後、図6に示すように第2の位置に切り換
えられた反射ミラー52に入射する。反射ミラー52で
反射された光は、フォーカス照明光として、一対の正レ
ンズ73および74からなるビームエキスパンダーに入
射する。ビームエキスパンダー(73および74)を介
して所望のビーム径に整形された平行光束は、拡散板7
5に入射する。拡散板75は、適当な回転機構76によ
り必要に応じて回転可能に構成されている。拡散板75
の拡散作用により、その射出面にはほぼ一様な光量分布
を有する二次光源が形成される。
In this embodiment, when the switching mirror 2 is set in the optical path as shown in FIG. 6, the light from the excimer laser light source 1 is guided to the common optical path of the alignment system and the focus calibration system. I will The light guided through the switching mirror 2 is reflected by the reflection mirror 51.
Then, as shown in FIG. 6, the light enters the reflecting mirror 52 switched to the second position. The light reflected by the reflection mirror 52 enters a beam expander including a pair of positive lenses 73 and 74 as focus illumination light. The parallel light beam shaped to a desired beam diameter via the beam expanders (73 and 74) is
5 is incident. The diffusion plate 75 is configured to be rotatable as needed by an appropriate rotation mechanism 76. Diffusion plate 75
, A secondary light source having a substantially uniform light quantity distribution is formed on the exit surface.

【0042】拡散板75の射出面に形成された二次光源
から射出された照明光は、第1リレーレンズ系(77お
よび78)とウエハステージ14上に形成された開口部
79とを介して、ウエハステージ14の内部へ導かれ
る。ところで、ウエハステージ14上のステージ基板1
5の近傍には、たとえば透光性のガラス基板からなるス
テージ基板16が設けられている。なお、ステージ基板
16の上面は、ステージ基板15と同様に、ウエハ12
の露光面とほぼ同じ高さ(Z方向にほぼ同じ位置)に設
定されている。また、ステージ基板16の上面には、図
7に示すように、ラインアンドスペースパターンのよう
なフォーカス検出用の指標パターンTPが形成されてい
る。また、指標パターンTPでは、たとえばクロム膜か
らなる遮光部が全体的に形成され、ラインアンドスペー
スパターン(図中において線で示す)状の光透過部が形
成されている。
The illumination light emitted from the secondary light source formed on the emission surface of the diffusion plate 75 passes through the first relay lens system (77 and 78) and the opening 79 formed on the wafer stage 14. , Into the wafer stage 14. By the way, the stage substrate 1 on the wafer stage 14
In the vicinity of 5, a stage substrate 16 made of, for example, a translucent glass substrate is provided. Note that the upper surface of the stage substrate 16 is
Are set at substantially the same height (substantially the same position in the Z direction) as the exposure surface of (1). As shown in FIG. 7, an index pattern TP for focus detection such as a line and space pattern is formed on the upper surface of the stage substrate 16. In the index pattern TP, a light-shielding portion made of, for example, a chromium film is entirely formed, and a light-transmitting portion in a line-and-space pattern (shown by a line in the drawing) is formed.

【0043】第1リレーレンズ系(77および78)を
介した照明光は、ステージ基板16の中心を投影光学系
11の光軸AXに対して位置決めしたときに、開口部7
9を介してウエハステージ14の内部に配置された第2
リレーレンズ系(80および81)へ導かれる。換言す
ると、ステージ基板16の中心を投影光学系11の光軸
AXに対して位置決め一致したときに、第1リレーレン
ズ系(77および78)を介した照明光が開口部79を
介してウエハステージ14の内部に配置された第2リレ
ーレンズ系(80および81)へ導かれるように、ステ
ージ基板16と開口部79との位置関係が規定されてい
る。
When the center of the stage substrate 16 is positioned with respect to the optical axis AX of the projection optical system 11, the illumination light through the first relay lens system (77 and 78)
9, a second stage disposed inside the wafer stage 14
It is led to a relay lens system (80 and 81). In other words, when the center of the stage substrate 16 is positioned and aligned with the optical axis AX of the projection optical system 11, the illumination light via the first relay lens system (77 and 78) The positional relationship between the stage substrate 16 and the opening 79 is defined so that the stage substrate 16 is guided to the second relay lens system (80 and 81) disposed inside the.

【0044】こうして、開口部79を介してウエハステ
ージ14の内部へ導かれた照明光は、第2リレーレンズ
系(80および81)を介して、ライトガイド82に入
射する。ここで、拡散板75の射出面とライトガイド8
2の入射端とは、第1リレーレンズ系(77および7
8)および第2リレーレンズ系(80および81)によ
って共役に配置されている。こうして、ライトガイド8
2の入射端82aには、所定の開口数および所定の径を
有する光源像が形成される。なお、ライトガイド82
は、アライメント系のライトガイド62と同様に、複数
のファイバー素線をランダムに束ねることによって構成
されたランダムライトガイドである。
The illumination light guided into the wafer stage 14 through the opening 79 enters the light guide 82 through the second relay lens system (80 and 81). Here, the exit surface of the diffusion plate 75 and the light guide 8
2 is the first relay lens system (77 and 7).
8) and a second relay lens system (80 and 81). Thus, the light guide 8
A light source image having a predetermined numerical aperture and a predetermined diameter is formed at the second incident end 82a. The light guide 82
Is a random light guide configured by randomly bundling a plurality of fiber strands, like the light guide 62 of the alignment system.

【0045】ライトガイド82の入射端82aに入射し
た光は2つの光に分岐され、第1分岐端82bおよび第
2分岐端82cにそれぞれ導かれる。ライトガイド82
の第2分岐端82cから射出された光は、フォーカス照
明光として、コンデンサーレンズ83を介して、適当な
照明開口数(NA)を有する照野を形成し、ステージ基
板16に形成された指標パターンTPを均一に照明す
る。このように、エキシマレーザ光源1、切り換えミラ
ー2、反射ミラー51、反射ミラー52、ビームエキス
パンダー(73および74)、拡散板75、第1リレー
レンズ系(77および78)、第2リレーレンズ系(8
0および81)、ライトガイド82、およびコンデンサ
ーレンズ83は、エキシマレーザ光源1からの平行光束
に基づいてフォーカス検出用の指標パターンTPを照明
するためのフォーカス照明系を構成している。
The light incident on the incident end 82a of the light guide 82 is split into two lights, which are guided to a first split end 82b and a second split end 82c, respectively. Light guide 82
The light emitted from the second branch end 82c forms an illumination field having an appropriate illumination numerical aperture (NA) through a condenser lens 83 as focus illumination light, and the index pattern formed on the stage substrate 16 Illuminate the TP uniformly. Thus, the excimer laser light source 1, the switching mirror 2, the reflection mirror 51, the reflection mirror 52, the beam expanders (73 and 74), the diffusion plate 75, the first relay lens system (77 and 78), and the second relay lens system ( 8
0 and 81), the light guide 82, and the condenser lens 83 constitute a focus illumination system for illuminating the index pattern TP for focus detection based on the parallel light beam from the excimer laser light source 1.

【0046】こうして、フォーカス照明系により、ステ
ージ基板16上の指標パターンTPは下方からケーラー
照明される。指標パターンTPを透過した光は、フォー
カス検出光として、投影光学系11を介してマスク9の
下面で反射された後、再び投影光学系11を介してステ
ージ基板16に入射する。なお、フォーカス照明光は露
光光と同じ波長を有しており、ベストフォーカス位置の
検出に際して指標パターンTPの中心を投影光学系11
の光軸AXに対して位置決めしている。したがって、ス
テージ基板16において、指標パターンTPの上には指
標パターンTPの像が重なって形成される。すなわち、
指標パターンTPの像により、指標パターンTPの照明
が行われる。
Thus, the index pattern TP on the stage substrate 16 is Koehler-illuminated from below by the focus illumination system. The light transmitted through the index pattern TP is reflected by the lower surface of the mask 9 via the projection optical system 11 as focus detection light, and then enters the stage substrate 16 via the projection optical system 11 again. Note that the focus illumination light has the same wavelength as the exposure light, and the center of the index pattern TP is used to detect the best focus position.
Is positioned with respect to the optical axis AX. Therefore, on the stage substrate 16, an image of the index pattern TP is formed on the index pattern TP so as to overlap. That is,
The image of the index pattern TP illuminates the index pattern TP.

【0047】指標パターンTPを介した指標パターン像
からの検出光は、コンデンサーレンズ83を介して、ラ
イトガイド82の第2分岐端82cに入射する。ライト
ガイド82の第2分岐端82cに入射した検出光は、ラ
イトガイド82の射出端側において分岐された第3分岐
端82dへ導かれる。第3分岐端82dへ導かれた検出
光は、リレーレンズ系(84および85)の一方のレン
ズ84およびウエハステージ14上に形成された開口部
86を介して、ウエハステージ14の外部へ導かれる。
ウエハステージ14の外部へ導かれた検出光は、リレー
レンズ系(84および85)の他方のレンズ85を介し
て、受光センサ87aに入射する。
The detection light from the index pattern image via the index pattern TP enters the second branch end 82c of the light guide 82 via the condenser lens 83. The detection light that has entered the second branch end 82c of the light guide 82 is guided to a third branch end 82d branched on the exit end side of the light guide 82. The detection light guided to the third branch end 82d is guided to the outside of the wafer stage 14 via one lens 84 of the relay lens system (84 and 85) and the opening 86 formed on the wafer stage 14. .
The detection light guided to the outside of the wafer stage 14 enters the light receiving sensor 87a via the other lens 85 of the relay lens system (84 and 85).

【0048】一方、ライトガイド82の入射端側におい
て分岐された第1分岐端82bから射出された光は、光
源1の光量変動のモニター光として、光量調整用の減光
フィルター88を介して、ライトガイド89に入射す
る。ライトガイド89から射出されたモニター光は、リ
レーレンズ系(84および85)および開口部86を介
して、受光センサ87bに入射する。ここで、ライトガ
イド82の第3分岐端82dとライトガイド89の射出
端89bとは互いに隣接し、リレーレンズ系(84およ
び85)によって、対応する受光センサ87aの受光面
および受光センサ87bの受光面と共役になるように配
置されている。受光センサ87aおよび受光センサ87
bの出力は、処理系27に供給される。
On the other hand, the light emitted from the first branch end 82 b branched on the incident end side of the light guide 82 is used as a monitor light for the light amount fluctuation of the light source 1 via a light-attenuating filter 88 for adjusting the light amount. The light enters the light guide 89. The monitor light emitted from the light guide 89 enters the light receiving sensor 87b via the relay lens system (84 and 85) and the opening 86. Here, the third branch end 82d of the light guide 82 and the emission end 89b of the light guide 89 are adjacent to each other, and the light receiving surface of the corresponding light receiving sensor 87a and the light receiving of the light receiving sensor 87b are controlled by the relay lens system (84 and 85). They are arranged so as to be conjugate with the plane. Light receiving sensor 87a and light receiving sensor 87
The output of b is supplied to the processing system 27.

【0049】ところで、ウエハステージ14のXY方向
への移動、Z方向への移動および傾斜は、駆動系18の
駆動により行われる。すなわち、ウエハステージ14の
XYステージは駆動系18の駆動によりXY方向へ移動
し、ウエハステージ14のZステージは駆動系18の駆
動によりZ方向へ移動し、ウエハ14のレベリングステ
ージは駆動系18の駆動により傾斜する。なお、駆動系
18の制御は、処理系27によって行われる。
The movement of the wafer stage 14 in the X and Y directions, the movement in the Z direction, and the tilt are performed by driving the drive system 18. That is, the XY stage of the wafer stage 14 moves in the XY directions by driving the driving system 18, the Z stage of the wafer stage 14 moves in the Z direction by driving the driving system 18, and the leveling stage of the wafer 14 Tilt by driving. The control of the drive system 18 is performed by the processing system 27.

【0050】また、ウエハステージ14の上方には、ウ
エハ12の表面(すなわち露光面)の位置またはステー
ジ基板16の表面(すなわち上面)の位置を検出するた
めの焦点検出系が設けられている。この焦点検出系は、
ウエハ12の表面またはステージ基板16の表面に斜め
から光を照射するための照射部20と、ウエハ12の表
面またはステージ基板16の表面で反射された光の位置
を検出するための焦点検出部21とで構成されている。
焦点検出部21は、ウエハ12の表面またはステージ基
板16の表面で反射された光の位置に基づいて、ウエハ
12の表面またはステージ基板16の表面の位置(Z方
向の高さ位置)を検出する。なお、焦点検出部21から
の検出信号は、処理系27へ供給される。
A focus detection system for detecting the position of the surface of the wafer 12 (ie, the exposure surface) or the position of the surface of the stage substrate 16 (ie, the upper surface) is provided above the wafer stage 14. This focus detection system
An irradiation unit 20 for irradiating the surface of the wafer 12 or the surface of the stage substrate 16 with light obliquely, and a focus detection unit 21 for detecting the position of the light reflected on the surface of the wafer 12 or the surface of the stage substrate 16 It is composed of
The focus detection unit 21 detects the position of the surface of the wafer 12 or the surface of the stage substrate 16 (the height position in the Z direction) based on the position of the light reflected on the surface of the wafer 12 or the surface of the stage substrate 16. . The detection signal from the focus detection unit 21 is supplied to the processing system 27.

【0051】処理系27は、駆動系18を駆動させて投
影光学系11の露光領域(結像面)内の各点Pi (i=
1〜N)毎に、ステージ基板16のZ軸方向の高さ位置
jを変化させながら、各高さ位置zj (j=1〜M)
での光量Ii,j を受光センサ87aを介して計測する。
すなわち、現実的にはウエハステージ14のフォーカス
方向(Z方向)の移動に対し、ある一定のピッチ(時間
間隔)で受光光量信号を処理系27が取り込む。したが
って、処理系27で得られる受光光量信号分布は、とび
とびの離散的な値になる。この光量分布曲線Ii (j)
が、最良焦点位置を定めるためのフォーカス曲線であ
る。
The processing system 27 drives the driving system 18 to drive each point P i (i = i = n) in the exposure area (imaging plane) of the projection optical system 11.
1 to N), while changing the height position z j of the stage substrate 16 in the Z-axis direction, each height position z j (j = 1 to M)
Measuring light intensity I i, a j via the light receiving sensor 87a at.
That is, in reality, the processing system 27 captures the received light amount signal at a certain pitch (time interval) with respect to the movement of the wafer stage 14 in the focus direction (Z direction). Therefore, the received light quantity signal distribution obtained by the processing system 27 has discrete discrete values. This light quantity distribution curve I i (j)
Is a focus curve for determining the best focus position.

【0052】このとき、ウエハステージ14をフォーカ
ス方向へ移動させた時のステージ基板16の表面の位置
は、焦点検出系の焦点検出部21にて検出され、焦点検
出部21の検出信号は処理系27に供給される。したが
って、焦点検出系の焦点検出部21からの検出信号に基
づいて、処理系27において得られる光量曲線分布Ii
(j)とステージ基板16の各高さ位置zj とが対応付
けられる。なお、本実施例では、エキシマレーザ光源1
の出力変動をモニターするための受光センサ87bが取
り付けられている。したがって、処理系27において光
量分布曲線を求める際に、受光センサ87aの受光信号
を受光センサ87bの受光信号で割り算(または引算)
処理することによって、エキシマレーザ光源1の出力変
動などによる誤差要因を減らすことができる。
At this time, the position of the surface of the stage substrate 16 when the wafer stage 14 is moved in the focus direction is detected by the focus detection unit 21 of the focus detection system, and the detection signal of the focus detection unit 21 is processed by the processing system. 27. Therefore, based on the detection signal from the focus detection unit 21 of the focus detection system, the light amount curve distribution I i obtained in the processing system 27 is obtained.
(J) and each height position z j of the stage substrate 16 are associated with each other. In this embodiment, the excimer laser light source 1
A light receiving sensor 87b for monitoring the output fluctuation of the sensor is attached. Therefore, when calculating the light amount distribution curve in the processing system 27, the light receiving signal of the light receiving sensor 87a is divided (or subtracted) by the light receiving signal of the light receiving sensor 87b.
By performing the processing, it is possible to reduce an error factor due to an output fluctuation of the excimer laser light source 1 or the like.

【0053】次いで、処理系27の内部の信号補正処理
部27aは、ノイズの低減のために、各高さ位置zj
の離散的なフォーカス曲線Ii (j)を、2次曲線近似
法やスプライン補間法等によってスムージング処理す
る。図8は、図6の信号補正処理部27aによってスム
ージング処理されたフォーカス曲線を模式的に示す図で
ある。図8において、縦軸は受光センサ87bでの受光
光量に対する受光センサ87aでの受光光量の比すなわ
ち光量比であり、横軸はステージ基板16の表面の高さ
位置である。
Next, the signal correction processing unit 27a in the processing system 27 converts the discrete focus curve I i (j) at each height position z j into a quadratic curve approximation method in order to reduce noise. And a smoothing process by a spline interpolation method or the like. FIG. 8 is a diagram schematically showing a focus curve subjected to smoothing processing by the signal correction processing unit 27a of FIG. 8, the vertical axis represents the ratio of the amount of light received by the light receiving sensor 87a to the amount of light received by the light receiving sensor 87b, that is, the light amount ratio, and the horizontal axis represents the height position of the surface of the stage substrate 16.

【0054】図8に示すように、ウエハステージ14を
投影光学系11のフォーカス方向へ移動させると光量比
が変化する。そして、光量比が最大になる高さ位置z=
BFは、ステージ基板16上に形成される指標パターン
像のコントラストが最も良い状態、すなわち投影光学系
11を介してマスク9のパターン面と基板ステージ16
の上面とが共役になったベストフォーカス位置である。
こうして、実際の露光を行うことなく、投影光学系11
に対するベストフォーカス位置を検出することができ
る。
As shown in FIG. 8, when the wafer stage 14 is moved in the focus direction of the projection optical system 11, the light amount ratio changes. Then, the height position z =
BF indicates a state in which the contrast of the index pattern image formed on the stage substrate 16 is the best, that is, the pattern surface of the mask 9 and the substrate stage 16 via the projection optical system 11.
Is the best focus position conjugated with the upper surface of.
Thus, the projection optical system 11 can be used without performing actual exposure.
Can be detected.

【0055】以上のように、信号補正処理部27aは、
投影光学系11の露光領域(結像面)内の各点Pi (i
=1〜N)毎に、各フォーカス曲線を求める。その後、
処理系27の内部のフォーカス位置検出部27bは、信
号補正処理部27aにおいて得られた各フォーカス曲線
に基づいて、各フォーカス曲線の最大値を与える高さ位
置z=BFをベストフォーカス位置としてそれぞれ求め
る。これにより、投影光学系11の露光領域(結像面)
内の各点Pi (i=1〜N)でのベストフォーカス位置
が求められる。そして、フォーカス位置検出部27b
は、投影光学系11の露光領域(結像面)内の各点Pi
(i=1〜N)でのベストフォーカス位置を求めた後、
投影光学系11によらない所定のオフセット量を各ベス
トフォーカス位置に加算し、最終的なベストフォーカス
位置をそれぞれ算出する。これにより、フォーカス位置
検出部27bは、最終的に投影光学系11の像面形状を
算出する。
As described above, the signal correction processing unit 27a
Each point P i (i in the exposure area (imaging plane) of the projection optical system 11
= 1 to N), each focus curve is obtained. afterwards,
The focus position detection unit 27b inside the processing system 27 obtains a height position z = BF that gives the maximum value of each focus curve as the best focus position based on each focus curve obtained by the signal correction processing unit 27a. . Thus, the exposure area (imaging plane) of the projection optical system 11
The best focus position at each point P i (i = 1 to N) is obtained. Then, the focus position detection unit 27b
Represents each point P i in the exposure area (imaging plane) of the projection optical system 11.
After finding the best focus position at (i = 1 to N),
A predetermined offset amount independent of the projection optical system 11 is added to each best focus position to calculate a final best focus position. Thereby, the focus position detection unit 27b finally calculates the image plane shape of the projection optical system 11.

【0056】その後、フォーカス位置検出部27bによ
り得られた結果は、CRTモニタ等の表示部28におい
て表示される。なお、投影光学系11の像面形状の算出
は、フォーカス位置検出部27bにおいて行う必要はな
く、フォーカス位置検出部27bとは独立に像面形状算
出部を処理系27の内部に付設しても良い。
Thereafter, the result obtained by the focus position detecting section 27b is displayed on a display section 28 such as a CRT monitor. The calculation of the image plane shape of the projection optical system 11 does not need to be performed by the focus position detection unit 27b, and the image plane shape calculation unit may be provided inside the processing system 27 independently of the focus position detection unit 27b. good.

【0057】さて、フォーカス位置検出部27bにより
得られた結果が良好でない場合、すなわち投影光学系1
1の結像面での像面特性(あるいは結像特性)としての
像面形状が悪化している場合には、処理系27の内部に
設けられた補正量算出部27cが、フォーカス位置検出
部27bにより得られた結果に基づいて、投影光学系1
1の結像面での像面特性(あるいは結像特性)を補正す
るために、投影光学系11を構成するレンズ素子等の光
学素子(L1 、L2 )の補正量を算出する。そして、補
正量算出部27cは、算出結果に基づいて、駆動系19
を介して投影光学系11中の光学素子(L1 、L2 )を
投影光学系11の光軸AXに沿って移動させたり、光学
素子(L1 、L2 )を投影光学系11の光軸AXと直交
する面内に沿って移動させたり、あるいは光学素子(L
1 、L2 )を投影光学系11の光軸AXと直交する面に
対して傾斜するように移動させたりすることによって、
投影光学系11の像面内における像面特性(あるいは結
像特性)を補正する。
When the result obtained by the focus position detector 27b is not good, that is, when the projection optical system 1
When the image plane shape as the image plane characteristic (or the image formation characteristic) on the first image formation plane is deteriorated, the correction amount calculation unit 27c provided inside the processing system 27 uses the focus position detection unit 27b, the projection optical system 1
In order to correct the image plane characteristics (or the image forming characteristics) on the first image forming plane, the correction amounts of the optical elements (L 1 , L 2 ) such as the lens elements constituting the projection optical system 11 are calculated. Then, the correction amount calculation unit 27c calculates the drive system 19 based on the calculation result.
The optical elements (L 1 , L 2 ) in the projection optical system 11 are moved along the optical axis AX of the projection optical system 11 via the optical axis, and the optical elements (L 1 , L 2 ) are It is moved along a plane orthogonal to the axis AX, or the optical element (L
1 , L 2 ) by moving the projection optical system 11 so as to be inclined with respect to a plane orthogonal to the optical axis AX,
The image plane characteristics (or imaging characteristics) in the image plane of the projection optical system 11 are corrected.

【0058】以上、投影光学系11の像面特性の補正を
行う場合について詳述したが、像面特性の補正を行わな
い場合には、投影光学系11の露光領域(結像面)内の
任意の一点Pi においてベストフォーカス位置を求め、
求めたベストフォーカス位置に対しオートフォーカス系
(照射部20、焦点検出部21、処理系27)を初期化
すればよい。こうして初期化されたオートフォーカス系
により、ウエハ12の露光面を常にベストフォーカス位
置に位置決めすることができる。
The case where the image plane characteristic of the projection optical system 11 is corrected has been described in detail above. However, when the image plane characteristic is not corrected, the correction in the exposure area (imaging plane) of the projection optical system 11 is performed. obtains the best focus position at any one point P i,
The autofocus system (irradiation unit 20, focus detection unit 21, processing system 27) may be initialized to the obtained best focus position. With the initialized autofocus system, the exposure surface of the wafer 12 can always be positioned at the best focus position.

【0059】以上のように、投影光学系11の結像面に
おける像面特性(あるいは結像特性)の補正の工程が完
了すると、次に露光の工程(フォトリソグラフィ工程)
に移行する。露光の工程では、感光性基板としてのウエ
ハ12がオートフォーカス系により投影光学系11の結
像面に設定され、露光用照明系(1〜8)によってマス
ク9が照明される。そして、照明されたマスク9のパタ
ーンは、投影光学系11を介してウエハ12上に転写
(露光)される。
As described above, when the step of correcting the image plane characteristic (or the image forming characteristic) on the image forming plane of the projection optical system 11 is completed, the next step of exposure (photolithography step)
Move to In the exposure step, a wafer 12 as a photosensitive substrate is set on an image forming plane of the projection optical system 11 by an autofocus system, and the mask 9 is illuminated by an illumination system for exposure (1 to 8). Then, the illuminated pattern of the mask 9 is transferred (exposed) onto the wafer 12 via the projection optical system 11.

【0060】露光の工程(フォトリソグラフィ工程)を
経たウエハ12は、現像する工程を経てから現像したレ
ジスト以外の部分を除去するエッチングの工程、エッチ
ングの工程後の不要なレジスト除去するレジスト除去の
工程等を経る。そして、露光、エッチング、レジスト除
去の工程を繰り返して、ウエハプロセスが終了する。そ
の後、ウエハプロセスが終了すると、実際の組立工程に
て、焼き付けられた回路毎にウエハを切断してチップ化
するダイシング、各チップに配線等を付与するボンディ
イング、各チップ毎にパッケージングするパッケージン
グ等の各工程を経て、最終的にLSI等の半導体デバイ
スが製造される。
The wafer 12 which has undergone the exposure step (photolithography step) is subjected to a development step and then an etching step of removing portions other than the developed resist, and a resist removal step of removing unnecessary resist after the etching step. And so on. Then, the steps of exposure, etching, and resist removal are repeated to complete the wafer process. After that, when the wafer process is completed, in the actual assembling process, dicing is performed to cut and divide the wafer into chips for each baked circuit, bonding for providing wiring and the like to each chip, and package for packaging each chip Finally, a semiconductor device such as an LSI is manufactured through the respective steps such as ringing.

【0061】なお、以上の説明では、露光装置を用いた
ウエハプロセスでのフォトリソグラフィ工程によりLS
I等の半導体デバイスを製造する例を示したが、露光装
置を用いたフォトリソグラフィ工程によって、液晶表示
素子、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)等の半導
体デバイスも製造することができる。
In the above description, LS is performed by a photolithography process in a wafer process using an exposure apparatus.
Although an example of manufacturing a semiconductor device such as I has been described, a semiconductor device such as a liquid crystal display element, a thin-film magnetic head, and an imaging device (CCD or the like) can also be manufactured by a photolithography process using an exposure apparatus.

【0062】以上のように、本実施例のフォーカス照明
系では、エキシマレーザ光源1からの平行光束がビーム
エキスパンダー(73および74)を介して所定のビー
ム径に整形された後に、拡散板75に入射する。拡散板
75を介して拡散された光は、第1リレーレンズ系(7
7および78)および第2リレーレンズ系(80および
81)を介して、ライトガイド82に入射する。ここ
で、ライトガイド82の入射端面82aは、フォーカス
照明系の光軸と直交する平面に対して所定角度だけ傾斜
するように配置されている。したがって、特開平7−3
21022号公報に開示された原理に基づいて、拡散板
75とライトガイド82との作用により、ライトガイド
82の第2分岐端82cには、所要の射出角度まで輝度
がほぼ一定で且つ射出端面内の輝度分布がほぼ均一な二
次光源が形成される。
As described above, in the focus illumination system of this embodiment, after the parallel light beam from the excimer laser light source 1 is shaped into a predetermined beam diameter through the beam expanders (73 and 74), Incident. The light diffused through the diffusion plate 75 is transmitted to the first relay lens system (7
7 and 78) and the second relay lens system (80 and 81). Here, the incident end surface 82a of the light guide 82 is disposed so as to be inclined by a predetermined angle with respect to a plane orthogonal to the optical axis of the focus illumination system. Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-3
Based on the principle disclosed in Japanese Patent Publication No. 21022, by the action of the diffusion plate 75 and the light guide 82, the brightness is substantially constant at the second emission end 82c of the light guide 82 up to a required emission angle and the emission end face is kept within the emission end face. , A secondary light source having a substantially uniform luminance distribution is formed.

【0063】ライトガイド82の第2分岐端82cに形
成された二次光源からの光は、コンデンサーレンズ83
を介して、フォーカス検出用の指標パターンTPを照明
する。こうして、フォーカス照明系においても、アライ
メント照明系と同様に、所要の射出角度まで輝度がほぼ
一定で且つ射出端面内の輝度分布がほぼ均一な二次光源
からの光に基づいて、照度分布がほぼ均一で且つ照野内
で照明NAがほぼ一定の良好な照野が形成される。
The light from the secondary light source formed at the second branch end 82c of the light guide 82 passes through the condenser lens 83
Illuminates the index pattern TP for focus detection via. In this way, in the focus illumination system, similarly to the alignment illumination system, the illuminance distribution is substantially based on the light from the secondary light source whose luminance is substantially constant up to the required emission angle and whose luminance distribution in the exit end face is substantially uniform. A good illuminated field having a uniform and substantially constant illumination NA within the illuminated field is formed.

【0064】また、本実施例のフォーカス照明系では、
拡散板75とライトガイド82の入射端82aとの間に
2つのリレーレンズ系を介在させている。したがって、
ウエハステージ14の内部へフォーカス照明光を導入す
るための光導入部(反射ミラー51〜レンズ78)と、
ウエハステージ14の内部に導入されたフォーカス照明
光を指標パターンTPに照射するための光照射部(レン
ズ80〜レンズ83)とを空間的に容易に分離させるこ
とができる。したがって、光導入部と光照射部とを機械
的に分離させ、フォーカスキャリブレーションに際して
のみ光導入部と光照射部とを光学的に接続させることが
容易である。その結果、本実施例のフォーカス照明系で
は、アライメント照明系と同様に、非常に高い送光自由
度を実現することができる。なお、図9(a)のよう
に、光導入部と光照射部との間の中間結像径ができるだ
け大きくなるように各リレーレンズの倍率を設定すれ
ば、前記像面形状計測時の各計測点Pi へのウエハステ
ージの移動による光量損失を最小限に抑えることができ
る。また、図9(b)のように、リレーレンズ系(7
7、78)を光軸に対して垂直な方向に一体的に移動可
能に構成すれば、各計測点Pi へのウエハステージの移
動に際して光量損失することなく送光することも可能で
ある。
In the focus illumination system according to the present embodiment,
Two relay lens systems are interposed between the diffusion plate 75 and the incident end 82a of the light guide 82. Therefore,
A light introduction unit (reflection mirror 51 to lens 78) for introducing focus illumination light into the inside of the wafer stage 14,
It is possible to easily and spatially separate a light irradiator (lenses 80 to 83) for irradiating the index pattern TP with the focus illumination light introduced into the inside of the wafer stage 14. Therefore, it is easy to mechanically separate the light introduction unit and the light irradiation unit, and to optically connect the light introduction unit and the light irradiation unit only during focus calibration. As a result, the focus illumination system according to the present embodiment can achieve a very high degree of freedom in light transmission, similarly to the alignment illumination system. As shown in FIG. 9A, if the magnification of each relay lens is set so that the intermediate image diameter between the light introducing section and the light irradiating section is as large as possible, each of the magnifications at the time of measuring the image plane shape can be improved. light loss due to the movement of the wafer stage to the measurement points P i may be minimized. Also, as shown in FIG. 9B, the relay lens system (7
If allowed to move integrally in a direction perpendicular to 7,78) with respect to the optical axis, it is possible to sending without light loss during movement of the wafer stage for each of the measurement points P i.

【0065】なお、前述したように、エキシマレーザ光
は光束内の空間コヒーレンシーがあまり高くない。した
がって、アライメント照明系およびフォーカス照明系で
は、形成された照野でのスペックルや干渉縞のようなノ
イズ成分を十分小さくすることが可能である。しかしな
がら、何らかの原因で、照野内で微小なノイズ成分の位
置が変動することがある。この場合、微小なノイズ成分
の位置変動が計測上問題にならないレベルであれば、そ
のまま放置しても良い。一方、微小なノイズ成分の位置
変動が計測上問題になるレベルであれば、回転機構56
または76により照明系の光軸を中心として拡散板55
または75を回転させることにより、時間的平均化効果
によりノイズ成分を平均化することもできる。また、本
実施例において、各ライトガイド(62、82)がウエ
ハステージ14の内部にある構成としているが、図10
に示すように、各ライトガイド(62、82)がウエハ
ステージ14上にある構成も本発明に含まれることはい
うまでもない。また、図10に示すように、入射平行光
束とライトガイド入射端面との間に配置されるビームエ
キスパンダー(73、74)、拡散板75、リレーレン
ズ系(77、78)等の配置は任意であり、リレーレン
ズ系(77、78)を省略することもできる。図10に
おいては、フォーカス検出系の拡散板回転機構が省略さ
れた例を示している。
As described above, the excimer laser light does not have a very high spatial coherency in the light beam. Therefore, in the alignment illumination system and the focus illumination system, noise components such as speckles and interference fringes in the formed illumination field can be sufficiently reduced. However, the position of the minute noise component may fluctuate in the illumination field for some reason. In this case, if the position fluctuation of the minute noise component does not cause a problem in measurement, it may be left as it is. On the other hand, if the position fluctuation of the minute noise component is at a level that causes a problem in measurement, the rotation mechanism 56
Or 76, the diffusion plate 55 about the optical axis of the illumination system
Alternatively, by rotating 75, noise components can be averaged by a temporal averaging effect. In the present embodiment, each light guide (62, 82) is configured to be inside the wafer stage 14, but FIG.
It is needless to say that the present invention includes a configuration in which each light guide (62, 82) is provided on the wafer stage 14 as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 10, the arrangement of the beam expanders (73, 74), the diffusion plate 75, the relay lens system (77, 78) and the like arranged between the incident parallel light beam and the light guide entrance end face is optional. Yes, the relay lens system (77, 78) can be omitted. FIG. 10 shows an example in which the diffusion plate rotating mechanism of the focus detection system is omitted.

【0066】また、ライトガイド62および82は、ウ
エハステージ14の内部において間隔を隔てた2つの位
置間で光束を伝搬させる機能を有するが、上述のノイズ
成分を平均化して良好な二次光源を形成する機能も備え
ている。なお、ArFエキシマレーザ光のように短波長
の紫外光では、ライトガイド62または82が長くなり
すぎると、その透過率の影響を受けて射出端での光量が
激減してしまう。そこで、本実施例においては、ライト
ガイド62または82の使用長さをその透過率に応じて
制限している。
The light guides 62 and 82 have a function of propagating a light beam between two spaced positions inside the wafer stage 14, and average the above-mentioned noise components to provide a good secondary light source. It also has the function of forming. In the case of ultraviolet light having a short wavelength, such as ArF excimer laser light, if the light guide 62 or 82 is too long, the light quantity at the emission end is drastically reduced due to the influence of the transmittance. Therefore, in this embodiment, the length of use of the light guide 62 or 82 is limited according to the transmittance.

【0067】本実施例の照明光学系は、アライメント照
明系とフォーカス照明系とで構成され、エキシマレーザ
光のような指向性の高く且つ波長の短い平行光束に基づ
いて、複数の対象物すなわちアライメント用の指標パタ
ーンおよびフォーカス用の指標パターンを照明する。ア
ライメント照明系とフォーカス照明系とは類似の構成を
有するが、以下の点において相違するように各照明系を
最適化している。一般に、アライメント照明系では、ア
ライメント用の指標パターンに最適な照明光束を供給す
るために、入射端面径の比較的大きいライトガイドを用
いて、比較的大きい径と比較的小さい照明NAとを有す
る照野を形成する。一方、フォーカス照明系では、フォ
ーカス検出用の指標パターンに最適な照明光束を供給す
るために、入射端面径の比較的小さいライトガイドを用
いて、比較的小さい径と比較的大きい照明NAとを有す
る照野を形成する。
The illumination optical system according to the present embodiment is composed of an alignment illumination system and a focus illumination system. A plurality of objects, that is, alignment objects, are provided based on a parallel light beam having a high directivity and a short wavelength, such as excimer laser light. The indicator pattern for focus and the indicator pattern for focus are illuminated. The alignment illumination system and the focus illumination system have similar configurations, but optimize each illumination system so as to differ in the following points. Generally, in an alignment illumination system, an illumination having a relatively large diameter and a relatively small illumination NA is provided by using a light guide having a relatively large incident end face diameter in order to supply an optimal illumination light flux to an alignment index pattern. Form the field. On the other hand, the focus illumination system has a relatively small diameter and a relatively large illumination NA using a light guide having a relatively small incident end face diameter in order to supply an illumination light beam optimal for the index pattern for focus detection. Form Teruno.

【0068】そこで、本実施例の照明光学系では、フォ
ーカスキャリブレーション系のライトガイド82の入射
端面径がアライメント系のライトガイド62の入射端面
径よりも小さいことに対応して、フォーカスキャリブレ
ーション系のライトガイド82に供給する光束の径をア
ライメント系のライトガイド62に供給する光束の径よ
りも小さく絞り込んでいる。また、フォーカスキャリブ
レーション系のライトガイド82の射出端で必要なNA
がアライメント系のライトガイド62の射出端で必要な
NAよりも小さいことに対応して、フォーカスキャリブ
レーション系の拡散板75の拡散度およびライトガイド
82の入射端面の傾斜角をアライメント系の拡散板55
の拡散度およびライトガイド62の入射端面の傾斜角よ
りも小さく設定している。
Therefore, in the illumination optical system of the present embodiment, the focus calibration system corresponds to the fact that the diameter of the incident end face of the light guide 82 of the focus calibration system is smaller than that of the light guide 62 of the alignment system. The diameter of the light beam supplied to the light guide 82 is narrowed down to be smaller than the diameter of the light beam supplied to the light guide 62 of the alignment system. The NA required at the exit end of the light guide 82 of the focus calibration system
Is smaller than the required NA at the exit end of the light guide 62 of the alignment system, the diffusivity of the diffusion plate 75 of the focus calibration system and the inclination angle of the entrance end face of the light guide 82 are adjusted. 55
Of the light guide 62 and the inclination angle of the incident end face of the light guide 62 are set smaller.

【0069】このように、フォーカスキャリブレーショ
ン系においてライトガイド82の入射端面の径を小さく
絞り、入射端面の径に応じて拡散板75に入射する平行
光束の径を小さく絞ることにより、ライトガイド82の
射出端82cに形成される二次光源の空間輝度を向上さ
せることができる。その結果、エネルギの密度を実質的
に向上させて高輝度状態で照野を形成することができ、
最終的にフォーカスキャリブレーション系の受光センサ
での受光光量の向上を図ることができる。また、フォー
カスキャリブレーション系において、拡散板75の拡散
度を小さく設定し、拡散板75の拡散度に応じてライト
ガイド82の入射端面の傾斜角を小さく設定すると、ラ
イトガイド82の射出端82cにおいて輝度がほぼ一定
となる射出角度の範囲は減少するが、輝度その自体は拡
散度の減少分だけ大きくなる。その結果、高輝度状態で
照野を形成することができ、最終的にフォーカスキャリ
ブレーション系の受光センサでの受光光量の向上を図る
ことができる。
As described above, in the focus calibration system, the diameter of the incident end face of the light guide 82 is reduced, and the diameter of the parallel light beam incident on the diffusion plate 75 is reduced in accordance with the diameter of the incident end face. The spatial brightness of the secondary light source formed at the emission end 82c can be improved. As a result, it is possible to substantially increase the energy density and form an illumination field in a high brightness state,
Finally, the amount of light received by the light receiving sensor of the focus calibration system can be improved. Further, in the focus calibration system, when the diffusion degree of the diffusion plate 75 is set small and the inclination angle of the incident end face of the light guide 82 is set small according to the diffusion degree of the diffusion plate 75, the emission end 82c of the light guide 82 is Although the range of the emission angle at which the luminance is substantially constant decreases, the luminance itself increases by the decrease in the degree of diffusion. As a result, an illuminated field can be formed in a high-luminance state, and ultimately the amount of light received by the light-receiving sensor of the focus calibration system can be improved.

【0070】一般に、通常の光源では、光学系の工夫に
より輝度を変化させることは不可能であり、輝度の向上
はもっぱら光源自体の改良に依存している。つまり、ラ
イトガイドの入射端面の径を小さくしてライトガイドへ
の入射光束を絞り込んでも、射出輝度が向上することは
なく、射出側において輝度がほぼ一定となる射出角度の
範囲が大きくなるだけである。しかしながら、本実施例
の照明光学系では、以上の構成により、エキシマレーザ
光のような指向性の高く且つ波長の短い平行光束に基づ
いて、複数の対象物に対してそれぞれ最適な照明光束を
供給することによって、照度分布がほぼ均一で且つ照野
内で照明NAがほぼ一定の照野を所要の高輝度状態で形
成することができる。
In general, with a normal light source, it is impossible to change the luminance by devising the optical system, and the improvement of the luminance depends entirely on the improvement of the light source itself. That is, even if the diameter of the incident end face of the light guide is reduced to narrow the light beam incident on the light guide, the emission luminance does not improve, and the range of the emission angle at which the luminance is almost constant on the emission side is increased. is there. However, in the illumination optical system of the present embodiment, with the above configuration, the optimum illumination light flux is supplied to each of a plurality of objects based on the parallel light flux having high directivity and short wavelength such as excimer laser light. By doing so, it is possible to form an illuminated field having a substantially uniform illuminance distribution and an almost constant illumination NA in the illuminated field in a required high luminance state.

【0071】したがって、本実施例の投影露光装置にお
いて、各指標パターンからの光を受光する各受光センサ
での受光光量を最適化し、具体的にはエキシマレーザ光
に対して受光光量的に不利なフォーカスキャリブレーシ
ョン系の受光センサの受光光量を向上させることができ
る。その結果、アライメント系およびフォーカスキャリ
ブレーション系において高精度で且つ迅速な計測を行う
ことにより、投影露光装置のスループットを向上させる
ことができる。
Therefore, in the projection exposure apparatus of this embodiment, the amount of light received by each light receiving sensor that receives light from each index pattern is optimized, and specifically, the amount of light received is disadvantageous for excimer laser light. The amount of light received by the light receiving sensor of the focus calibration system can be improved. As a result, the throughput of the projection exposure apparatus can be improved by performing high-accuracy and quick measurement in the alignment system and the focus calibration system.

【0072】なお、上述の実施例では、露光用照明系、
アライメント照明系およびフォーカス照明系に共通な光
源としてエキシマレーザ光源を用いているが、各照明系
に専用の光源としてエキシマレーザ光源を含む他の適当
な光源を用いることもできる。また、上述の実施例で
は、拡散手段として拡散板を用いているが、例えば位相
型グレーティングやディフューザなどの他の拡散手段を
用いることもできる。さらに、上述の実施例では、アラ
イメント系とフォーカスキャリブレーション系とを備え
た投影露光装置を例にとって本発明を説明している。し
かしながら、この実施例の構成に限定されることなく、
複数の対象物を照明する一般の照明光学系、その照明光
学系を備えた投影露光装置に本発明を適用することがで
きる。
In the above embodiment, the exposure illumination system,
Although an excimer laser light source is used as a light source common to the alignment illumination system and the focus illumination system, another appropriate light source including an excimer laser light source may be used as a light source dedicated to each illumination system. Further, in the above-described embodiment, a diffusion plate is used as the diffusion means, but other diffusion means such as a phase grating or a diffuser may be used. Further, in the above-described embodiments, the present invention has been described by taking as an example a projection exposure apparatus having an alignment system and a focus calibration system. However, without being limited to the configuration of this embodiment,
The present invention can be applied to a general illumination optical system that illuminates a plurality of objects, and a projection exposure apparatus including the illumination optical system.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、エキ
シマレーザ光のような指向性の高く且つ波長の短い平行
光束に基づいて、複数の対象物に対してそれぞれ最適な
照明光束を供給することによって、照度分布がほぼ均一
で且つ照野内で照明NAがほぼ一定の照野を所要の高輝
度状態で形成することができる。したがって、たとえば
アライメント系とフォーカスキャリブレーション系とを
備えた投影露光装置に本発明の照明光学系を適用する
と、各指標パターンからの光を受光する各受光センサで
の受光光量を最適化し、アライメント系およびフォーカ
スキャリブレーション系において高精度で且つ迅速な計
測を行うことにより、投影露光装置のスループットを向
上させることができる。すなわち、本発明の投影露光装
置を用いることにより、良好な半導体デバイスを高いス
ループットで迅速に製造することができる。
As described above, according to the present invention, an optimum illumination light beam is supplied to a plurality of objects based on a parallel light beam having high directivity and a short wavelength such as excimer laser light. This makes it possible to form an illuminated field having a substantially uniform illuminance distribution and a substantially constant illumination NA in the illuminated field in a required high luminance state. Therefore, for example, when the illumination optical system of the present invention is applied to a projection exposure apparatus having an alignment system and a focus calibration system, the amount of light received by each light receiving sensor that receives light from each index pattern is optimized, and the alignment system is adjusted. By performing high-precision and quick measurement in the focus calibration system, the throughput of the projection exposure apparatus can be improved. That is, by using the projection exposure apparatus of the present invention, a good semiconductor device can be rapidly manufactured with high throughput.

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

【図1】本発明の実施例にかかる照明光学系を備えた投
影露光装置の構成を概略的に示す図であって、露光光源
1からの光がアライメント系に導かれるように投影光学
系11に対してウエハステージ14が位置決めされた状
態を示す図である。
FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of a projection exposure apparatus provided with an illumination optical system according to an embodiment of the present invention, wherein a projection optical system 11 is provided so that light from an exposure light source 1 is guided to an alignment system. FIG. 7 is a diagram showing a state where the wafer stage 14 is positioned with respect to FIG.

【図2】図1のマスク9に形成された十字型のマスクマ
ークMMを示す図である。
FIG. 2 is a view showing a cross-shaped mask mark MM formed on a mask 9 of FIG. 1;

【図3】図1のステージ基板15に形成された二重四角
形状の基準マークSMを示す図である。
FIG. 3 is a view showing a double square reference mark SM formed on the stage substrate 15 of FIG. 1;

【図4】図1のアライメント系の検出光学系の上面図で
ある。
FIG. 4 is a top view of a detection optical system of the alignment system of FIG. 1;

【図5】図4の2次元撮像素子35の撮像面に形成され
る基準マークSMとマスクマークMMとの合成像を模式
的に示す図である。
5 is a diagram schematically showing a composite image of a reference mark SM and a mask mark MM formed on an imaging surface of the two-dimensional imaging device 35 in FIG.

【図6】図1に対応する図であって、露光光源1からの
光がフォーカスキャリブレーション系に導かれるように
投影光学系11に対してウエハステージ14が位置決め
された状態を示す図である。
FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 1, showing a state in which a wafer stage is positioned with respect to a projection optical system 11 so that light from an exposure light source 1 is guided to a focus calibration system. .

【図7】図6のステージ基板16に形成されたフォーカ
ス検出用の指標パターンTPを示す図である。
FIG. 7 is a view showing an index pattern TP for focus detection formed on the stage substrate 16 of FIG. 6;

【図8】図6の信号補正処理部27aによってスムージ
ング処理されたフォーカス曲線を模式的に示す図であ
る。
8 is a diagram schematically illustrating a focus curve subjected to smoothing processing by a signal correction processing unit 27a in FIG. 6;

【図9】フォーカスキャリブレーション系の照明系の変
形例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a modification of the illumination system of the focus calibration system.

【図10】図1に示す実施例の変形例の様子を示す図で
ある。
FIG. 10 is a view showing a state of a modification of the embodiment shown in FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エキシマレーザ光源 2 切り換えミラー 3 第1フライアイレンズ 5 第2フライアイレンズ 7 コンデンサーレンズ 9 マスク 10 マスクステージ 11 投影光学系 12 ウエハ 13 ウエハホルダ 14 ウエハステージ 15、16 ステージ基板 18、19 駆動系 20 照射部 21 焦点検出部 27 処理系 27a 信号補正処理部 27b フォーカス位置検出部 27c 補正量算出部 28 表示部 31、33 ミラー 32 第1対物レンズ 34 第2対物レンズ 35 2次元撮像素子 51、52 反射ミラー 53、54 ビームエキスパンダー 55、75 拡散板 57、58 リレーレンズ系 60、61 リレーレンズ系 62、82 ライトガイド 63、64 コンデンサーレンズ 73、74 ビームエキスパンダー 77、78 リレーレンズ系 80、81 リレーレンズ系 83 コンデンサーレンズ 84、85 リレーレンズ系 87 受光センサ 88 減光フィルター Reference Signs List 1 excimer laser light source 2 switching mirror 3 first fly-eye lens 5 second fly-eye lens 7 condenser lens 9 mask 10 mask stage 11 projection optical system 12 wafer 13 wafer holder 14 wafer stage 15, 16 stage substrate 18, 19 drive system 20 irradiation Unit 21 focus detection unit 27 processing system 27a signal correction processing unit 27b focus position detection unit 27c correction amount calculation unit 28 display unit 31, 33 mirror 32 first objective lens 34 second objective lens 35 two-dimensional image sensor 51, 52 reflection mirror 53, 54 Beam expander 55, 75 Diffusion plate 57, 58 Relay lens system 60, 61 Relay lens system 62, 82 Light guide 63, 64 Condenser lens 73, 74 Beam expander 77, 78 Relay lens system 80 81 a relay lens system 83 the condenser lens 84, 85 the relay lens system 87 receiving sensor 88 darkening filter

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の入射光束に基づいて第1対象物を
照明するための第1照明系と、第2の入射光束に基づい
て第2対象物を照明するための第2照明系とを備えた照
明光学系において、 前記第1照明系は、前記第1の入射光束を第1の径を有
する光束に整形するための第1整形手段と、該第1整形
手段からの光束を前記第1対象物へ向けて導くための第
1ライトガイド手段と、該第1ライトガイド手段の入射
端面側に配置または前記第1ライトガイド手段の入射端
面とほぼ光学的に共役な位置に配置されて前記第1の光
束を拡散するための第1拡散手段とを有し、 前記第1ライトガイド手段の入射端面は、前記第1照明
系の光軸と直交する平面に対して第1の角度だけ傾斜す
るように配置され、 前記第2照明系は、前記第2の入射光束を第2の径を有
する光束に整形するための第2整形手段と、該第2整形
手段からの光束を前記第2対象物へ向けて導くための第
2ライトガイド手段と、該第2ライトガイド手段の入射
端面側に配置または前記第2ライトガイド手段の入射端
面とほぼ光学的に共役な位置に配置されて前記第2の光
束を拡散するための第2拡散手段とを有し、 前記第2ライトガイド手段の入射端面は、前記第2照明
系の光軸と直交する平面に対して第2の角度だけ傾斜す
るように配置され、 前記第2ライトガイド手段の入射端面の径が前記第1ラ
イトガイド手段の入射端面の径よりも小さく設定され、
設定された入射端面の径に応じて前記第2ライトガイド
手段に入射する光束の第2の径が前記第2ライトガイド
手段に入射する光束の第1の径よりも小さく設定されて
いることを特徴とする照明光学系。
1. A first illumination system for illuminating a first object based on a first incident light beam, and a second illumination system for illuminating a second object based on a second incident light beam. In the illumination optical system comprising: the first illumination system, a first shaping means for shaping the first incident light beam into a light beam having a first diameter, and a light beam from the first shaping means A first light guide means for guiding the light toward the first object; and a light guide means disposed on an incident end face side of the first light guide means or a position substantially optically conjugate with the incident end face of the first light guide means. And a first diffusing means for diffusing the first light flux, wherein an incident end face of the first light guide means has a first angle with respect to a plane orthogonal to an optical axis of the first illumination system. The second illumination system is arranged to incline the second incident light beam Second shaping means for shaping a light beam having a diameter of 2; a second light guide means for guiding the light beam from the second shaping means toward the second object; and a second light guide means And a second diffusing means for diffusing the second light flux which is disposed on the side of the incident end face of the second light guide means or disposed at a position substantially optically conjugate with the incident end face of the second light guide means. The incident end face of the light guide means is disposed so as to be inclined by a second angle with respect to a plane orthogonal to the optical axis of the second illumination system, and the diameter of the incident end face of the second light guide means is equal to the first angle. It is set smaller than the diameter of the entrance end face of the light guide means,
The second diameter of the light beam incident on the second light guide means is set to be smaller than the first diameter of the light beam incident on the second light guide means according to the diameter of the set incident end face. Characteristic illumination optical system.
【請求項2】 前記第1ライトガイド手段および前記第
2ライトガイド手段は、多数のファイバ素線をランダム
に束ねて構成されたランダムライトガイドから構成され
ていることを特徴とする請求項1に記載の照明光学系。
2. The apparatus according to claim 1, wherein said first light guide means and said second light guide means are constituted by random light guides formed by randomly bundling a large number of fiber wires. Illumination optical system as described.
【請求項3】 前記第2拡散手段の拡散度が前記第1拡
散手段の拡散度よりも小さく設定され、設定された拡散
度に応じて前記第2ライトガイド手段の入射端面の傾斜
角が前記第1ライトガイド手段の入射端面の傾斜角より
も小さく設定されていることを特徴とする請求項1また
は2に記載の照明光学系。
3. The diffusing power of the second diffusing device is set smaller than the diffusing power of the first diffusing device, and the inclination angle of the incident end face of the second light guide device is set according to the set diffusing power. 3. The illumination optical system according to claim 1, wherein the inclination angle of the incident end face of the first light guide means is set smaller than the inclination angle.
【請求項4】 前記第1照明系および前記第2照明系に
向けて実質的に平行な光を供給するための光供給部と、
該光供給部からの光を前記第1照明系または前記第2照
明系へ選択的に導くための選択手段とを有することを特
徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の照明光
学系。
4. A light supply unit for supplying substantially parallel light to the first illumination system and the second illumination system;
The illumination according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a selection unit configured to selectively guide light from the light supply unit to the first illumination system or the second illumination system. Optical system.
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の
照明光学系と、所定のパターンが形成されたマスクを照
明するための露光用照明系と、前記マスクのパターン像
を感光性の基板上に投影するための投影光学系と、前記
感光性の基板を保持するための基板ステージと、前記照
明光学系の前記第1照明系により照明された前記第1対
象物からの光に基づいて第1の計測を行うための第1計
測系と、前記照明光学系の前記第2照明系により照明さ
れた前記第2対象物からの光に基づいて第2の計測を行
うための第2計測系とを備え、 前記第1対象物は、前記基板ステージ上に設けられて所
定の第1基準パターンを有する第1基準部材を有し、 前記第2対象物は、前記基板ステージ上に設けられて所
定の第2基準パターンを有する第2基準部材を有するこ
とを特徴とする投影露光装置。
5. An illumination optical system according to claim 1, an illumination illumination system for illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed, and a photosensitive pattern image of the mask. A projection optical system for projecting onto the substrate, a substrate stage for holding the photosensitive substrate, and light from the first object illuminated by the first illumination system of the illumination optical system. A first measurement system for performing a first measurement based on the first measurement system, and a second measurement system for performing a second measurement based on light from the second object illuminated by the second illumination system of the illumination optical system. And a second measurement system, wherein the first object has a first reference member provided on the substrate stage and having a predetermined first reference pattern, and the second object is provided on the substrate stage. A second reference member provided and having a predetermined second reference pattern Projection exposure apparatus characterized by having.
【請求項6】 前記第1計測系は、前記基板に対する前
記マスクのアライメントを行うために前記第1の計測と
して前記基板ステージに対する前記マスクの相対位置を
計測するアライメント系を有し、 前記第2計測系は、前記マスクと前記基板とを前記投影
光学系に関して共役に位置決めするために前記第2の計
測として前記投影光学系のフォーカス位置を計測するフ
ォーカスキャリブレーション系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 first measurement system includes an alignment system for measuring a relative position of the mask with respect to the substrate stage as the first measurement in order to align the mask with the substrate. The measurement system includes a focus calibration system that measures a focus position of the projection optical system as the second measurement in order to position the mask and the substrate conjugate with respect to the projection optical system. Item 6. A projection exposure apparatus according to Item 5.
【請求項7】 前記第1照明系において、前記第1ライ
トガイド手段は前記基板ステージの内部または前記基板
ステージ上に配置され、 前記第2照明系において、前記第2ライトガイド手段は
前記基板ステージの内部または前記基板ステージ上に配
置されていることを特徴とする請求項6に記載の投影露
光装置。
7. In the first illumination system, the first light guide means is disposed inside or on the substrate stage, and in the second illumination system, the second light guide means is provided on the substrate stage. The projection exposure apparatus according to claim 6, wherein the projection exposure apparatus is arranged inside or on the substrate stage.
【請求項8】 露光用の光を供給するための露光用光源
と、該露光用光源からの露光用の光を前記露光用照明
系、前記第1照明系および前記第2照明系のうちの1つ
の照明系へ選択的に導くための選択手段とを有すること
を特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載の投
影露光装置。
8. An exposure light source for supplying exposure light, and exposing light from the exposure light source to the exposure illumination system, the first illumination system, and the second illumination system. The projection exposure apparatus according to any one of claims 5 to 7, further comprising selection means for selectively guiding the light to one illumination system.
【請求項9】 請求項5乃至8のいずれか1項に記載の
投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造する方法に
おいて、 前記第1計測系を用いて前記第1の計測を行うための第
1計測工程と、 前記第2計測系を用いて前記第2の計測を行うための第
2計測工程と、 前記第1計測工程と前記第2計測工程とのうち少なくと
も一方の工程が完了した後に、前記露光用照明系によっ
て前記マスクを照明し、前記マスクのパターンを前記投
影光学系を介して前記感光性の基板上に露光する露光工
程とを含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方
法。
9. A method for manufacturing a semiconductor device using the projection exposure apparatus according to claim 5, wherein the first measurement system performs the first measurement using the first measurement system. 1 measurement step; a second measurement step for performing the second measurement using the second measurement system; and after at least one of the first measurement step and the second measurement step is completed. Illuminating the mask with the exposure illumination system, and exposing the pattern of the mask onto the photosensitive substrate via the projection optical system.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113005419A (en) * 2019-12-18 2021-06-22 佳能特机株式会社 Alignment and film forming apparatus, alignment and film forming method, and method of manufacturing electronic device

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