明 細 書 露光装置及び露光方法、 光源装置、 並びにデバイス製造方法 技術分野 本発明は、 露光装置及び露光方法、 光源装置、 並びにデバイス製造方法に係り、 更に詳しくは、 半導体素子、 液晶表示素子等を製造するフォトリソグラフイエ程で 用いられる露光装置及び露光方法、 前記露光装置の光源として好適な光源装置、 並 びに前記露光装置及び露光方法を用いて露光を行う工程を含むデバイス製造方法に 関する。 景技術 従来より、 半導体素子又は液晶表示素子等を製造するためのフォトリソグラフィ 工程では、 ステップ 'アンド ' リピート方式の縮小投影露光装置 (いわゆるステツ パ) やこのステツバに改良を加えたステップ ' アンド ' スキヤン方式の走査型露光 装置 (いわゆるスキャニング . ステツパ) 等の投影露光装置が主として用いられて いる。 この種の投影露光装置を構成する投影光学系の解像力は、 Raylei ghの式で良く知 られているように、 R = k x A / N . A . の関係で表される。 ここで、 Rは投影光 学系の解像力、 人は露光光の波長、 N . A . は投影光学系の開口数、 kはレジス卜 の解像力の他にプロセスによって決定される定数である。 半導体素子の高集積化に伴い、 投影光学系に要求される解像力はますます微細化 し、 これを実現するため、 上式からも分かるように、 露光光の短波長化や投影光学 系の開口数を大きくする、 いわゆる、 高 N . A . 化への努力が続けられている。 近 年では、 2 4 8 n mの出力波長を持つ弗化クリブ卜ンエキシマレ一ザ ( K r Fェキ
シマレーザ) を露光用光源として、 投影光学系の開口数も 0 . 6以上の露光装置が 実用化され、 デバイスルール (実用最小線幅) 0 . 2 5 μ πιの露光が実現されてい る さらに、 最近では弗化クリプトンエキシマレ一ザに続く光源として、 1 9 3 n m の出力波長を持つ弗化アルゴンエキシマレーザ (A r Fエキシマレ一ザ) 、 更にこ れより短波長の 1 5 7 n mの出力波長を持つフッ素レーザ ( F 2レーザ) が注目さ れてきている。 これらのレーザを露光用光源とする露光装置が実用化されれば、 デ バイスルール 0 . 1 8 ~ 0 . 1 0 At m以下にまで及ぶ微細なパターンを有する マイクロデバィスの大量生産が可能となることが期待されており、 精力的な研究開 発が盛んに行われている。 ところで投影露光装置では、 高精度な露光を実現するため、 露光に先立って、 露 光波長の光を用いて各種の計測を行う必要がある。 例えば、 露光量制御は、 次のよ うにして行われていた。 すなわち、 予め、 投影光学系の前側でレチクルに照射され る露光光の光量を照明光学系内に配置された光量モニタ (インテグレータセンサと 呼ばれる) で測定するとともに、 投影光学系の後側でレチクル及び投影光学系を透 過した露光光の光量をウェハステージ上の光量モニタ、 例えば照度計で測定し、 ィ ンテグレータセンサと照度計の出力比を求めておく。 そして、 露光の際は、 前記出 力比を用いてィンテグレー夕センサの出力値からウェハ面(像面)の照度を推定し、 この像面照度が所望の値となるように露光量をフィードバック制御する。 また、 例えば光源としてエキシマレ一ザ光源等のレーザ光源を用いる場合には、 その出力が変動するので、 その出力変動を光源の内部に配置された光量モニタ (ェ ネルギモニタ) を用いてモニタ検出する必要もある。 また、 投影光学系の結像特性 を高精度に検出するためには、 露光波長の光の下でセンサを用いて各種の計測を行 う必要がある。 さらには、 露光光の照射により光学系の透過率や結像特性も変動す るので、 これらの変動も検出して、 この検出結果を考慮した露光量の補正や結像特 性の調整を行う必要もある。
従来のステツパでは、 上記各種計測のための光センサ (受光素子) として、 S i 半導体材料を用いたフォトダイオード (P D ) 等が代表的に用いられていた。 しか しながら、 後述するように本発明者らの知見によると S i半導体材料を用いたフォ 卜ダイ才一ドでは上記短波長のレーザ光に対して十分な耐久性が得られず、 その結 果、 低感度化したセンサの使用により露光精度が劣化することもあった。 発明の開示 本発明は、 かかる事情に鑑みてなされたもので、 その第 1の目的は、 光センサを 頻繁に交換することなく、 露光精度を長期間に渡って高精度に維持することができ る露光装置を提供することにある。 本発明の第 2の目的は、 基板上にパターンを線幅精度良く転写することができる 露光方法を提供することにある。 本発明の第 3の目的は、 より集積度の高いマイクロデバイスの生産性を向上する ことができるデバイス製造方法を提供することにある。 本発明の第 1の態様に従えば、 マスクに形成されたパターンの像を基板上に転写 する露光装置であって、 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an exposure apparatus, an exposure method, a light source apparatus, and a device manufacturing method. More specifically, the present invention relates to a semiconductor element, a liquid crystal display element, and the like. The present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method used in a photolithographic process to be manufactured, a light source apparatus suitable as a light source of the exposure apparatus, and a device manufacturing method including a step of performing exposure using the exposure apparatus and the exposure method. 2. Description of the Related Art Conventionally, in a photolithography process for manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display device, etc., a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus (a so-called stepper) or a step-and-type that is an improvement to this stepper. Projection exposure apparatuses such as scan type scanning exposure apparatuses (so-called scanning steppers) are mainly used. The resolving power of the projection optical system that constitutes this type of projection exposure apparatus is expressed by the relationship of R = kxA / N.A., As is well known by the Rayleigh equation. Here, R is the resolution of the projection optical system, human is the wavelength of the exposure light, N.A. is the numerical aperture of the projection optical system, and k is a constant determined by the process in addition to the resolution of the registry. As semiconductor devices become more highly integrated, the resolution required for projection optical systems becomes increasingly finer.To realize this, as can be seen from the above equation, the wavelength of the exposure light becomes shorter and the aperture of the projection optical system becomes smaller. Efforts to increase the number, so-called high N.A., are continuing. Recently, a fluoridated excimer laser (KrF excimer laser) with an output wavelength of 248 nm has been developed. Exposure devices with a numerical aperture of the projection optical system of 0.6 or more have been put to practical use with the exposure light source of Shima laser), and exposure with a device rule (practical minimum line width) of 0.25 μπι has been realized. Recently, as a light source following the krypton excimer laser, an argon fluoride excimer laser (ArF excimer laser) with an output wavelength of 193 nm and an output of a shorter wavelength of 157 nm were used. fluorine laser (F 2 laser) have been attracting attention with a wavelength. If an exposure system using these lasers as an exposure light source is put into practical use, it will be possible to mass-produce microdevices with fine patterns ranging from 0.18 to 0.10 Atm or less. , And vigorous R & D is being actively pursued. By the way, in a projection exposure apparatus, it is necessary to perform various measurements using light of an exposure wavelength prior to exposure in order to achieve high-precision exposure. For example, exposure control was performed as follows. That is, the amount of exposure light irradiated on the reticle in front of the projection optical system is measured in advance by a light amount monitor (called an integrator sensor) arranged in the illumination optical system, and the reticle and the reticle are measured behind the projection optical system. The light quantity of the exposure light transmitted through the projection optical system is measured by a light quantity monitor on the wafer stage, for example, an illuminometer, and the output ratio between the integrator sensor and the illuminometer is obtained in advance. At the time of exposure, the illuminance of the wafer surface (image surface) is estimated from the output value of the integer sensor using the output ratio, and the exposure amount is feedback-controlled so that the illuminance of the image surface becomes a desired value. I do. When a laser light source such as an excimer laser light source is used as the light source, the output fluctuates. Therefore, the output fluctuation is detected using a light amount monitor (energy monitor) disposed inside the light source. You also need. In addition, in order to detect the imaging characteristics of the projection optical system with high accuracy, it is necessary to perform various measurements using a sensor under light of an exposure wavelength. Furthermore, since the transmittance and the imaging characteristics of the optical system also fluctuate due to the exposure light exposure, these fluctuations are also detected, and the exposure amount is corrected and the imaging characteristics are adjusted in consideration of the detection results. You also need. In a conventional stepper, a photodiode (PD) using a Si semiconductor material is typically used as an optical sensor (light receiving element) for the above various measurements. However, as will be described later, according to the findings of the present inventors, a photo die using a Si semiconductor material cannot obtain sufficient durability against the short-wavelength laser light. As a result, the use of a low-sensitivity sensor sometimes deteriorated the exposure accuracy. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and a first object of the present invention is to maintain exposure accuracy at high accuracy over a long period of time without frequently replacing optical sensors. An exposure apparatus is provided. A second object of the present invention is to provide an exposure method capable of transferring a pattern onto a substrate with high line width accuracy. A third object of the present invention is to provide a device manufacturing method capable of improving the productivity of a microdevice having a higher degree of integration. According to a first aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for transferring an image of a pattern formed on a mask onto a substrate,
マスクにエネルギビームを照射する照射系と ; An irradiation system for irradiating the mask with an energy beam;
上記エネルギビームの少なくとも一部の強度を測定する光センサであって、 光セ ンサの出力が露光条件の制御に用いられる上記光センサと ; を備え、 An optical sensor for measuring the intensity of at least a part of the energy beam, wherein the output of the optical sensor is used for controlling exposure conditions;
上記光センサがエネルギビームを受光する受光部と受光部に連結された電極とを 含み、 上記受光部が M N系から形成され、 Mは I n、 G a及び A 1 からなる群より 選ばれる少なくとも一種の元素を表し、 Nは窒素を表す露光装置が提供される。 本明細書において、 「M N系材料」 とは、 III— V属の化合物半導体であり、 Mが
I n、 G a及び A 1 からなる群より選ばれる少な〈とも一種の元素を表し、 Nが窒 素を表す。 すなわち、 M N系材料は、 一般式 I nxG ayA l zN ( 0≤X≤ K 0≤ Y≤ U 0≤ Z≤ Χ + Υ + Ζ = 1 ) で表すことができる。 より具体的には、 Μ Ν系材料は、 G a N、 A 1 N、 I n N、 I n G a N, I n A 1 N G a A l N、 I n G a A 1 Nを含む。 それらを単独で用いても良くあるいはそれらを組合せて、 例 えば、 多層膜として用いても良い。 M N系材料が多層膜を構成する場合には、 各層 が M N系材料から構成され、 各層を構成する材料は同一でも異なっていても良い。 例えば、 多層膜が p型 G a N層と n型 G a A 1 N層とを有していてもよく、 また、 n型 G a N層と i型 G a N層とを有していてもよい。 さらに、 それらの多層膜に例 えば G a Nから形成されたバッファ層を備えていても良い。 この M N系材料は、 一般に、 融点が 1 20 0°C以上と非常に高く、 またダイヤモ ンドに近い硬度を有する安定な材料である。 なお、 M N系材料は、 半導体を構成す るために、ド一プされる微量のドナ一またはクセプターとして機能する不純物元素、 例えば、 S i、 G e、 S n、 S b、 M g、 Z n、 C dを微量含み得る。 上記多層膜が、 G a A 1 N層を含む場合、 G axA 1
で表したときに、 Xは 0<Χ< 1であるこのが好ましい。 また、 上記多層膜が I n G a A 1 Nを含む場合、 I nxG aYA l z Nで表したときに、 X、 Y、 Ζはそれぞれ X + Υ + Ζ = 1であり、 0<Χ≤ 0. 2、 望まし〈は 0. 0 1 ≤Χ≤ 0. 2、 0<Υ≤ 1、 0<Ζ≤ 1であるこ とが好ましい。 上記多層膜は基板上に成長させ得る。 上記 Μ Ν系材料の結晶をェピ タキシャル成長させる観点から、 G a N単結晶基板、 サフアイャ基板を用いること が好ましい。 本発明者らの実験によると、 波長 248 n mの K r Fエキシマレ一ザ光や波長 1 9 3 n mの A r Fエキシマレ一ザ光等の短波長、 すなわち、 高工ネルギのレーザビ ー厶を露光光として用いると、 露光光強度、 フォーカス、 マスク及び基板のァライ メン卜などの測定及び制御用に従来用いられていた S 系のフォ卜ダイ才一ドが短 時間で著し〈劣化することがわかった。 かかる劣化並びに受光面の周囲から受ける
汚染により、 フォトダイ才一ドのキャリアの再結合速度が大きく変化し、 例えば、 表面近くで発生したキャリアの大部分が表面再結合により急速に消滅し、 光電流に 十分に寄与しなくなり、 その結果、 感度が低下したり、 経時変化を引き起こす等の 問題が生じることがわかった。 このため、 短波長レーザ光源を用いた露光装置にお いては、 高精度な露光プロセスを長期間に渡って持続するためには、 露光装置中で 使用されている種々の S 系の光センサを頻繁に新しいものに交換しならないとい う不都合が生じていた。 本発明者は、 種々の実験を行った結果、 複数層の上記 M N系化合物半導体から形 成された受光部を有する受光素子が、 最新の露光装置の光源である A r Fエキシマ レーザ光源や次世代あるいは次次世代の露光装置の光源として注目されている F 2 レーザ光源、 レーザプラズマ光源、 S 0 R等から発せられる波長 2 0 0 n m以下の 短波長の光に対して十分な感度と十分な耐久性があることを見出した。 本発明者は 受光面が M N系化合物半導体から形成されたフォ卜ダイ才一ドの耐久性について確 認するために、 図 1 3に示したように、 受光面が G a Nから形成されたフォ卜ダイ 才ードと、 S i系のフォ卜ダイォ一ドに、 それぞれ、 波長 1 9 3 n mの発振波長を 有する A r Fエキシマレ一ザからのパルス状レーザ光を 1 4 0 n J / c m 2/パル スで照射した。 この結果、 G a Nから形成されたフ才 卜ダイ才一ドは 6 x 1 0 7パ ルスに渡る照射によっても良好な感度を維持したのに対して、 S i系のフォ 卜ダイ 才一ドは急速に感度が低下して、 6 x 1 0 7パルス照射後には感度が当初の 4 0 % も低下したことがわかった。 この傾向は、 発振波長 1 9 3 n mのレーザ光のみなら ず、 波長 1 5 7 n mのレーザ光でも確認された。 また、 M N系化合物半導体は、 結晶のバンドギャップが S i より大きいために熱 による ドリフ卜も小さ〈なり、 高精度な検出が可能となる、 換言すればゲイン (出 力信号) 変動を少な〈することができる。 従って、 本発明では、 高精度かつ安定性 に優れた光強度の検出が可能である。 従って、 本発明では光センサを長期間に渡つ て交換することなく、 該光センサを用いて各種の計測を長期間に渡って安定して行 うことが可能となり、 この計測結果に基づいて露光精度に関連する各部の調整、 制
御を行うことにより、 露光精度を長期間に渡って高精度に維持することができる。 本発明によると、 上記 M N系化合物半導体から形成された光センサは、 波長 2 0 0 n m以下のエネルギビームに対して高感度であり且つ高耐光性である。 エネルギ ビームの波長が短くなると、 光子エネルギ ( レ) が大きくなり、 従来の S 系の P Dの場合、 劣化及び感度変動が大きくなり、 頻繁に、 例えば、 数日おきに感度較 正をしなければならないことが予測されるが、 M N系の場合にはそのような短波光 のエネルギビームに対しても極めて高い耐久性を有するからである。 それゆえ、 本 発明の露光装置において、 A r Fレーザ、 F 2レーザ、 K r 2レーザ、 A r 2レーザ などの短波長光源を備え得る。 本発明の露光装置に使用される光センサは、 例えば、 レーザ光源の光強度を観測 するためのビ一厶モニタ、 基板の照度を求めるためのインテグレー夕センサ、 基板 からの反射光を求める反射光モニタ、 基板上の照射量を測定する照射量センサ及び マスク又は基板のァライメン卜に用いられる撮像素子などに用い得る。 本発明の第 2の態様に従えば、 エネルギビームによりマスク (R ) を照明し、 該 マスクに形成されたパターンを基板 (W ) 上に転写する露光装置であって、 前記ェ ネルギビームを出力する光源 ( 1 6 ) と ;前記光源の筐体の内部に設けられ、 前記 エネルギビームを受光する M N系材料から形成された受光部と、 前記受光部に逆パ ィァスを印加して光電流を外部に取り出すための複数の電極とを有する受光素子を 含む第 1の光センサ ( 1 6 c ) とを備える露光装置が提供される。 これによれば、 第 1の光センサにより、 高精度かつ安定性に優れたェネルギビ一 ムの強度、 中心波長、 スぺク トル半値幅等の検出が可能となり、 その第 1の光セン ザの感度不良による計測再現性の悪化や経時的な劣化が抑制され、 第 1の光センサ の不要な出力変動が少なくなるので、 これに起因する露光量制御誤差の発生を抑制 することができる。 従って、 第 1の光センサを頻繁に交換することなく、 露光精度 を長期間に渡って高精度に維持することができる。 特に、 レーザ光源等のパルス光
源を有する走査型露光装置の場合 レス毎エネルギバラツキ E p σが小さ〈なり、 露光時に許容される照射エネルギ誤差 Ε σを達成するのに必要な最小パルス発振数 ηを小さ〈することができ、 これにより走査速度 (スキャン速度) の向上によるス ループッ 卜の向上も可能になる。 本発明の第 3の態様に従えば、 エネルギビームによりマスク (R ) を照明し、 該 マスクに形成されたパターンを基板 (W ) 上に転写する露光装置であって、 前記ェ ネルギビームを出力する光源( 1 6 ) と;前記光源と前記基板面との間に設けられ、 前記エネルギビームを受光する Μ Ν系材料から形成された受光部と、 前記受光部に 逆バイアスを印加して光電流を外部に取り出すための複数の電極とを有する受光素 子を含む第 2の光センサ (4 6 ) とを備える露光装置が提供される。 これによれば、 第 2の光センサにより、 高精度かつ安定性に優れたエネルギビー ムの検出が可能となり、 該第 2の光センサを種々の計測に用いることにより、 その 計測値に基づいて露光精度を向上させることができる。 例えば、 この第 2の光セン サは、 光源から出力されるエネルギビームを照明光学系に導く、 引き回し光学系と 前記照明光学系との間の光軸位置ずれの検出に用いたり、 あるいは光源内にビーム モニタ機構が無い場合には、 エネルギビームの強度、 中心波長、 及びスぺク トル半 値幅等の検出に用いたりすることができる。 従って、 この第 2の光センサの計測値 に基づいて、 光軸位置合わせを高精度に行ったり、 光源の発光強度、 発振波長の調 整あるいは、 狭帯域化を高精度に行うことにより、 結果的に露光精度の向上が可能 になる。 第 3の態様において、 前記第 2の光センサは、 像面の照度の推定に用いられるィ ンテグレータセンサであっても良く、 あるいは前記第 2の光センサは、 前記エネル ギビームを常時モニタするために用いられものであっても良い。 前者の場合には、 ィンテグレ―タセンサの感度不良による計測再現性の悪化や経時的な劣化を抑制す ることができるので、 これに起因するインテグレ一タセンサによる計測誤差の発生 を抑制して長期間に渡る高精度な像面照度の推定が可能になるとともに、 このィン
テグレータセンサの出力は、 光源のパワー変動に起因する他のセンサの計測値の変 動を防止するための規格化に用いられるので、 それらのセンサの計測誤差の発生も 抑制される。 従って、 ィンテグレ一タセンサを頻繁に交換することなく、 露光精度 を長期間に渡って高精度に維持することができる。 また、 後者の場合には、 その第The optical sensor includes a light receiving unit for receiving an energy beam and an electrode connected to the light receiving unit, wherein the light receiving unit is formed of an MN system, and M is at least selected from the group consisting of In, Ga, and A 1 An exposure apparatus is provided, wherein N represents nitrogen. As used herein, “MN-based material” refers to a compound semiconductor belonging to Group III-V, where M is At least one element selected from the group consisting of In, Ga, and A 1 is represented, and N represents nitrogen. That is, the MN-based material can be represented by the general formula InxGayA1zN (0≤X≤K0≤Y≤U0≤Z≤Χ + Υ + Ζ = 1). More specifically, the Μ-based material includes GaN, A1N, InN, InGaN, InA1NGaAlN, and InGaA1N. They may be used alone or in combination, for example, as a multilayer film. When the MN-based material forms a multilayer film, each layer is formed of the MN-based material, and the material forming each layer may be the same or different. For example, the multilayer film may have a p-type GaN layer and an n-type GaN layer, and may have an n-type GaN layer and an i-type GaN layer. Is also good. Further, these multilayer films may include a buffer layer formed of, for example, GaN. This MN-based material is generally a very high melting point of 1200 ° C. or higher, and is a stable material having a hardness close to that of diamond. The MN-based material is an impurity element which functions as a small amount of donor or sceptor to be doped to form a semiconductor, for example, Si, Ge, Sn, Sb, Mg, Z n, may contain trace amounts of Cd. When the multilayer film includes a G a A 1 N layer, G a x A 1 X is preferably 0 <で <1. Further, when the multilayer film comprises an I n G a A 1 N, when expressed in I n x G a Y A l z N, X, Y, Ζ are each X + Υ + Ζ = 1, It is preferable that 0 <0≤0.2, and desirably <0.01 ≤Χ≤0.2, 0 <Υ≤1, and 0 <Ζ≤1. The multilayer can be grown on a substrate. It is preferable to use a GaN single crystal substrate or a sapphire substrate from the viewpoint of epitaxially growing the crystal of the above-mentioned Ν-based material. According to experiments performed by the present inventors, short-wavelength laser beams such as KrF excimer laser light having a wavelength of 248 nm and ArF excimer laser light having a wavelength of 193 nm, that is, laser beams of high energy are exposed. When used as light, the S-based photo diode conventionally used for measurement and control of exposure light intensity, focus, alignment of masks and substrates, etc. can be significantly degraded in a short time. all right. Such deterioration and receiving from around the light receiving surface Contamination significantly alters the recombination rate of carriers in the photodiode, for example, the majority of carriers generated near the surface disappear rapidly due to surface recombination and do not contribute sufficiently to photocurrent. As a result, it was found that problems such as reduced sensitivity and changes over time occurred. For this reason, in an exposure apparatus using a short-wavelength laser light source, in order to maintain a high-precision exposure process for a long period of time, various S-based optical sensors used in the exposure apparatus are required. The inconvenience of frequently having to replace it with a new one occurred. As a result of conducting various experiments, the present inventor has found that a light receiving element having a light receiving portion formed of a plurality of layers of the above-mentioned MN-based compound semiconductor can be used as an ArF excimer laser light source, a light source of the latest exposure apparatus, or a generation or F 2 laser light source has attracted attention as a light source of next next generation exposure apparatus, sufficient sensitivity and sufficient for the laser plasma light source, the S 0 R wavelength 2 0 0 nm or less of a short wavelength emitted from such light It has found that it has excellent durability. In order to confirm the durability of a photo die having a light-receiving surface formed of an MN-based compound semiconductor, the present inventor made a light-receiving surface made of GaN as shown in FIG. A pulsed laser beam from an ArF excimer laser having an oscillation wavelength of 193 nm was applied to the photo diode and the Si photo diode, respectively, at 140 nJ / Irradiation at cm 2 / pulse. As a result, whereas maintaining a good sensitivity by irradiation over G a N full talent formed from Bok die Saiichido is 6 x 1 0 7 pulse, S i based follower Bok die Saiichi de rapidly sensitivity is lowered, after 6 x 1 0 7 pulse irradiation sensitivity was also found to have reduced initial 4 0%. This tendency was confirmed not only for the laser beam with an oscillation wavelength of 193 nm but also for the laser beam with a wavelength of 157 nm. In addition, since the crystal band gap of the MN-based compound semiconductor is larger than S i, the drift due to heat is small, and highly accurate detection is possible. In other words, the gain (output signal) fluctuation is small. can do. Therefore, in the present invention, it is possible to detect light intensity with high accuracy and excellent stability. Therefore, in the present invention, various measurements can be stably performed over a long period of time using the optical sensor without replacing the optical sensor over a long period of time. Adjustment and control of each part related to exposure accuracy By controlling the exposure, the exposure accuracy can be maintained at high accuracy for a long period of time. According to the present invention, the optical sensor formed from the above-described MN-based compound semiconductor has high sensitivity to an energy beam having a wavelength of 200 nm or less and high light resistance. As the wavelength of the energy beam becomes shorter, the photon energy (() increases, and in the case of conventional S-based PDs, degradation and sensitivity fluctuations increase. Frequently, for example, sensitivity calibration must be performed every few days. Although it is expected that this will not happen, the MN system has extremely high durability against such short-wave energy beams. Therefore, in the exposure apparatus of the present invention, A r F laser, F 2 laser, K r 2 laser may comprise a short wavelength light source such as A r 2 laser. The optical sensor used in the exposure apparatus of the present invention includes, for example, a beam monitor for observing the light intensity of a laser light source, an integrator sensor for obtaining the illuminance of the substrate, and a reflected light for obtaining the reflected light from the substrate. It can be used for a monitor, an irradiation sensor for measuring an irradiation amount on a substrate, and an imaging device used for mask or substrate alignment. According to a second aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for illuminating a mask (R) with an energy beam and transferring a pattern formed on the mask onto a substrate (W), and outputting the energy beam. A light source (16); a light-receiving portion provided inside the housing of the light source and formed of an MN-based material for receiving the energy beam; and applying a reverse pulse to the light-receiving portion to externally generate a photocurrent. And a first optical sensor (16c) including a light receiving element having a plurality of electrodes for taking out light to the exposure apparatus. According to this, the first optical sensor can detect the intensity, center wavelength, spectrum half-value width, etc. of the energy beam with high accuracy and stability, and realize the first optical sensor. Deterioration of measurement reproducibility or deterioration over time due to poor sensitivity is suppressed, and unnecessary output fluctuations of the first optical sensor are reduced, so that it is possible to suppress the occurrence of an exposure amount control error due to this. Therefore, the exposure accuracy can be maintained at high accuracy over a long period of time without frequently replacing the first optical sensor. In particular, pulsed light such as a laser light source In the case of a scanning type exposure apparatus having a light source, the energy variation E p σ per cell becomes smaller, and the minimum pulse oscillation number η required to achieve the irradiation energy error 時 に σ allowed during exposure can be made smaller. Thus, the throughput can be improved by improving the scanning speed (scan speed). According to a third aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for illuminating a mask (R) with an energy beam and transferring a pattern formed on the mask onto a substrate (W), and outputting the energy beam. A light source (16), provided between the light source and the substrate surface, for receiving the energy beam; a light receiving portion formed of a Ν-based material; and a photocurrent generated by applying a reverse bias to the light receiving portion. And a second optical sensor (46) including a light receiving element having a plurality of electrodes for taking out the light to the outside. According to this, it is possible to detect the energy beam with high accuracy and excellent stability by the second optical sensor, and by using the second optical sensor for various measurements, based on the measured value, Exposure accuracy can be improved. For example, the second optical sensor guides an energy beam output from a light source to an illumination optical system, is used for detecting a displacement of an optical axis between a leading optical system and the illumination optical system, or is used in the light source. If there is no beam monitoring mechanism, it can be used to detect the intensity, center wavelength, and spectral half width of the energy beam. Therefore, based on the measurement value of the second optical sensor, the optical axis alignment can be performed with high accuracy, the emission intensity of the light source, the oscillation wavelength can be adjusted, or the bandwidth can be narrowed with high accuracy. It is possible to improve the exposure accuracy. In the third aspect, the second optical sensor may be an integrator sensor used for estimating illuminance on an image plane. Alternatively, the second optical sensor may be configured to constantly monitor the energy beam. May be used. In the former case, deterioration of measurement reproducibility and deterioration over time due to poor sensitivity of the integrator sensor can be suppressed. High-precision image illuminance estimation over Since the output of the tegreta sensor is used for normalization to prevent fluctuations in the measurement values of other sensors due to the power fluctuation of the light source, the occurrence of measurement errors of those sensors is also suppressed. Therefore, the exposure accuracy can be maintained at high accuracy over a long period of time without frequently replacing the integer sensor. In the latter case,
2の光センサにより、 エネルギビームの状態を露光時、 非露光時に拘わりな〈常時 高精度にモニタすることが可能になる。 また、 インテグレ一タセンサの出力はその他のセンサの基準となるので、 例えば 基準照度計を用いて較正した後の他の露光装置 (他号機) との間の露光量マツチン グ精度をも長期間に渡って良好に保つことができ、 前記較正のためのメンテナンス 間隔を長1 (できることから、 M T B F (mean time between fai l ures) あるし、は M T T R (mean ti me to repai r ) の向上にも寄与する。 上記の如く、 インテグレ一タセンサは、 像面照度の推定に用いられることから、 前記ィンテグレ一タセンサの出力に基づいて前記基板上の積算露光量が目標露光量 となるように露光量の制御を行う露光量制御装置を更に備えることが望ましい。 か かる場合には、 インテグレー夕センサにより高精度、 高感度、 かつ安定性に優れた エネルギビームの検出が可能となるので、 露光量制御精度の向上、 ひいては基板上 に形成されるパターン線幅精度の向上が可能になる。 本発明において、 前記マスク ( R ) から出射された前記エネルギビ一厶を前記基 板 (W ) に投射する投影光学系 ( P L ) と ;前記光源 ( 1 6 ) からの前記エネルギ ビームが前記マスク側から前記投影光学系に向けて照射された際に、 前記基板及び 前記マスクの少なくとも一方からの反射光束を受光する M N系材料から形成された 受光部と、 前記受光部に逆バィァスを印加して光電流を外部に取り出すための複数 の電極とを有する受光素子を含む第 3の光センサ (4 7 ) とを更に備えていても良 し、。 かかる場合には、 第 3の光センサにより、 例えばマスクの透過率の測定が可能 となる。 すなわち、 基板側からの戻り光が無視できるような状態で、 光源からのェ ネルギビ一ムをマスクに照射し、 そのときのインテグレータセンサの出力と第 3の
光センサの出力との比を求めることにより、 所定の演算にてマスクの反射率 (透過 率) を高精度に検出することが可能になる。 この場合において、 前記ィンテグレ一タセンサ (46) の出力と前記第 3の光セ ンサ (47 ) の出力とに基づいて前記基板の反射率を演算するとともに前記インテ グレー夕センサの出力に基づいて前記投影光学系 (P L) に対する前記エネルギビ ー厶の照射量を算出する演算装置 (50) と ;前記演算装置で演算された前記反射 率と前記照射量とに基づいて前記投影光学系の結像特性を調整する結像特性調整装 置 (74 a~74 c、 78、 50 ) とを更に備えていても良い。 かかる場合には、 長い時間露光動作を続けても、 光源からのエネルギビームがィ ンテグレ一タセンサにより高精度に検出され、 第 3の光センサによりマスクからの 反射光及び基板側から投影光学系を通過して戻ってくるエネルギビームを高精度に 挨出することができ、 演算装置によりィンテグレータセンサの出力と第 3の光セン ザの出力とに基づいて基板の反射率が高精度に演算され、 インテグレ一タセンサの 出力に基づいて投影光学系に対するエネルギビームの照射量が高精度に算出される £ そして、 結像特性調整装置が演算装置で演算された反射率と照射量とに基づいて投 影光学系の結像特性を調整するので、 投影光学系の照射変動に起因する結像特性を 正確に補正することが可能になる。 本発明において、 前記マスクから出射された前記エネルギビームを前記基板に投 射する投影光学系 (P L) と ;前記基板を保持して少なくとも 2次元移動する基板 ステージ ( 58) と ;前記基板ステージ上に配置され、 所定の照明フィ一ルド内の 少なくとも一部に照射される前記エネルギビームを受光する第 4の光センサ (59 B) を有し、 当該第 4の光センサを用いて前記投影光学系 (P L) を含む光学系の 透過率を所定のインターバルで測定する透過率測定装置 (46、 59 A、 50) と を更に備える場合には、 前記露光量制御装置 (50) は、 前記透過率測定装置で計 測された前記透過率の変動を更に考慮して前記露光量の制御を行うこととしても良 い。
本明細書において、 光学系の透過率とは、 例えば投影光学系がオール反射光学系 である場合には、 その反射率をも含む概念である。 すなわち、 光学系から入射した 光に対する光学系から出射した光の割合を示す概念である。 かかる場合には、 透過率測定装置により所定のインタ一バル、 例えば、 所定枚数 の基板の露光終了毎に光学系の透過率が計測され、 露光量制御装置は、 透過率測定 装置で計測された透過率の変動を更に考慮して露光量の制御を行うので、 より一層 高精度な露光量制御、 ひいてはより高精度な露光が可能になる。 この場合において、 前記第 4の光センサ ( 5 9 B ) は、 前記エネルギビームを受 光する M N系材料から形成された受光部と、 前記受光部に逆バイアスを印加して光 電流を外部に取り出すための複数の電極とを有する受光素子を含むことが望ましい 本発明の第 4の態様に従えば、 エネルギビームによりマスク (R ) を照明し、 該 マスクに形成されたパターンを基板 (W ) 上に転写する露光装置であって、 前記基 板を保持して少なくとも 2次元移動する基板ステージ ( 5 8 ) と ;前記基板ステ一 ジ上に配置され、 所定の照明フィ一ルド内の少なくとも一部に照射される前記エネ ルギビームを受光する M N系材料から形成された受光部と、 前記受光部に逆パイァ スを印加して光電流を外部に取り出すための複数の電極とを有する受光素子を含む 第 5の光センサ ( 5 9 ) とを備える露光装置が提供される。 これによれば、 長い時間露光動作を続けても、 第 5の光センサにより、 エネルギ ビームを像面上で正確に検出することができ、 例えばその第 5の光センサの検出値 に基づいて像面における照度 (照度分布を含む) を正確に求めたり、 マスクパター ンの投影位置を正確に求めたりすることができ、 これらに応じて光量を調整したり マスクの位置を調整したりすることにより、 第 5の光センサを頻繁に交換すること なく、 露光精度を長期間に渡って高精度に維持することができる。
この場合において、 照射量センサの構成、 用途は種々考えられ、 例えば、 前記マ スク (R ) から出射された前記エネルギビームを前記基板 (W ) に投射する投影光 学系 (P L ) を更に備える場合に、 前記第 5の光センサは、 前記投影光学系の物体 面側に配置されたマークからの光を前記投影光学系の像面側で受光するセンサであ つても良い。 かかる場合には、 その第 5の光センサの計測値に基づいてマスクァラ ィメン卜あるいはべ一スライン計測の基準となるマスクパターンの投影位置を求め たり、 マーク像の投影位置あるいはその像光束のコントラス卜に基づいて投影光学 系の結像特性を求めたりすることが可能になる。 あるいは、 前記マスクから出射された前記エネルギビームを前記基板に投射する 投影光学系を更に備える場合に、 前記第 5の光センサは、 前記投影光学系を含む光 学系の透過率計測に用いられるセンサであっても良い。 かかる場合には、 高いエネ ルギを有するエネルギビームの照射により発生する光学系の透過率変動を高精度か つ安定性良〈検出することができるので、 この透過率変動に応じて投影光学系の結 像特性を補正したり、 この透過率変動に応じた露光量制御を行うことにより、 露光 時の基板上に転写形成されるパターン線幅精度を向上させることが可能になる。 あるいは、 前記マスクから出射された前記エネルギビームを前記基板に投射する 投影光学系を更に備える場合に、 前記第 5の光センサは、 前記照明フィールド全面 に照射される前記エネルギビームを 1度で受光可能な面積の前記受光部を有する照 射量モニタであっても良い。 かかる場合には、 照射量モニタの計測値に基づいて投 影光学系の結像特性の照射変動やマスクの照射変動を考慮した結像特性の補正を行 うことにより良好な結像状態を維持することが可能となる。 また、 照明条件が変更 された場合にも、 照射量モニタにより、 投影光学系を通過するエネルギビームを正 確に (高精度で) 検出することができるので、 それに応じて結像特性の照射変動計 算の基礎デー夕を補正することも可能である。 あるいは、 前記マスクから出射された前記エネルギビームを前記基板に投射する 投影光学系を更に備える場合に、前記第 5の光センサは、前記基板ステージ( 5 8 )
上に着脱可能に装備され、 前記照明フィ一ルドの少なくとも一部に照射される前記 エネルギビームと所定のピンホールより射出された光束との干渉光を受光する前記 受光部を有し、 前記投影光学系の結像特性を計測するために用いられるセンサであ つても良い。 かかる場合には、 そのセンサにより、 投影光学系の結像特性を高い精 度で検出できるので、 例えば装置の組み立て時、 搬送後の立上げ時、 停電等の緊急 時の復帰作業時等において精度良〈投影光学系の結像特性の調整作業を行うことが 可能になる。 本発明の露光装置において、 投影光学系の結像特性の調整 (補正) は、 完全に人 手によって行うことは可能であるが、 前記第 5の光センサの計測値に基づいて前記 投影光学系の結像特性を調整する結像特性調整装置を更に備えていても良い。 かか る場合には、 結像特性調整装置により、 第 5の光センサの計測値に基づいて投影光 学系の結像特性が自動的に調整されるので、 結像特性の調整作業を少な〈とも一部 自動化することができる。 第 4の態様の露光装置において、 前記第 5の光センサは、 前記基板ステージ上に 着脱可能に装備される基準照度計 (9 0 ) であっても良い。 かかる場合には、 基板 ステージ上に固定され、 エネルギビームが頻繁に照射される他の光センサや、 照明 光学系内に配置されたィンテグレータセンサのような常時エネルギビームが照射さ れる他の光センサの出力を、 その基準照度計の出力を基準としてキヤリブレーショ ンすることにより、 他の光センサの性能を長時間に渡って維持することが可能にな る o この場合において、 前記基準照度計は、 複数の露光装置間の基板上の露光量のキ ヤリブレーシヨンに用いられるものであっても良い。 かかる場合には、 号機間の基 板上の露光量のマツチング(照度マッチング)のための較正(キャリブレーション) を精度良く行なうことができる。 第 4の態様において、 前記第 5の光センサは、 所定の照明フィールド内における
面内照度を計測可能なセンサ ( 5 9 B ) であっても良い。 かかる場合には、 第 5の 光センサにより、 所定の照明フィ一ルド内における面内照度を高精度に計測するこ とができ、 また、 例えば基板ステージを 2次元移動することにより、 投影光学系を 含む光学系を経由した照明のムラ (照度分布) を基板面 (像面) 上で正確に計測す ることができ、 その値に基づいて精度良〈照明ムラを調整して照度均一性の向上を 図ることができるので、 基板上に転写形成されるバタ一ン線幅精度が向上する。 本発明の第 5の態様に従えば、 エネルギビームによりマスク ( R ) を照明し、 該 マスクに形成されたパターンを投影光学系 ( P L ) を介して基板 (W ) 上に転写す る露光装置であって、 前記エネルギビームを出力する光源 ( 1 6 ) と ;前記基板を 保持して少なくとも 2次元移動する基板ステージ ( 5 8 ) と ;前記基板ステージ上 に受光面 ( 8 3 ) が設けられ、 該受光面に形成された所定の開口部 ( 5 9 f ) を透 過した前記光源からのエネルギビームを受光する M N系材料から形成された受光部 と、 前記受光部に逆バイアスを印加して光電流を外部に取り出すための複数の電極 とを有する受光素子を含み、 前記マスク上に形成された計測パターンの像と前記開 口部とを相対走査することにより、 前記マスクと前記基板の最大 6自由度の位置関 係を決定するための情報を検出するために用いられる第 6の光センサ ( 5 9 C ) と を備える露光装置が提供される。 これによれば、 マスク上に形成された計測パターンの像と基板ステージ上の受光 面に形成された開口部とを相対走査し、 開口部を透過した光源からのエネルギビー ムを第 6の光センサによって受光することにより、 マスク又は投影光学系の結像面 と基板との最大 6自由度の位置関係を決定するための情報を高精度に検出すること ができる。 例えば上記の相対走査をマスク上の複数の計測パターンについて X Y 2 次元面内で行うと、 第 6の光センサの出力に基づいて各計測パターンの空間像が計 測され、 これらの空間像の計測結果から投影光学系の倍率ゃデイストーシヨン等の X Y面内方向の結像特性 (マスクと基板の X Y面内の位置関係 (重ね合せオフセッ ト) を決定する基準となる情報の一種) を高精度に検出することができる。 また、 例えば、 上記の相対走査中に X Y面に直交する Z方向について基板ステージの位置
を変化させるか、 基板ステージの Z位置を変化させつつ上記の相対走査を繰り返し 行うことにより、 例えば光センサ出力の微分信号のコントラス卜の変化に基づいて マスクと基板との z方向の位置関係を決定する基準となる情報であるフ才一カス才 フセッ ト、 投影光学系の焦点位置ゃテレセントリシティ、 あるいは焦点深度等を高 精度に検出することができる。 更に、 上記のフォーカスオフセッ 卜の検出をマスク 上の少なくとも異なる 3箇所の計測マークについて行うことにより、 マスクと基板 との 0 x、0 y方向の相対位置関係を決定する基準となるレペリングオフセッ 卜(投 影光学系の結像面の形状又は像面湾曲)を高精度に検出することができる。従って、 上記の検出結果に応じて投影光学系の倍率等を調整したり、フォーカスオフセッ 卜、 レべリングオフセッ 卜に基づいてフォ一カスレべリング制御を行なうことにより、 マスクと基板の重ね合せ精度 (オーバ一レイ精度) 、 線幅制御精度を向上させるこ とが可能になる。 この場合も、 頻繁に第 6の光センサを交換する必要はない。 本発明の第 6の態様に従えば、 エネルギビームによりマスク (R ) を照明し、 該 マスクに形成されたパターンを投影光学系 ( P L ) を介して基板 (W ) 上に転写す る露光装置であって、 前記基板を保持して少なくとも 2次元移動する基板ステージ ( 5 8 )と;前記マスク上の所定の照明フィールド内に存在するマークパターンと、 これに対応して前記基板ステ一ジ上に存在する所定のマークパターンとを検出する 第 7の光センサを有するァライメン卜系とを備え、 前記第 7の光センサが、 前記両 マークパターンの像光束を受光する M N系材料から形成された受光部と、 前記受光 部に逆バイアスを印加して光電流を外部に取り出すための複数の電極とを有する受 光素子を含むことを特徴とする露光装置が提供される。 これによれば、 例えば、 ァライメン卜系を構成する第 7の光センサが、 マスク上 の所定の照明フィ一ルド内に存在するマークパターンと、 これに対応して前記基板 ステージ上に存在する所定のマークパターンとしての基板上の位置合わせ用マーク パターンとを検出することにより、 マスクを参照して基板のァライメントを行う、 いわゆる T T R (スルー ·ザ . レチクル) 方式の基板のァライメン卜を行うことが できる。 また、 例えば、 ァライメント系を構成する第 7の光センサが、 マスク上の
所定の照明フィ一ルド内に存在するマークパターンと、 これに対応して前記基板ス テージ上に存在する所定のマークパターンとしての基準マーク板上の基準マークと を検出することにより、いわゆるマスクァライメン卜を行うことができる。ここで、 「マスクァライメン卜」 とは、 マスク座標系上でのマスクの位置、 又は基板座標系 上でのマスクの投影位置の検出、 及びマスク座標系と基板座標系との対応付けを含 む。 この場合、 例えば、 露光用エネルギビ一厶として 2 0 0 n m以下の光を用い、 ァ ライメン卜波長として露光波長と同一あるいはぽぽ近い波長の光を用いても高精度 なマークパターンの高精度な検出が可能となる。 従って、 本発明によれば、 重ね合 せ精度の向上が可能となる。 また、 この場合、 マークパターンの投影像の検出信号 のコントラス卜に基づいてフォーカス才フセッ 卜及びレペリング才フセッ 卜 (投影 光学系の光学特性、 又は像面形状) を求めることが可能であり、 これに基づいてフ オーカスレベリング制御を行なうことにより、 線幅制御精度の向上も可能である。 また、 ァライメント系を画像処理方式のァライメント系とする場合、 第 7の光セン サでは一次元画像、 2次元画像のいずれを検出しても良い。 この場合も第 7の光セ ンサの交換を頻繁に行う必要はない。 第 5の態様の露光装置において、 前記第 7の光センサは、 前記両マークパターン の投影像を所定の 2次元像として検出する撮像素子( 1 0 4 R、 1 0 4 R )であり、 前記ァライメント系は、 マスク ( R ) の位置合わせを行うためのマスクァライメン 卜系 ( 1 0 0 ) であっても良い。 各態様の露光装置において、 前記エネルギビームを受光する 1又は 2以上の第 8 の光センサを更に備え、 前記第 8の光センサの内の少なくとも 1つが、 前記エネル ギビームを受光する M N系材料から形成された受光部と、 前記受光部に逆バイアス を印加して光電流を外部に取り出すための複数の電極とを有する受光素子を含む光 センサにし得る。
これによれば、 第 8の光センサの内、 エネルギビームを受光する M N系材料から 形成された受光部と、 前記受光部に逆バイアスを印加して光電流を外部に取り出す ための複数の電極とを有する受光素子を含む光センサにより、 高精度かつ安定性に 優れたエネルギビームの検出が可能となる結果、露光量制御精度、重ね合せ精度(走 査型露光装置におけるマスクと基板との同期誤差を含む) 、 あるいは基板上の線幅 精度の向上により、 その光センサを頻繁に交換することなく、 露光精度を長期間に 渡って高精度に維持することができる。 この場合、 第 8の光センサの全てを、 エネ ルギビームを受光する M N系材料から形成された受光部と、 前記受光部に逆バイァ スを印加して光電流を外部に取り出すための複数の電極とを有する受光素子を含む 光センサとした場合、 露光量制御精度、 重ね合せ精度、 あるいは基板上の線幅精度 の向上により最も露光精度を向上させることができる。 各態様の露光装置において、 前記基板ステージは、 前記基板の少なくとも 5自由 度方向の位置及び姿勢を制御可能であることが望ましい。 ここで、 5自由度方向は 基板の面内回転方向 (0 z方向) を除く、 重ね合せ制御軸 (X、 丫) 、 フォーカス /レべリング制御軸 (Ζ、 Θ 、 Θ y ) を意味する。 0 z方向については基板ステ 一ジ側で制御可能でもあるし、マスク側を駆動することによつても制御可能である。 本発明によれば、 マスクと基板との 6自由度方向の相対位置関係を所望の関係に設 定することができる。 各態様の露光装置において、 前記エネルギビームの波長は 2 0 0 n m以下である ことが望ましい。 かかる波長帯域のエネルギビームを従来の S 系結晶を用いた P D (フォ卜ダイ才一ド) により感度良く、 長期間に渡って安定して検出することは 困難であつたのに対し、 本発明の露光装置で採用する光センサによれば、 高精度か つ安定性良く検出することができるので、 例えば波長 1 9 3 n mの A r Fエキシマ レーザ光、 波長 1 5 7 |1 01の「2レ一ザ光、 あるいはこれより短波長のエネルギビ ームを用いて露光を行うことにより、 投影光学系の解像力の向上により、 高精度な 露光が可能となる。
本発明の第 7の態様に従えば、 エネルギビームによりマスクを照明し、 該マスク に形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法であって、 M N系材料から形成された受光部に逆バイアスを印加した状態で前記エネルギビー ムを受光するとともに前記受光部から外部に取り出した光電流に基づいて前記エネ ルギビームの強度に関する情報を検出する第 1工程と ;前記検出された情報を用い て前記基板上に所定の解像度及び焦点深度で前記マスクのバターンを転写する第 2 工程とを含む露光方法が提供される。 これによれば、 M N系材料から形成された受光部に逆バイアスを印加した状態で エネルギビームを受光するとともに受光部から外部に取り出した光電流に基づいて エネルギビームの強度に関する情報を検出する。 しかる後、 その検出された情報を 用いて基板上に所定の解像度及び焦点深度でマスクのパターンを転写する。 すなわ ち、 長期間に渡ってエネルギビームの強度に関する情報を高精度で検出し、 この情 報を用いて基板上に所定の解像度及び焦点深度でマスクのパターンが転写されるの で、 基板上に転写形成されるノ タ一ンの線幅精度の向上が可能となる。 上記露光方法において、 第 1工程で検出された情報は、 第 2工程において前記投 影光学系の結像特性の調整、 露光量の制御及び前記マスク (又は投影光学系の結像 面) と基板の相対位置の調整の少なくとも 1つに用いることができる。 本発明の第 8の態様に従えば、 エネルギビームによりマスクを照明し、 該マスク に形成されたパターンを基板上に転写する露光装置に用いられる光源装置であって、 前記エネルギビームを出力するビーム源 ( 1 6 a ) と ;前記ビーム源と同一筐体内 に収納され、 前記ビーム源から出力される前記エネルギビームを受光する M N系材 料から形成された受光部と、 前記受光部に逆バイアスを印加して光電流を外部に取 り出すための複数の電極とを有する受光素子を含む光センサ ( 1 6 c ) とを備える 光源装置が提供される。 これによれば、 光センサにより、 高精度かつ安定性に優れたエネルギビームの強
度、 中心波長、 スペク トル半値幅等の検出が可能となり、 その光センサの感度不良 による計測再現性の悪化や経時的な劣化が抑制され、 光センサの不要な出力変動が 少なくなるので、 これに起因する露光量制御誤差の発生を抑制することができる。 従って、 光センサを頻繁に交換することなく、 露光精度を長期間に渡って高精度に 維持することができる。 特に、 本発明の光源装置を構成するビーム源をパルス発光 源とするとともに、 これを走査型露光装置に適用した場合、 パルス毎エネルギバラ ツキ E p σが小さくなり、 露光時に許容される照射エネルギ誤差 Ε σを達成するの に必要な最小パルス発振数 ηを小さくすることができ、 これにより走査速度 (スキ ヤン速度) の向上によるスループッ 卜の向上も可能になる。 本発明の第 9の態様に従えば、 フォトリソグラフイエ程を含むデバイス製造方法 であって、 前記フォ卜リソグラフイエ程において、 波長 2 0 0 η m以下のエネルギ ビームを用いた各態様の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とする。 これによ れぱ、 波長 2 0 0 n m以下のエネルギビームを用いて上記露光装置により露光が行 われ、 その際、 前記 M N系材料から形成された受光部を有する光センサを用いて計 測された情報に基づいて、 基板上に所定の解像度及び焦点深度でマスクパターンの 像が形成される。従って、本発明に係るデバイス製造方法では、例えば解像度が 0 . 2 5 Μ ΓΤΙ~ 0 . 0 5 At mまでの線幅を露光して形成される回路デバイスを高い歩留 まりで製造することが可能となる。 図面の簡単な説明 図 1は、 一実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 With the optical sensor (2), the state of the energy beam can be monitored with high accuracy regardless of whether it is exposed or not. In addition, since the output of the integrator sensor is used as a reference for other sensors, for example, after calibrating using a reference illuminometer, the exposure amount matching accuracy with another exposure apparatus (other unit) can be improved over a long period of time. The maintenance interval for the calibration is long 1 (mean time between failure ures), and also contributes to the improvement of MTTR (mean ti me to repai r). As described above, since the integrator sensor is used for estimating the illuminance of the image plane, the exposure amount is controlled such that the integrated exposure amount on the substrate becomes the target exposure amount based on the output of the integrator sensor. In such a case, it is desirable to further provide an exposure amount control device that performs high-precision, high-sensitivity, and stable energy beam detection using an integrator sensor. According to the present invention, the energy beam emitted from the mask (R) can be applied to the substrate (W) by improving the exposure amount control accuracy and, consequently, the pattern line width accuracy formed on the substrate. A projection optical system (PL) for projecting; when the energy beam from the light source (16) is irradiated from the mask side toward the projection optical system, reflection from at least one of the substrate and the mask A third optical sensor (4) including a light receiving element having a light receiving portion formed of an MN-based material for receiving a light beam, and a plurality of electrodes for applying a reverse bias to the light receiving portion to extract a photocurrent to the outside. In such a case, the third optical sensor can measure, for example, the transmittance of the mask, that is, the return light from the substrate side can be ignored. Status , Irradiated with E Nerugibi Ichimu from the light source to the mask, the output of the third integrator sensor at that time By calculating the ratio with the output of the optical sensor, it becomes possible to detect the reflectance (transmittance) of the mask with high accuracy by a predetermined calculation. In this case, the reflectance of the substrate is calculated based on the output of the integrated sensor (46) and the output of the third optical sensor (47), and the reflectance is calculated based on the output of the integrated sensor. An arithmetic unit (50) for calculating an irradiation amount of the energy beam to the projection optical system (PL); and an imaging characteristic of the projection optical system based on the reflectance and the irradiation amount calculated by the arithmetic unit. Image quality adjusting devices (74a to 74c, 78, 50) for adjusting the image quality. In such a case, even if the exposure operation is continued for a long time, the energy beam from the light source is detected with high precision by the integrator sensor, and the reflected light from the mask and the projection optical system from the substrate side are detected by the third optical sensor. The energy beam that returns after passing can be greeted with high accuracy, and the arithmetic unit calculates the reflectance of the substrate with high accuracy based on the output of the integrator sensor and the output of the third optical sensor. is, irradiation amount of the energy beam relative to the projection optical system based on an output of Integre one Tasensa is calculated with high accuracy £ the imaging characteristics adjustment device on the basis of the dose and the calculated reflectivity calculation unit Since the image forming characteristic of the projection optical system is adjusted, it becomes possible to accurately correct the image forming characteristic caused by the irradiation variation of the projection optical system. In the present invention, a projection optical system (PL) that projects the energy beam emitted from the mask onto the substrate; a substrate stage (58) that holds the substrate and moves at least two-dimensionally; And a fourth optical sensor (59B) for receiving the energy beam applied to at least a part of a predetermined illumination field, and using the fourth optical sensor to perform the projection optical operation. And a transmittance measuring device (46, 59A, 50) for measuring the transmittance of the optical system including the system (PL) at predetermined intervals. The exposure amount may be controlled in further consideration of the change in the transmittance measured by the transmittance measuring device. In this specification, the transmittance of the optical system is a concept including, for example, the reflectance when the projection optical system is an all-reflection optical system. That is, the concept indicates the ratio of light emitted from the optical system to light incident from the optical system. In such a case, the transmittance of the optical system is measured by a transmittance measuring device at a predetermined interval, for example, every time exposure of a predetermined number of substrates is completed, and the exposure control device measures the transmittance by the transmittance measuring device. Since the exposure amount is controlled in consideration of the fluctuation of the transmittance, it is possible to control the exposure amount with higher accuracy, and further, to perform the exposure with higher accuracy. In this case, the fourth optical sensor (59B) includes a light receiving unit formed of an MN-based material that receives the energy beam, and a reverse bias applied to the light receiving unit to output a photocurrent to the outside. According to a fourth aspect of the present invention, a mask (R) is illuminated with an energy beam and a pattern formed on the mask is converted to a substrate (W). An exposure apparatus for transferring onto the substrate, a substrate stage (58) that holds the substrate and moves at least two-dimensionally; and is disposed on the substrate stage and has at least one of predetermined illumination fields. A light-receiving element formed of an MN-based material for receiving the energy beam applied to the light-receiving part; and a plurality of electrodes for applying a reverse bias to the light-receiving part to extract a photocurrent to the outside. Including There is provided an exposure apparatus including the five optical sensors (59). According to this, even if the exposure operation is continued for a long time, the energy beam can be accurately detected on the image plane by the fifth optical sensor. For example, based on the detection value of the fifth optical sensor, It is possible to accurately determine the illuminance (including the illuminance distribution) on the surface, and to accurately determine the projection position of the mask pattern. By adjusting the amount of light and adjusting the position of the mask accordingly, The exposure accuracy can be maintained at high accuracy over a long period of time without frequent replacement of the fifth optical sensor. In this case, various configurations and uses of the irradiation amount sensor can be considered. For example, the irradiation amount sensor further includes a projection optical system (PL) for projecting the energy beam emitted from the mask (R) onto the substrate (W). In this case, the fifth optical sensor may be a sensor that receives light from a mark disposed on the object plane side of the projection optical system on the image plane side of the projection optical system. In such a case, the projection position of the mask pattern as a reference for the mask alignment or the baseline measurement based on the measurement value of the fifth optical sensor is obtained, or the projection position of the mark image or the contrast of the image light flux is obtained. It is possible to determine the imaging characteristics of the projection optical system based on the above. Alternatively, when further comprising a projection optical system for projecting the energy beam emitted from the mask onto the substrate, the fifth optical sensor is used for measuring the transmittance of an optical system including the projection optical system. It may be a sensor. In such a case, the transmittance fluctuation of the optical system caused by the irradiation of the energy beam having high energy can be detected with high accuracy and good stability. By correcting the imaging characteristics or controlling the exposure amount in accordance with the transmittance variation, it becomes possible to improve the accuracy of the pattern line width transferred and formed on the substrate at the time of exposure. Alternatively, when further comprising a projection optical system for projecting the energy beam emitted from the mask onto the substrate, the fifth optical sensor receives the energy beam irradiated onto the entire illumination field at one time. An irradiation amount monitor having the light receiving unit having a possible area may be used. In such a case, a good imaging state is maintained by correcting the irradiation characteristics of the imaging characteristics of the projection optical system and the irradiation characteristics of the mask based on the measurement values of the irradiation amount monitor and correcting the irradiation characteristics of the mask. It is possible to do. In addition, even when the illumination conditions are changed, the irradiation amount monitor can accurately (highly) detect the energy beam passing through the projection optical system. It is also possible to correct the basic data of the calculation. Alternatively, when the apparatus further comprises a projection optical system for projecting the energy beam emitted from the mask onto the substrate, the fifth optical sensor includes the substrate stage (58) The light receiving section, which is detachably mounted on the upper side, and receives the interference light between the energy beam applied to at least a part of the illumination field and a light beam emitted from a predetermined pinhole; It may be a sensor used to measure the imaging characteristics of the optical system. In such a case, the sensor can detect the imaging characteristics of the projection optical system with high accuracy, so the accuracy can be improved, for example, when assembling the device, starting up after transport, or when returning from an emergency such as a power failure. Good <Adjustment of the imaging characteristics of the projection optical system can be performed. In the exposure apparatus of the present invention, the adjustment (correction) of the imaging characteristics of the projection optical system can be completely performed manually, but the projection optical system is adjusted based on the measurement value of the fifth optical sensor. May be further provided with an image forming characteristic adjusting device for adjusting the image forming characteristics. In such a case, the imaging characteristic adjustment device automatically adjusts the imaging characteristic of the projection optical system based on the measurement value of the fifth optical sensor, so that the adjustment operation of the imaging characteristic is reduced. <Both can be partially automated. In the exposure apparatus according to a fourth aspect, the fifth optical sensor may be a reference illuminometer (90) detachably mounted on the substrate stage. In such a case, another optical sensor fixed on the substrate stage and frequently irradiated with the energy beam, or another optical sensor constantly irradiated with the energy beam such as an integrator sensor arranged in the illumination optical system is used. By calibrating the output of the optical sensor with reference to the output of the reference illuminometer, it is possible to maintain the performance of other optical sensors for a long time.o In this case, the reference The illuminometer may be used for calibration of an exposure amount on a substrate between a plurality of exposure apparatuses. In such a case, calibration (calibration) for matching (illuminance matching) of the exposure amount on the substrate between the units can be performed with high accuracy. In a fourth aspect, the fifth optical sensor is provided in a predetermined illumination field. It may be a sensor (59B) that can measure in-plane illuminance. In such a case, the in-plane illuminance in the predetermined illumination field can be measured with high accuracy by the fifth optical sensor, and the projection optical system can be moved by, for example, moving the substrate stage two-dimensionally. Can accurately measure the unevenness of illumination (illuminance distribution) through an optical system that includes the illuminance on the substrate surface (image plane). Since it can be improved, the accuracy of the buttered line width transferred and formed on the substrate is improved. According to a fifth aspect of the present invention, an exposure apparatus for illuminating a mask (R) with an energy beam and transferring a pattern formed on the mask onto a substrate (W) via a projection optical system (PL). A light source (16) that outputs the energy beam; a substrate stage (58) that holds the substrate and moves at least two-dimensionally; and a light receiving surface (83) is provided on the substrate stage. A light receiving portion formed of an MN-based material for receiving an energy beam from the light source passing through a predetermined opening (59f) formed in the light receiving surface; and applying a reverse bias to the light receiving portion. A light-receiving element having a plurality of electrodes for extracting a photocurrent to the outside by scanning the image of the measurement pattern formed on the mask and the opening relative to each other. Up to 6 degrees of freedom And a sixth optical sensor (59C) used for detecting information for determining the engagement. According to this, an image of the measurement pattern formed on the mask and the opening formed on the light receiving surface on the substrate stage are relatively scanned, and the energy beam from the light source transmitted through the opening is converted to the sixth light. By receiving light with the sensor, information for determining the positional relationship between the image plane of the mask or the projection optical system and the substrate with a maximum of six degrees of freedom can be detected with high accuracy. For example, if the above relative scanning is performed on a plurality of measurement patterns on a mask in an XY two-dimensional plane, aerial images of the respective measurement patterns are measured based on the output of the sixth optical sensor, and measurement of these aerial images is performed. Based on the results, the magnification of the projection optical system divided by the imaging characteristics in the XY plane such as distortion (a type of information used as a reference for determining the positional relationship (overlap offset) between the mask and the substrate in the XY plane) is increased. It can be detected with high accuracy. Also, for example, during the above relative scanning, the position of the substrate stage in the Z direction orthogonal to the XY plane Or by repeating the above relative scanning while changing the Z position of the substrate stage, the positional relationship between the mask and the substrate in the z direction can be determined based on, for example, a change in the contrast of the differential signal of the optical sensor output. It is possible to detect, with high accuracy, information that is used as a criterion for determination, such as an offset, a focal position of the projection optical system ゃ telecentricity, and a depth of focus. Further, by detecting the focus offset at least at three different measurement marks on the mask, the repelling offset as a reference for determining the relative positional relationship between the mask and the substrate in the 0x and 0y directions. (The shape of the image plane of the projection optical system or the curvature of field) can be detected with high accuracy. Therefore, by adjusting the magnification and the like of the projection optical system in accordance with the above detection results, and performing focus leveling control based on the focus offset and the leveling offset, the overlay accuracy of the mask and the substrate can be improved. (Overlay accuracy), it is possible to improve line width control accuracy. Also in this case, there is no need to frequently replace the sixth optical sensor. According to a sixth aspect of the present invention, an exposure apparatus for illuminating a mask (R) with an energy beam and transferring a pattern formed on the mask onto a substrate (W) via a projection optical system (PL). A substrate stage (58) that holds the substrate and moves at least two-dimensionally; a mark pattern existing in a predetermined illumination field on the mask; and a mark pattern corresponding to the mark pattern on the substrate stage. And an alignment system having a seventh optical sensor that detects a predetermined mark pattern existing in the mark pattern, wherein the seventh optical sensor is formed from an MN-based material that receives image light fluxes of the mark patterns. An exposure apparatus is provided, comprising: a light receiving element having a light receiving unit and a plurality of electrodes for applying a reverse bias to the light receiving unit to extract a photocurrent to the outside. According to this, for example, the seventh optical sensor constituting the alignment system is provided with a mark pattern existing in a predetermined illumination field on a mask and a predetermined pattern existing on the substrate stage corresponding to the mark pattern. The so-called TTR (through-the-reticle) type substrate alignment is performed by detecting the alignment mark pattern on the substrate as the mark pattern of the substrate and referring to the mask. it can. Also, for example, a seventh optical sensor constituting an alignment system is provided on a mask. By detecting a mark pattern existing in a predetermined illumination field and a corresponding reference mark on a reference mark plate as a predetermined mark pattern existing on the substrate stage, a so-called mask alignment is detected. It can be performed. Here, “mask alignment” includes detection of a mask position on a mask coordinate system or a projection position of a mask on a substrate coordinate system, and association between the mask coordinate system and the substrate coordinate system. In this case, for example, even if light having a wavelength of 200 nm or less is used as the energy beam for exposure and light having a wavelength equal to or close to the exposure wavelength is used as the alignment wavelength, a highly accurate mark pattern can be obtained with high accuracy. Detection becomes possible. Therefore, according to the present invention, the overlay accuracy can be improved. Further, in this case, it is possible to obtain the focus lens set and the repelling chip set (optical characteristics of the projection optical system or the image plane shape) based on the contrast of the detection signal of the projected image of the mark pattern. By performing focus leveling control based on, the line width control accuracy can be improved. When the alignment system is an image processing type alignment system, the seventh optical sensor may detect either a one-dimensional image or a two-dimensional image. Also in this case, it is not necessary to frequently exchange the seventh optical sensor. In the exposure apparatus according to a fifth aspect, the seventh optical sensor is an image sensor (104R, 104R) that detects a projected image of the both mark patterns as a predetermined two-dimensional image, The alignment system may be a mask alignment system (100) for aligning the mask (R). The exposure apparatus according to each aspect, further comprising one or more eighth optical sensors that receive the energy beam, wherein at least one of the eighth optical sensors is formed of an MN-based material that receives the energy beam. An optical sensor including a light receiving element having the formed light receiving portion and a plurality of electrodes for applying a reverse bias to the light receiving portion to extract a photocurrent to the outside can be provided. According to this, of the eighth optical sensor, a light receiving portion formed of an MN-based material for receiving an energy beam, and a plurality of electrodes for applying a reverse bias to the light receiving portion and extracting a photocurrent to the outside An optical sensor that includes a light-receiving element that has a high accuracy enables highly accurate and stable detection of an energy beam, resulting in exposure amount control accuracy and overlay accuracy (synchronization between a mask and a substrate in a scanning type exposure apparatus). In addition, by improving the line width accuracy on the substrate, the exposure accuracy can be maintained at high accuracy over a long period of time without frequently replacing the optical sensor. In this case, all of the eighth optical sensors are provided with a light receiving portion formed of an MN-based material for receiving an energy beam, and a plurality of electrodes for applying a reverse bias to the light receiving portion and extracting a photocurrent to the outside. In the case of an optical sensor including a light receiving element having the following, the exposure accuracy can be most improved by improving the exposure amount control accuracy, the overlay accuracy, or the line width accuracy on the substrate. In the exposure apparatus of each aspect, it is preferable that the substrate stage can control a position and a posture of the substrate in at least five degrees of freedom. Here, the directions of five degrees of freedom mean the superposition control axes (X, 丫) and the focus / leveling control axes (Ζ, Θ, Θ y), excluding the in-plane rotation direction (0 z direction) of the substrate. . The 0z direction can be controlled on the substrate stage side or by driving the mask side. According to the present invention, the relative positional relationship between the mask and the substrate in the directions of six degrees of freedom can be set to a desired relationship. In the exposure apparatus of each aspect, it is preferable that the wavelength of the energy beam is 200 nm or less. While it was difficult to detect the energy beam in such a wavelength band with a conventional PD (Photo Diode) using an S-based crystal with high sensitivity and stability over a long period of time, the present invention According to the optical sensor employed in the exposure apparatus, can be detected highly accurately whether one good stability, for example, a wavelength 1 9 3 nm of a r F excimer laser light, the wavelength 1 5 7 | 1 01 "2 Exposure using laser light or an energy beam having a shorter wavelength than this enables high-precision exposure by improving the resolution of the projection optical system. According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an exposure method for illuminating a mask with an energy beam and transferring a pattern formed on the mask onto a substrate via a projection optical system, the method comprising: A first step of receiving the energy beam in a state where a reverse bias is applied to the light receiving unit and detecting information on the intensity of the energy beam based on a photocurrent extracted from the light receiving unit to the outside; Transferring a pattern of the mask onto the substrate at a predetermined resolution and a depth of focus using the obtained information. According to this, an energy beam is received in a state where a reverse bias is applied to a light receiving unit formed of an MN-based material, and information on the intensity of the energy beam is detected based on a photocurrent extracted from the light receiving unit to the outside. Thereafter, the pattern of the mask is transferred onto the substrate at a predetermined resolution and depth of focus using the detected information. In other words, information about the intensity of the energy beam is detected with high accuracy over a long period of time, and the mask pattern is transferred onto the substrate at a predetermined resolution and depth of focus using this information. It is possible to improve the line width accuracy of the notch transferred and formed on the substrate. In the above-mentioned exposure method, the information detected in the first step is adjusted in the second step by adjusting the imaging characteristics of the projection optical system, controlling the exposure amount, and controlling the mask (or the imaging surface of the projection optical system) and the substrate. It can be used for at least one of the adjustments of the relative position of. According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a light source device used in an exposure apparatus for illuminating a mask with an energy beam and transferring a pattern formed on the mask onto a substrate, wherein the beam for outputting the energy beam is provided. A light source, which is housed in the same housing as the beam source and receives the energy beam output from the beam source, and is formed of an MN-based material; and a reverse bias is applied to the light source. And a light sensor (16c) including a light receiving element having a plurality of electrodes for applying photocurrent to take out a photocurrent to the outside. According to this, the intensity of the energy beam, which is highly accurate and stable, is enhanced by the optical sensor. It is possible to detect the wavelength, center wavelength, spectral half width, etc., and the deterioration of measurement reproducibility and deterioration over time due to poor sensitivity of the optical sensor is suppressed, and unnecessary output fluctuation of the optical sensor is reduced. Can suppress the occurrence of the exposure amount control error due to the above. Therefore, the exposure accuracy can be maintained at a high level over a long period of time without frequently replacing the optical sensor. In particular, when the beam source constituting the light source device of the present invention is a pulsed light source and is applied to a scanning exposure apparatus, the energy variation per pulse E p σ becomes small, and the irradiation energy allowed during exposure is reduced. The minimum number of pulse oscillations η required to achieve the error Εσ can be reduced, thereby improving the throughput by increasing the scanning speed (scanning speed). According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a device manufacturing method including a photolithographic step, wherein the exposure apparatus according to each aspect uses an energy beam having a wavelength of 200 ηm or less in the photolithographic step. The exposure is performed by using. According to this, exposure is performed by the above-described exposure apparatus using an energy beam having a wavelength of 200 nm or less, and at that time, measurement is performed using an optical sensor having a light receiving unit formed of the MN-based material. Based on the information, an image of the mask pattern is formed on the substrate at a predetermined resolution and a predetermined depth of focus. Therefore, in the device manufacturing method according to the present invention, it is possible to manufacture a circuit device formed by exposing a line width having a resolution of, for example, 0.25Μ to 0.05 Atm with a high yield. It becomes possible. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to one embodiment.
図 2は、 図 1の光源の内部を主制御装置とともに示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing the inside of the light source of FIG. 1 together with a main controller.
図 3 ( A ) は M N系半導体受光素子の構成の一例を概略的に示す図であり、 図 3 ( B ) は M N系半導体受光素子の構成の他の一例を概略的に示す図である。 FIG. 3A is a diagram schematically illustrating an example of the configuration of the MN-based semiconductor light receiving element, and FIG. 3B is a diagram schematically illustrating another example of the configuration of the MN-based semiconductor light receiving element.
図 4は、 図 3の半導体受光素子を含む光センサの構成の一例を示す図である。 図 5は、 Zチル卜ステージを示す概略平面図である。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a configuration of an optical sensor including the semiconductor light receiving element of FIG. FIG. 5 is a schematic plan view showing the Z tilt stage.
図 6 ( A ) は空間像計測器を含む図 1の Zチル卜ステージ近傍部分を一部破断し
て示す拡大図、 図 6 ( B )は図 6 ( A )の反射膜部分を拡大して示す平面図である。 図 7は、 図 1のコンデンサレンズ、 レチクル、 投影光学系、 Zチルトステージ及 び X Yステージ等を + Y方向に見た概略側面図である。 Fig. 6 (A) shows a part of the part near the Z-tilt stage in Fig. 1 including the aerial image measuring instrument. FIG. 6B is an enlarged plan view showing the reflection film portion of FIG. 6A. FIG. 7 is a schematic side view of the condenser lens, reticle, projection optical system, Z tilt stage, XY stage, and the like in FIG. 1 viewed in the + Y direction.
図 8は、 図 7中の基準マーク板 F M、 及びレチクル Rの投影像 R Pの一部を重ね た状態を示す拡大平面図である。 FIG. 8 is an enlarged plan view showing a state in which a part of the reference mark plate FM and the projected image RP of the reticle R in FIG.
図 9は、 撮像素子 1 0 4 Rの構成の一例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing an example of the configuration of the image sensor 104R.
図 1 0は、 Zチルトステージ上の所定の位置に設置された基準照度計のセンサへ ッド部を示す概略平面図である。 FIG. 10 is a schematic plan view showing a sensor head of a reference illuminometer installed at a predetermined position on a Z tilt stage.
図 1 1は、 投影光学系の中心に基準照度計のセンサへッド部の中心位置が位置決 めされた状態を示す図である。 FIG. 11 is a diagram illustrating a state where the center position of the sensor head of the reference illuminometer is positioned at the center of the projection optical system.
図 1 2は、 基準照度計とインテグレ一タセンサとによる照度の同時計測の様子を 示す概念図である。 FIG. 12 is a conceptual diagram showing the state of simultaneous measurement of illuminance by the reference illuminometer and the integrator sensor.
図 1 3 ( A ) は計測マークが形成されたレチクルの一例を示す平面図であり、 図 1 3 ( B ) は計測マークの具体的構成を示す図である。 FIG. 13 (A) is a plan view showing an example of a reticle having a measurement mark formed thereon, and FIG. 13 (B) is a diagram showing a specific configuration of the measurement mark.
図 1 4は、 計測マーク投影像の光電検出方法を説明するための図である。 FIG. 14 is a diagram for explaining a method for detecting a photoelectric conversion mark projected image.
図 1 5は (A ) は Xマークの投影像を光電検出した結果得られた光量信号の波形 を示す線図であり、 図 1 5 ( B ) はその微分波形を示す線図である。 FIG. 15 (A) is a diagram showing a waveform of a light amount signal obtained as a result of photoelectrically detecting the projected image of the X mark, and FIG. 15 (B) is a diagram showing a differential waveform thereof.
図 1 6は、 Zチルトステージ上の所定位置に設置された波面収差計測器を断面し て示す図である。 FIG. 16 is a cross-sectional view of a wavefront aberration measuring instrument installed at a predetermined position on the Z tilt stage.
図 1 7は、 本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチ ヤー卜である。 FIG. 17 is a flowchart for explaining an embodiment of the device manufacturing method according to the present invention.
図 1 8は、 図 1 7のステップ 2 0 4における処理を示すフローチャートである。 図 1 9は、 S iフォトダイ才ードと本発明に用いた G a Nフォ卜ダイ才ードの耐 久性試験結果を示すグラフである。 FIG. 18 is a flowchart showing the processing in step 204 of FIG. FIG. 19 is a graph showing the durability test results of the Si photodiode and the GaN photodiode used in the present invention.
図 2 0は、 M N系半導体受光素子の構成の他の一例を概略的に示す図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 図 1には、 一実施形態の露
光装置 1 0の概略構成が示されている。 この露光装置 1 0は、 ステップ ·アンド - スキヤン方式の走査型露光装置である。 この露光装置 1 0は、 光源装置としての光源 1 6及び照明光学系 1 2から形成さ れた照明系、 この照明系からの露光光 I Lにより照明されるマスクとしてのレチク ル Rを保持するレチクルステージ R S丁、 レチクル Rから射出された露光光 I Lを 基板としてのウェハ W上に投射する投影光学系 P L、 ウェハ Wを保持する基板ステ —ジとしての Zチル卜ステージ 5 8が搭載された X Yステージ 1 4、 及びこれらの 制御系等を備えている。 光源 1 6としては、 例えば波長 1 9 3 n mの紫外パルス光を出力する A r Fェキ シマレーザ光源が用いられている。 この光源 1 6は、 実際には、 照明光学系 1 2の 各構成要素及びレチクルステージ R S T、 投影光学系 P L、 及び X Yステージ 1 4 等から形成された露光装置本体が収納されたチャンパ 1 1 が設置されたクリーンル 一ムとは別のクリーン度の低いサービスルームに配置されており、チャンバ 1 1 (照 明光学系 1 2 ) に不図示のビームマッチングユニッ ト、 及びリレー光学系を介して 接続されている。 なお、 光源として F 2レーザ光源 (出力波長 1 5 7 n m ) その他 のパルス光源を用いても良い。 図 2には、 光源 1 6の内部が、 主制御装置 5 0とともに示されている。 光源 1 6 は、 レーザ共振器 1 6 a、 ビームスプリッタ 1 6 b、 第 1の光センサとしてのビ一 厶モニタ 1 6 c、 エネルギコントロ一ラ 1 6 d及び高圧電源 1 6 e等を有する。 レーザ共振器 1 6 aからパルス的に放出されたレーザビーム L Bは、 透過率が高 く僅かな反射率を有するビ一ムスプリッタ 1 6 bに入射し、 ビームスプリッタ 1 6 bを透過したレーザビーム L Bが外部に射出される。 また、 ビームスプリツ夕 1 6 bで反射されたレーザビーム L Bが M N系結晶から形成された検出部を有する第 1 の光センサとしてのビームモニタ 1 6 cに入射し、 ビームモニタ 1 6 cからの光電 変換信号が不図示のピークホールド回路を介して出力 E Sとしてエネルギコント口
—ラ 1 6 dに供給されている。 なお、 ビームモニタ 1 6 cを構成する光センサの構 成等については、 本発明の特徴点であるから、 後に詳述する。 通常の発光時には、 エネルギコン卜ローラ 1 6 dは、 ビームモニタ 1 6 cの出力 E Sが、 主制御装置 5 0より供給された制御情報 T S中の 1 パルス当たりのェネル ギの目標値に対応した値となるように、 高圧電源 1 6 eでの電源電圧をフィードパ ック制御する。 ビームモニタ 1 6 cの出力 E Sに対応するエネルギの制御量の単位 は〔m J /pul se〕である。エネルギコン卜ローラ 1 6 dは、主制御装置 5 0からの 制御情報 T Sに基づいて高圧電源 1 6 e内の電源電圧を設定し、 これによつて、 レ —ザ共振器 1 6 aから射出されるレーザビーム L Bのパルスエネルギが所定の値の 近傍に設定される。 この場合、 光源 1 6の 1 パルス当たりのエネルギの平均値は通 常、所定の中心エネルギー E0において安定化されているが、そのエネルギの平均値 はその中心エネルギー EQの上下の所定の可変範囲(例えば士 1 0 %程度)で制御で きるように構成されている。 本実施形態ではその可変範囲でパルスエネルギの微変 調を行う。 また、 エネルギコントロ一ラ 1 6 dは、 レーザ共振器 1 6 aに供給され るエネルギを高圧電源 1 6 eを介して制御することにより発振周波数をも変更する < また、 光源 1 6内のビームスプリッタ 1 6 bの外側には、 主制御装置 5 0からの 制御情報に応じてレーザビームし Bを遮光するためのシャツ夕 1 6 f も配置されて いる。 ここで、 本実施形態のビームモニタ 1 6 cとして用いられる光センサを構成する M N系半導体受光素子の一例について、その構造及び検出原理等について説明する。 図 3 ( A ) には、 この M N系半導体受光素子の一例が概略的に示されている。 こ の図 3 ( A ) に示される M N系半導体受光素子 1 7は、 結晶基板 1 と、 該結晶基板 1上に、バッファ層 1 aを介して順次積層形成された p型結晶層( pコンタク ト層) S 1、 n型結晶層 (nコンタク ト層) S 2から形成された受光部 Sと、 該受光部 S を構成する n型結晶層 S 2上に設けられた (+ ) 電極 (n型側電極) Q 1 と、 p型
結晶層 S 1上に設けられた (一) 電極 (p型側電極) Q 2とを備えている。 この場 合、 p型結晶層 S 1 と n型結晶層 S 2とは、 結晶基板 1上に順次結晶成長され p n 接合構造を形成している。 p型結晶層 S 1の上面の一部は、 露出面とされており、 この露出面上に (一) 電極 Q 2が配置されている。 受光部 Sを構成する結晶層は全て MN系材料から形成された。 それ故、 結晶基板 1の材料は、 MN系材料が結晶成長可能なものであれば良〈、例えば、サファイア、 水晶、 S i C等が挙げられる。 なかでも、 G a N単結晶基板、 サファイアの C面、 A面、 6 H— S i C基板、 特に C面サファイア基板が好ましい。 また、 結晶基板 1 上に MN系結晶層を成長させる場合、 MN系材料から形成されたバッファ層 1 aを 介しても良いが、 必ずしもバッファ層を設けなくても良い。 このバッファ層 1 aと しては、 例えば G a N、 A 1 N等が適している。 電極 Q 1、 Q 2は、ともに、金属一半導体の接触が殆ど無視できる状態の電極(才 —ミック電極) である。才一ミック電極の材料としては、 A 1 /T i、 A u/T i、 T iなどが挙げられる。 また、 これらの材料を組み合わせても良い。 この場合、 特に、 電極 Q 1は、 受光対象光 Lがより多〈層 S 2に入射でき、 かつ 電極として充分な面積が確保されるよう、 バランスを考慮する。 そのためには、 上 記のような材料から形成された不透明な電極の場合には、 層 S 2上面に対して電極 の占める面積を考慮するか、 受光対象光 Lに対して透明な電極とする。 いずれの場 合でも、 電極 Q 1は、 層 S 2の上面全体に照射される光 Lのうち 5%以上が層 S 2 内に入射し得るように、占有面積又は透過性を決定するのが、感度の点で好ましい。 透明電極の材料としては、 A u ( 1 0 nm) /N i ( 5 nm) などが挙げられる。 次に、 上記の MN系半導体受光素子 1 7の具体例について、 その製造方法ととも に説明する。 FIG. 20 is a diagram schematically showing another example of the configuration of the MN-based semiconductor light receiving element. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows one embodiment of the dew The schematic configuration of the optical device 10 is shown. The exposure apparatus 10 is a step-and-scan type scanning exposure apparatus. The exposure apparatus 10 includes an illumination system formed of a light source 16 and an illumination optical system 12 as a light source device, and a reticle holding a reticle R as a mask illuminated by exposure light IL from the illumination system. XY with stage RS, projection optical system PL for projecting exposure light IL emitted from reticle R onto wafer W as a substrate, and Z tilt stage 58 as a substrate stage for holding wafer W It has a stage 14 and a control system for them. As the light source 16, for example, an ArF excimer laser light source that outputs ultraviolet pulsed light having a wavelength of 193 nm is used. The light source 16 is actually a champer 11 in which the components of the illumination optical system 12 and the exposure apparatus main body formed of the reticle stage RST, the projection optical system PL, and the XY stage 14 are housed. It is located in a low-clean service room separate from the installed clean room, and is installed in the chamber 11 (illumination optical system 12) via a beam matching unit (not shown) and a relay optical system. It is connected. Incidentally, F 2 laser light source (output wavelength 1 5 7 nm) as the light source may be other pulsed light source. FIG. 2 shows the inside of the light source 16 together with the main controller 50. The light source 16 has a laser resonator 16a, a beam splitter 16b, a beam monitor 16c as a first optical sensor, an energy controller 16d, a high-voltage power supply 16e, and the like. The laser beam LB emitted in a pulse form from the laser resonator 16a is incident on the beam splitter 16b having a high transmittance and a small reflectance, and is transmitted through the beam splitter 16b. LB is ejected outside. In addition, the laser beam LB reflected by the beam splitter 16b is incident on a beam monitor 16c as a first optical sensor having a detection unit formed of an MN-based crystal, and a photoelectric signal from the beam monitor 16c is formed. The converted signal is output via a peak hold circuit (not shown) as ES —La 16d is being supplied. The configuration and the like of the optical sensor constituting the beam monitor 16c are features of the present invention and will be described later in detail. During normal light emission, the energy controller 16d sets the output ES of the beam monitor 16c to correspond to the target value of energy per pulse in the control information TS supplied from the main controller 50. The power supply voltage of the high-voltage power supply 16 e is feedback-controlled so as to obtain a value. The unit of the energy control amount corresponding to the output ES of the beam monitor 16c is [m J / pulse]. The energy controller 16 d sets the power supply voltage in the high-voltage power supply 16 e based on the control information TS from the main controller 50, whereby the energy is emitted from the laser resonator 16 a. The pulse energy of the laser beam LB to be set is set near a predetermined value. In this case, the average value of the energy per pulse of the light source 16 is usually stabilized at a predetermined center energy E 0 , but the average value of the energy is a predetermined variable above and below the center energy E Q. It is configured so that it can be controlled within a range (for example, about 10%). In this embodiment, the pulse energy is finely modulated in the variable range. The energy controller 16 d also changes the oscillation frequency by controlling the energy supplied to the laser resonator 16 a via the high-voltage power supply 16 e. Outside the splitter 16b, there is also arranged a shirt 16f for shielding the laser beam B with a laser beam according to the control information from the main controller 50. Here, an example of an MN-based semiconductor light receiving element constituting an optical sensor used as the beam monitor 16c of the present embodiment will be described with respect to its structure, detection principle, and the like. FIG. 3A schematically shows an example of the MN-based semiconductor light receiving element. The MN-based semiconductor light-receiving element 17 shown in FIG. 3 (A) has a crystal substrate 1 and a p-type crystal layer (p contact) sequentially laminated on the crystal substrate 1 via a buffer layer 1a. Layer) S1, an n-type crystal layer (n-contact layer) S2, and a light receiving portion S formed from the n-type crystal layer S2 constituting the light receiving portion S (+) electrode ( n-type electrode) Q 1 and p-type (1) An electrode (p-type side electrode) Q2 provided on the crystal layer S1. In this case, the p-type crystal layer S 1 and the n-type crystal layer S 2 are grown sequentially on the crystal substrate 1 to form a pn junction structure. A part of the upper surface of the p-type crystal layer S1 is an exposed surface, and (1) the electrode Q2 is disposed on the exposed surface. All the crystal layers constituting the light receiving section S were formed from MN-based materials. Therefore, the material of the crystal substrate 1 may be any material as long as the MN-based material is capable of crystal growth <for example, sapphire, quartz, SiC, and the like. Among them, a GaN single crystal substrate, a C-plane and an A-plane of sapphire, a 6H—SiC substrate, and particularly a C-plane sapphire substrate are preferable. Further, when growing an MN-based crystal layer on the crystal substrate 1, the buffer layer 1a formed of an MN-based material may be interposed, but the buffer layer is not necessarily provided. As the buffer layer 1a, for example, G a N, A 1 N, etc. are suitable. The electrodes Q 1 and Q 2 are both electrodes (genetic electrodes) in which metal-semiconductor contact is almost negligible. Examples of the material of the unique electrode include A1 / Ti, Au / Ti, Ti, and the like. Further, these materials may be combined. In this case, the electrode Q1 is particularly balanced so that the light L to be received can be incident on the layer S2 and a sufficient area as an electrode is secured. For this purpose, in the case of an opaque electrode formed of the above material, the area occupied by the electrode with respect to the upper surface of the layer S 2 is taken into consideration, or an electrode transparent to the light L to be received is used. . In any case, electrode Q1 should determine its occupation area or transmissivity such that more than 5% of light L illuminating the entire top surface of layer S2 can enter layer S2. , In terms of sensitivity. Examples of the material of the transparent electrode include Au (10 nm) / Ni (5 nm). Next, a specific example of the MN-based semiconductor light receiving element 17 will be described together with a method of manufacturing the same.
① 厚さ 0.数 mmのサファイア基板(基板) 1上に MO V P E法により約 500。C
〜600。Cで G a Nより成るバッファ層 1 aを 1 00オングス卜ロームの膜厚で成 長させ、 次にバッファ層 1 aの上に 1 000。Cで M g ド一プ i型 G aN層を 2μηη の膜厚で成長させる。 ここで、 基板 1 として、 サファイア基板を用いるのは、 周知のようにサファイア 基板は非常に熱に対して安定な材料であり、 また十分な硬度を有しており、 また同 じ結晶系であることから、 受光素子に使用する Μ Ν系化合物半導体を成長させる基 板としては最適だからである。 また、 ノ、'ッファ層 1 aを G a Νとしたのは、 サファイア基板 1の上に成長するバ ッファ層 1 aはそのバッファ層 1 aの上に後述のようにして成長させる pコンタク 卜層 S 1 と同一組成にすることにより、 pコンタク ト層 S 1の結晶性を良〈するこ とができるからである。 従って、 pコンタク ト層 S 1を A 1 Nとする場合には、 ッファ層 1 aも A l Nとすることが望ましい。 (1) Approximately 500 by MO VPE on a sapphire substrate (substrate) 1 with a thickness of several mm. C ~ 600. In C, a buffer layer 1 a of G a N is grown to a thickness of 100 angstroms, and then a thickness of 1,000 is formed on the buffer layer 1 a. C is used to grow a Mg doped i-type GaN layer with a thickness of 2μηη. Here, the sapphire substrate is used as the substrate 1 because, as is well known, the sapphire substrate is a material that is extremely stable against heat, has sufficient hardness, and has the same crystal system. This is because it is optimal as a substrate for growing III-based compound semiconductors used for light-receiving elements. The reason why the buffer layer 1a is defined as G a a is that the buffer layer 1a grown on the sapphire substrate 1 is grown on the buffer layer 1a as described later. This is because the same composition as the layer S 1 can improve the crystallinity of the p contact layer S 1. Therefore, when the p contact layer S1 is set to A1N, the buffer layer 1a is also preferably set to AlN.
② 次に、 Mg ド一プ G aN層の成長後、 基板 1をアニーリング装置に移送し、 4 50°Cでアニーリングすることにより、 Mg ドープ G a N層を低抵抗な p型 G a N とする。 これにより、 バッファ層 1 aの上に pコンタク ト層 S 1が形成される。 な お、 G aN層 (MN系材料よりなる結晶) を p型とするには、 Z n、 Mg、 Ca、 S r、 B e等のァクセプタ一不純物をド一プした後、 400°C以上でアニーリング することにより p型とすることができる。 ② Next, after the growth of the Mg-doped GaN layer, the substrate 1 is transferred to an annealing device and annealed at 450 ° C to make the Mg-doped GaN layer a low-resistance p-type GaN. I do. As a result, a p-contact layer S1 is formed on the buffer layer 1a. In order to make the GaN layer (crystal made of MN-based material) p-type, after doping impurities such as Zn, Mg, Ca, Sr, and Be, the temperature should be 400 ° C or more. Annealing with the above makes it possible to obtain a p-type.
③ 次に、 pコンタク ト層 S 1の上に、 1 000°Cで S i ド一プ n型 GaA l N層 から形成された nコンタク 卜層 S 2を成長させる。 なお、 GaA l N層 (MN系材 料よりなる結晶) を n型とするには、 S i、 G e、 S n、 S b、 Cd等のドナー不 純物をドープすることにより n型とすることができる。 (3) Next, an n-contact layer S2 formed of a Si-doped n-type GaAlN layer is grown on the p-contact layer S1 at 1,000 ° C. In order to make the GaAlN layer (a crystal made of MN-based material) n-type, it is converted to n-type by doping donor impurities such as Si, Ge, Sn, Sb, and Cd. can do.
④ その後、 n型 G a A 1 N層 S 2の表面にマスクを形成し、 n型 GaA I N層 S 2の一部をエッチングして p型 G aN層 S 1 を露出させ、 n型 GaN層 S 2の上に
正電極 Q 1、 p型 G aN層 S 1の上に負電極 Q 2をそれそれ形成する。 ここで、 電 極の材料としては、 先に説明したものが用いられる。 以上のような手順で、 受光部 Sを構成する n型 Ga A 1 N層 S 2の A 1の含有比 率の異なる半導体受光素子 1 7を複数種類製造し、 各半導体受光素子 1 7の電極 Q 1、 Q 2間に、数〜数十ボル卜の直流バイアス(逆バイアス)電圧を印加して、種々 の波長の光を受光対象光 Lとして、図 3 ( A)中に符号 a、 bで示される空乏層(光 検出層) に発生したキャリアによる光電流を検出する実験を繰り返し行った結果、 次のような傾向が判明した。 すなわち、 n型 G aaA l ,— aN (0≤a≤ 1 )層 S 2の A 1の含有比率 (a) が 大きくなる程、 A「 Fエキシマレ一ザ光などの波長 200 nm以下の短波長の光の 受光感度が向上する。これは、波長 200 nm以下の短波長の光の透過率が上がり、 光検出層である空乏層 a、 bに達する光量が増えるためであると考えられる。 また、 この MN系半導体受光素子 1 7は、 紫外線に対して優れた耐性を有する。 この MN系半導体受光素子 1 7では、 紫外線、 特に波長 1 93 nm (A r Fエキシ マレ一ザ光) 、 F2レーザ光などを受光対象光として選択するとより効果的である。 かかる光は、 強烈なエネルギを持つ光であるために従来の S 系半導体材料を用い た P D等にとつては経時的な劣化等問題が多かつたのに対し、 本実施形態の M N系 半導体受光素子 1 7は、 MN系材料を用いた耐紫外線性の良好な素子であるから、 このような波長の短い紫外線を受光対象光とすることによって、 従来の P Dなどに 比べて、 交換の頻度等を減少させることができるという利点があるからである。 なお、 図 3 (A) に示されるタイプの MN系半導体受光素子に限る必要はなく、 例えば図 3 (B) に示されるショッ トキー障壁型の MN系半導体受光素子を用いて も、 上記と同様に短波長光に対する十分な受光感度が得られる。 この図 3 (B) に 示される MN系半導体受光素子 1 7 'は、 サファイア基板 1 と、 該基板 1上に、 バ ッファ層 1 aを介して順次積層形成された n型 MN系結晶層 S 3、 i型 Ga N結晶
層 S 4から形成された受光部 Sと、 該受光部 Sを構成する n型結晶層 S 3上に設け られた (+ )電極 Q 1 と、 i型層 S 4上に設けられた透明電極から形成された(一) 電極 Q 2とを備えている。 なお、 この M N系半導体受光素子 1 7 'の場合は、 空乏 層は符号 cで示される場所に生ずる。 この M N系半導体受光素子 1 7 'は、 M N系半導体受光素子 1 7と同様の手順で 製造されるので、 詳細な説明は省略する。 なお、 i型 G a N結晶層 S 4は、 不純物 をド一プしないことにより得られる。 なお、 上記の説明では、 受光対象光 Lをサファイア基板 1 と反対側から照射する ものとしたが、 サファイア基板は紫外、 青色光に対して透明で光を良く透過するこ とができるので、 受光対象光 Lを基板 1側からでも照射できる。 上述した M N系半導体受光素子 1 7 (又は 1 7 ' ) は、 例えば、 図 4に示される ようにパッケージ内に収納され、 光センサ 2が構成される。 この図 4に示される光 センサ 2は、 いわゆるハーメチックシール容器を用いたものであって、 端子 3が設 けられたステム P 1 に M N系半導体受光素子 1 7をマウントし、 キャップ P 2で封 止した構造となっている。 キャップ P 2には、 公知の受光素子用のパッケージと同 様に、 外部の光を内部の M N系半導体受光素子 1 7に入射させるための窓 4が設け られている。 この窓 4の内側には、 ホタル石あるいは合成石英から形成された受光 対象光を透過させる窓板 5が取付けられており、 該窓板 5の内面には、 3 5 0 n m より短波長の光のみを透過させる短波長透過フィルタ Fを配置している。 このよう にすれば、 受光対象光以外の光をカツ 卜することができる。 但し、 露光装置に用い る場合、 通常は、 受光対象光だけが照射される条件下での使用となるために、 必ず しもフィルタ Fを設ける必要はない。 この図 4の光センサ 2によれば、 波長 1 9 3 n mの A r Fエキシマレーザ光 L 1 が窓板 5及びフィルタ Fを透過し、 M N系半導体受光素子 1 7によつて、感度良く、 検出される。
図 1に戻り、 前記照明光学系 1 2は、 ビーム整形光学系 1 8、 エネルギ粗調器 2 0、 オプティカルインテグレ一タ (ホモジナイザー) としてのフライアイレンズ 2 2、 照明系開口絞り板 2 4、 ビ一ムスプリヅ夕 2 6、 第 1 リレーレンズ 2 8 A、 第 2リレーレンズ 2 8 B、 固定レチクルブラインド 3 0 A、 可動レチクルブラインド 3 0 B、 光路折り曲げ用のミラ一 M及びコンデンサレンズ 3 2等を備えている。 前記ビーム整形光学系 1 8は、 チャンバ 1 1 (正確には照明光学系 1 2の鏡筒又 はそれを収納する筐体の一端面) に設けられた光透過窓 1 3を介して不図示のビ一 ムマッチングュニッ 卜 (又はリレー光学系) に接続されている。 このビーム整形光 学系 1 8は、 光源 1 6でパルス発光されたレーザビーム L Bの断面形状を、 該レー ザビーム L Bの光路後方に設けられたフライアイレンズ 2 2に効率良〈入射するよ うに整形するもので、 例えばシリンダレンズやビームエキスパンダ (いずれも図示 省略) 等で構成される。 前記エネルギ粗調器 2 0は、 ビーム整形光学系 1 8後方のレーザビーム L Bの光 路上に配置され、 ここでは、 回転板 3 4の周囲に透過率 (= 1 —減光率) の異なる 複数個 (例えば 6個) の N Dフィルタ (図 1ではその内の 2個の N Dフィルタ 3 6 A、 3 6 Dが示されている) を配置し、 その回転板 3 4を駆動モータ 3 8で回転す ることにより、 入射するレーザビーム L Bに対する透過率を 1 0 0 %から等比級数 的に複数段階で切り換えることができるようになつている。 駆動モータ 3 8は、 後 述する主制御装置 5 0によって制御される。 なお、 その回転板 3 4と同様の回転板 を 2段配置し、 2組の N Dフィルタの組み合わせによってより細か〈透過率を調整 できるようにしてもよい。 前記フライアイレンズ 2 2は、 エネルギ粗調器 2 0から出たレーザビーム L Bの 光路上に配置され、 レチクル Rを均一な照度分布で照明するために多数の光源像か らなる面光源、 即ち 2次光源を形成する。 この 2次光源から射出されるレーザビー ムを本明細書においては、 「露光光 Iし」 とも呼んでいる。
フライアイレンズ 2 2の射出面の近傍に、 円板状部材から形成された照明系開口 絞り板 2 4が配置されている。 この照明系開口絞り板 2 4には、 等角度間隔で、 例 えば通常の円形開口より成る開口絞り、 小さな円形開口より成りコヒーレンスファ クタである σ値を小さくするための開口絞り、 輪帯照明用の輪帯状の開口絞り、 及 び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り (図 1ではこ のうちの 2種類の開口絞りのみが図示されている) 等が配置されている。 この照明 系開口絞り板 2 4は、 主制御装置 5 0により制御されるモータ等の駆動装置 4 0に より回転されるようになっており、 これによりいずれかの開口絞りが露光光 Iしの 光路上に選択的に設定される。 照明系開口絞り板 2 4から出た露光光 I Lの光路上に、 反射率が小さ〈透過率の 大きなビ一ムスプリッタ 2 6が配置され、 更にこの後方の光路上に、 固定レチクル ブラインド 3 0 Α及び可動レチクルブラインド 3 0 Bを介在させて第 1 リレーレン ズ 2 8 A及び第 2リレーレンズ 2 8 Bから形成されたリレ一光学系が配置されてい o 固定レチクルブラインド 3 0 Aは、 レチクル Rのパターン面に対する共役面から 僅かにデフォーカスした面に配置され、 レチクル R上の照明領域 4 2 Rを規定する 矩形開口が形成されている。 また、 この固定レチクルブラインド 3 0 Aの近傍に走 査方向の位置及び幅が可変の開口部を有する可動レチクルブラインド 3 0 Bが配置 され、 走査露光の開始時及び終了時にその可動レチクルブラインド 3 0 Bを介して 照明領域 4 2 Rを更に制限することによって、 不要な部分の露光が防止されるよう になっている。 また、 本実施形態では、 可動レチクルブラインド 3 0 Bを、 後述す る空間像計測による空間像の検出の際の照明領域の設定にも用いている。 リレ一光学系を構成する第 2リレーレンズ 2 8 B後方の露光光 I Lの光路上には, 当該第 2リレーレンズ 2 8 Bを通過した露光光 I Lをレチクル Rに向けて反射する 折り曲げミラー Mが配置され、 このミラ一 M後方の露光光 I Lの光路上にコンデン
サレンズ 3 2が配置されている。 更に、 照明光学系 1 2内のビ一ムスプリッタ 2 6で垂直に折り曲げられる一方の 光路上、 他方の光路上には、 第 2、 第 3の光センサとしてのインテグレータセンサ 4 6、 反射光モニタ 4 7がそれぞれ配置されている。 これらィンテグレ一タ 4 6、 反射光モニタ 4 7としては、 本実施形態では、 前述した M N系半導体受光素子 1 7 を有する光センサ 2が用いられている。 これらィンテグレ一タセンサ 4 6、 反射光 モニタ 4 7は、 遠紫外域及び真空紫外域で感度が良く、 且つ光源 1 6のパルス発光 を検出するために高い応答周波数を有している。 このようにして構成された照明系 1 2の作用を簡単に説明すると、 光源 1 6から パルス発光されたレーザビーム L Bは、 ビーム整形光学系 1 8に入射して、 ここで 後方のフライアイレンズ 2 2に効率よ〈入射するようにその断面形状が整形された 後、 エネルギ粗調器 2 0に入射する。 そして、 このエネルギ粗調器 2 0のいずれか の N Dフィルタを透過したレーザビーム L Bは、フライアイレンズ 2 2に入射する。 これにより、 フライアイレンズ 2 2の射出側焦点面 (照明光学系 1 2の瞳面) に 2 次光源が形成される。 この 2次光源から射出された露光光 I Lは、 照明系開口絞り 板 2 4上のいずれかの開口絞りを通過した後、 透過率が大き〈反射率が小さなビー ムスプリッタ 2 6に至る。 このビ一ムスプリッタ 2 6を透過した露光光 I Lは、 第 1 リレーレンズ 2 8 Aを経て固定レチクルブラインド 3 0 Aの矩形の開口部及び可 動レチクルブラインド 3 0 Bを通過した後、 第 2リレーレンズ 2 8 Bを通過してミ ラー Mによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ 3 2を経て、 レチクルステージ R S T上に保持されたレチクル R上の矩形の照明領域 4 2 Rを均 一な照度分布で照明する。 ④ Then, a mask is formed on the surface of the n-type GaN layer S2, and a part of the n-type GaAIN layer S2 is etched to expose the p-type GaN layer S1, and the n-type GaN layer On S2 The negative electrode Q2 is formed on the positive electrode Q1 and the p-type GaN layer S1. Here, the materials described above are used as the electrode material. According to the above procedure, a plurality of types of semiconductor light receiving elements 17 having different A1 content ratios of the n-type Ga A 1 N layer S 2 constituting the light receiving section S are manufactured, and the electrodes of each semiconductor light receiving element 17 A DC bias (reverse bias) voltage of several to several tens of volts is applied between Q1 and Q2, and light of various wavelengths is designated as light L to be received, and symbols a and b in FIG. As a result of repeating the experiment for detecting the photocurrent due to the carriers generated in the depletion layer (photodetection layer) indicated by, the following tendency was found. In other words, as the content ratio (a) of A 1 in the n-type G aaAl, — a N (0≤a≤1) layer S2 increases, the shorter the wavelength of A “F excimer laser light or the like becomes 200 nm or less. It is considered that the sensitivity to light with wavelengths is improved because the transmittance of light with short wavelengths less than 200 nm is increased, and the amount of light reaching the depletion layers a and b, which are photodetection layers, is increased. In addition, the MN-based semiconductor light receiving element 17 has excellent resistance to ultraviolet light, and the MN-based semiconductor light receiving element 17 has an ultraviolet light, particularly a wavelength of 193 nm (ArF excimer laser light), F 2 laser beam or the like is more effective to select a receiving target light. such light is to be a light having a strong energy and the PD or the like using conventional S-based semiconductor material connexion is a time Despite many problems such as deterioration, the MN-based semiconductor light-receiving element 17 of the present embodiment uses an MN-based material Because it is a device with good linearity, by using ultraviolet light with such a short wavelength as the light to be received, there is an advantage that the frequency of replacement and the like can be reduced compared to conventional PDs and the like. Note that it is not necessary to limit to the MN-based semiconductor light-receiving element of the type shown in Fig. 3 (A), and for example, even if the Schottky barrier type MN-based semiconductor light-receiving element shown in Fig. 3 (B) is used, In the same manner, sufficient light-receiving sensitivity to short-wavelength light is obtained.The MN-based semiconductor light-receiving element 17 ′ shown in FIG. 3 (B) has a sapphire substrate 1 and a buffer layer 1 a on the substrate 1. N-type MN-based crystal layer S3, i-type GaN crystal A light receiving portion S formed from the layer S 4, a (+) electrode Q 1 provided on the n-type crystal layer S 3 constituting the light receiving portion S, and a transparent electrode provided on the i-type layer S 4 And (1) an electrode Q2. In the case of the MN-based semiconductor light-receiving element 17 ′, a depletion layer is formed at a location indicated by the symbol c. Since the MN-based semiconductor light receiving element 17 ′ is manufactured in the same procedure as that of the MN-based semiconductor light receiving element 17, detailed description is omitted. The i-type GaN crystal layer S4 can be obtained by not doping impurities. In the above description, the light L to be received is irradiated from the side opposite to the sapphire substrate 1, but the sapphire substrate is transparent to ultraviolet and blue light and can transmit light well. The target light L can be irradiated from the substrate 1 side. The above-described MN-based semiconductor light receiving element 17 (or 17 ′) is housed in a package, for example, as shown in FIG. The optical sensor 2 shown in FIG. 4 uses a so-called hermetic seal container. An MN semiconductor light receiving element 17 is mounted on a stem P 1 provided with a terminal 3 and sealed with a cap P 2. It has a stopped structure. The cap P2 is provided with a window 4 for allowing external light to enter the internal MN-based semiconductor light-receiving element 17, similarly to a known light-receiving element package. Inside the window 4, a window plate 5 made of fluorite or synthetic quartz and transmitting the light to be received is mounted. On the inner surface of the window plate 5, light having a wavelength shorter than 350 nm is mounted. A short-wavelength transmission filter F that transmits only light is disposed. In this way, light other than the light to be received can be cut. However, when used in an exposure apparatus, it is not always necessary to provide the filter F, since it is usually used under conditions where only the light to be received is irradiated. According to the optical sensor 2 shown in FIG. 4, the ArF excimer laser beam L1 having a wavelength of 193 nm passes through the window plate 5 and the filter F, and is highly sensitive by the MN-based semiconductor light receiving element 17. Is detected. Returning to FIG. 1, the illumination optical system 12 includes a beam shaping optical system 18, an energy rough adjuster 20, a fly-eye lens 22 as an optical integrator (homogenizer), an illumination system aperture stop plate 24, Beam splitter 26, 1st relay lens 28A, 2nd relay lens 28B, fixed reticle blind 30A, movable reticle blind 30B, mirror M for bending optical path, condenser lens 32, etc. It has. The beam shaping optical system 18 is not shown via a light transmission window 13 provided in a chamber 11 (more precisely, a lens barrel of the illumination optical system 12 or one end surface of a housing for housing the same). Connected to the beam matching unit (or relay optical system). The beam shaping optical system 18 converts the cross-sectional shape of the laser beam LB pulsed by the light source 16 so that it efficiently enters the fly-eye lens 22 provided behind the optical path of the laser beam LB. It is shaped by a cylinder lens or beam expander (both not shown). The energy rough adjuster 20 is disposed on the optical path of the laser beam LB behind the beam shaping optical system 18, and here, a plurality of light sources having different transmittances (= 1—dimming rates) around the rotating plate 34. ND filters (for example, 6 ND filters) (two ND filters 36 A and 36 D are shown in FIG. 1) are arranged, and the rotating plate 34 is rotated by the drive motor 38. By doing so, the transmittance for the incident laser beam LB can be switched from 100% in a geometric progression in a plurality of steps. The drive motor 38 is controlled by a main controller 50 described later. It is to be noted that a rotary plate similar to the rotary plate 34 may be arranged in two stages, and finer <transmittance may be adjusted by a combination of two sets of ND filters. The fly-eye lens 22 is arranged on the optical path of the laser beam LB emitted from the energy coarse adjuster 20 and is a surface light source composed of a large number of light source images for illuminating the reticle R with a uniform illuminance distribution. Form a secondary light source. The laser beam emitted from the secondary light source is also referred to as “exposure light I” in this specification. An illumination system aperture stop plate 24 formed of a disc-shaped member is arranged near the exit surface of the fly-eye lens 22. The illumination system aperture stop plate 24 includes, at equal angular intervals, for example, an aperture stop formed of a normal circular aperture, an aperture stop formed of a small circular aperture, and a coherence factor for reducing the σ value, and annular illumination. Aperture stop for zonal use, and a modified aperture stop with multiple apertures eccentrically arranged for the modified light source method (only two of these types are shown in FIG. 1), etc. Is arranged. The illumination system aperture stop plate 24 is configured to be rotated by a drive device 40 such as a motor controlled by a main control device 50, so that one of the aperture stops is exposed to the exposure light I. It is selectively set on the optical path. On the optical path of the exposure light IL emitted from the illumination system aperture stop plate 24, a beam splitter 26 having a small reflectance <a large transmittance is arranged, and further on the optical path behind the fixed reticle blind 30 An optical system formed of the first relay lens 28A and the second relay lens 28B with the Α and movable reticle blind 30B interposed is arranged.o The fixed reticle blind 30A is a reticle R A rectangular opening which is arranged on a plane slightly defocused from a conjugate plane with respect to the pattern plane and defines an illumination area 42 R on the reticle R is formed. A movable reticle blind 30B having an opening whose position and width in the scanning direction are variable is arranged near the fixed reticle blind 30A, and the movable reticle blind 30B is provided at the start and end of scanning exposure. By further limiting the illuminated area 42R via B, unnecessary portions of the exposure are prevented. In the present embodiment, the movable reticle blind 30B is also used for setting an illumination area when detecting an aerial image by aerial image measurement described later. On the optical path of the exposure light IL behind the second relay lens 28 B constituting the relay optical system, there is a bending mirror M that reflects the exposure light IL passing through the second relay lens 28 B toward the reticle R. Is placed on the optical path of the exposure light IL behind this mirror. Salenth 32 is arranged. Further, on one of the optical paths that are vertically bent by the beam splitter 26 in the illumination optical system 12 and on the other optical path, there are integrator sensors 46 as second and third optical sensors, and a reflected light monitor. 4 7 are arranged respectively. In the present embodiment, the optical sensor 2 having the above-described MN-based semiconductor light receiving element 17 is used as the integrator 46 and the reflected light monitor 47. The integer sensor 46 and the reflected light monitor 47 have high sensitivity in the far ultraviolet region and the vacuum ultraviolet region, and have a high response frequency for detecting the pulse light emission of the light source 16. The operation of the illumination system 12 configured as described above will be briefly described. The laser beam LB pulsed from the light source 16 is incident on the beam shaping optical system 18 where the rear fly-eye lens 22. <Effectively, the cross-sectional shape is shaped so as to make it incident, and then it enters the energy rough adjuster 20. Then, the laser beam LB transmitted through any one of the ND filters of the energy rough adjuster 20 enters the fly-eye lens 22. As a result, a secondary light source is formed on the exit-side focal plane of the fly-eye lens 22 (the pupil plane of the illumination optical system 12). The exposure light IL emitted from the secondary light source passes through one of the aperture stops on the illumination system aperture stop plate 24 and then reaches a beam splitter 26 having a large transmittance <a small reflectance. The exposure light IL transmitted through the beam splitter 26 passes through the rectangular opening of the fixed reticle blind 30 A and the movable reticle blind 30 B through the first relay lens 28 A, and then passes through the second After the optical path is bent vertically downward by the mirror M after passing through the relay lens 28 B, the rectangular illumination area 4 2 R on the reticle R held on the reticle stage RST is passed through the condenser lens 32. Illuminate with a uniform illuminance distribution.
—方、 ビームスプリッタ 2 6で反射された露光光 I Lは、 集光レンズ 4 4を介し てィンテグレ一タセンサ 4 6で受光され、 インテグレ一夕センサ 4 6の光電変換信 号が、 不図示のピークホール ド回路及び A / D変換器を介して出力 D S (digit/pulse)として主制御装置 5 0に供給される。 このィンテグレ一タセンサ 4
6の出力 D Sと、 ウェハ Wの表面上での露光光 I Lの照度 (露光量) との相関係数 は、 後述するようにして予め求められ、 主制御装置 5 0に併設されたメモリ 5 1内 に記憶されている。 また、 レチクル R上の照明領域 4 2 Rを照明しそのレチクルのパターン面 (図 1 における下面) で反射された反射光束は、 コンデンサレンズ 3 2、 リレー光学系を 前と逆向きに通過し、 ビームスプリッタ 2 6で反射され、 集光レンズ 4 8を介して 反射光モニタ 4 7で受光される。 また、 Zチル卜ステージ 5 8が投影光学系 Pしの 下方にある場合には、 レチクルのパターン面を透過した露光光 I Lは、 投影光学系 P L及びウェハ Wの表面 (あるいは後述する基準マーク板 F M表面) で反射され、 その反射光束は、 投影光学系 Pし、 レチクル R、 コンデンサレンズ 3 2、 リレー光 学系を前と逆向きに順次通過し、 ビ一ムスプリッ夕 2 6で反射され、 集光レンズ 4 8を介して反射光モニタ 4 7で受光される。 また、 ビ一ムスプリッタ 2 6とウェハ Wとの間に配置される各光学素子はその表面に反射防止膜が形成されているものの、 その表面で露光光 I Lがわずかに反射され、 これら反射光も反射光モニタ 4 7で受 光される。 この反射光モニタ 4 7の光電変換信号が、 不図示のピークホールド回路 及び A / D変換器を介して主制御装置 5 0に供給される。 反射光モニタ 4 7は、 本 実施形態では、 主としてウェハ Wの反射率の測定等に用いられる。 これについては 後述する。 なお、 この反射光モニタ 4 7を、 レチクル Rの透過率の事前測定の際に 用いても良い。 前記レチクルステージ R S T上にレチクル Rが載置され、 不図示のバキュームチ ャック等を介して吸着保持されている。 レチクルステージ R S Tは、 水平面 (X Y 平面) 内で微小駆動可能であるとともに、 レチクルステージ駆動部 4 9によって走 査方向 (ここでは図 1の紙面左右方向である Y方向とする) に所定ストローク範囲 で走査されるようになっている。 この走査中のレチクルステージ R S Tの位置及び 回転量は、 レチクルステージ R S T上に固定された移動鏡 5 2 Rを介して外部のレ 一ザ干渉計 5 4 Rによつて計測され、 このレ一ザ干渉計 5 4 Rの計測値が主制御装 置 5 0に供給されるようになっている。
なお、 レチクル Rに用いる材質は、使用する光源によって使い分ける必要がある。 すなわち、 K r Fエキシマレ一ザ光源や A r Fエキシマレ一ザ光源を光源とする場 合は、 合成石英を用いることができるが、 F 2レーザ光源を用いる場合は、 ホタル 石、 フッ素がド一プされた合成石英、 あるいは水晶などで形成する必要がある。 前記投影光学系 P Lは、 例えば両側テレセントリックな縮小系であり、 共通の Z 軸方向の光軸を有する複数枚のレンズエレメン卜 7 0 a、 7 0 b、 ……から構成さ れている。 また、 この投影光学系 P Lとしては、 投影倍率 3が例えば 1 / 4、 1 / 5、 1 / 6などのものが使用されている。 このため、 前記の如く して、 露光光 I L によりレチクル R上の照明領域 4 2 Rが照明されると、 そのレチクル Rに形成され たバターンが投影光学系 P Lによつて投影倍率 3で縮小された像が表面にレジス卜 (感光剤) が塗布されたウェハ W上のスリツ ト状の露光領域 4 2 Wに投影され転写 される。 本実施形態では、 上記のレンズエレメントのうち、 複数のレンズエレメン卜がそ れぞれ独立に移動可能となっている。 例えば、 レチクルステージ R S Tに最も近い —番上のレンズエレメント 7 0 aは、 リング状の支持部材 7 2により保持され、 こ の支持部材 7 2は、 伸縮可能な駆動素子、 例えばピエゾ素子 7 4 a, 7 4 b , 7 4 c (紙面奥側の駆動素子 7 4 cは図示せず) によって、 3点支持されるとともに鏡 筒部 7 6と連結されている。 上記の駆動素子 7 4 a, 7 4 b , 7 4 cによって、 レ ンズエレメン卜 7 0 aの周辺 3点を独立に、 投影光学系 P Lの光軸 A X方向に移動 させることができるようになつている。 すなわち、 レンズエレメン卜 7 0 aを駆動 素子 7 4 a, 7 4 b , 7 4 cの変位量に応じて光軸 A Xに沿って平行移動させるこ とができるとともに、 光軸 A Xと垂直な平面に対して任意に傾斜させることもでき る。 そして、 これらの駆動素子 7 4 a, 7 4 b , 7 4 cに与えられる電圧が、 主制 御装置 5 0からの指令に基づいて結像特性補正コントローラ 7 8によって制御され, これによつて駆動素子 7 4 a, 7 4 b , 7 4 cの変位量が制御されるようになって いる。 なお、 図 1中、 投影光学系 P Lの光軸 A Xとは鏡筒部 7 6に固定されている
レンズエレメン卜 7 0 bその他のレンズエレメン卜 (図示省略) の光軸を指す。 また、 本実施形態では、 予め実験によりレンズエレメン卜 7 0 aの上下量と倍率 (又はディストーション) の変化量との関係を求めておき、 これを主制御装置 5 0 内部のメモリに記憶しておき、 補正時に主制御装置 5 0が補正する倍率 (又はディ スト一シヨン) からレンズエレメン卜 7 0 aの上下量を計算し、 結像特性補正コン 卜ローラ 4 8に指示を与えて駆動素子 7 4 a, 7 4 b , 7 4 cを駆動することによ り倍率 (又はデイストーシヨン) 補正を行うようになっている。 なお、 前記レンズ エレメント 7 0 aの上下量と倍率等の変化量との関係は光学的な計算値を用いても よく、 この場合は前記レンズエレメン卜 7 0 aの上下量と倍率変化量との関係を求 める実験の工程が省けることになる。 前記の如く、 レチクル Rに最も近いレンズエレメン卜 7 0 aが移動可能となって いるが、 このエレメント 7 0 aは倍率、 ディストーション特性に与える影響が他の レンズエレメン卜に比べて大きく制御しやすいものの 1つを選択したものであって、 同様の条件を満たすものであれば、 このレンズエレメン卜 7 0 aに代えてどのレン ズエレメントをレンズ間隔調整のために移動可能に構成しても良い。 なお、 レンズ エレメント 7 0 a以外の少なくとも 1つのレンズエレメン卜を移動して他の光学特 性、 例えば像面湾曲、 非点収差、 コマ収差、 又は球面収差などを調整できるように なっている。 この他、 投影光学系 P Lの光軸方向中央部近傍の特定のレンズエレメ ン卜相互間に密封室を設け、 この密封室内の気体の圧力を例えばべローズポンプ等 の圧力調整機構により調整することにより、 投影光学系 P Lの倍率を調整する結像 特性補正機構を設けても良く、 あるいは、 例えば、 投影光学系 P Lを構成する一部 のレンズエレメン卜として非球面状レンズを用い、 これを回転させるようにしても 良い。 この場合には、 いわゆるひし形ディストーションの補正が可能になる。 ある し、は、 投影光学系 P L内に平行平面板を設け、 これをチル卜させたり、 回転させた りするような機構により結像特性補正機構を構成しても良い。 なお、 露光光 Iしとして K r Fエキシマレ一ザ光や A r Fエキシマレ一ザ光を用
いる場合には、 投影光学系 P Lを構成する各レンズエレメント (及び上記平行平面 板) としては合成石英ゃホタル石等を用いることができるが、 F 2レーザ光を用い る場合には、 この投影光学系 P Lに使用されるレンズ等の材質は、 全てホタル石が 用いられる。 前記 X Yステージ 1 4は、 ウェハステージ駆動部 5 6によって走査方向である Y 方向及びこれに直交する X方向 (図 1 における紙面直交方向) に 2次元駆動される ようになつている。 この X Yステージ 1 4上に搭載された Zチル卜ステ一ジ 5 8上 にウェハホルダ 6 1 (図 1では図示省略、 図 5参照) を介してウェハ Wが真空吸着 等により保持されている。 Zチルトステージ 5 8は、 例えば 3つのァクチユエ一夕 (ピエゾ素子又はボイスコイルモータなど) によってウェハ Wの Z方向の位置 (フ オーカス位置) を調整すると共に、 X Y平面に対するウェハ Wの傾斜角を調整する 機能を有する。 また、 X Yステージ 1 4の位置は、 Zチルトステージ 5 8上に固定 された移動鏡 5 2 Wを介して外部のレーザ干渉計 5 4 Wにより計測され、 このレー ザ干渉計 5 4 Wの計測値が主制御装置 5 0に供給されるようになつている。 ここで、 移動鏡は、 実際には、 図 5に示されるように、 X軸に垂直な反射面を有 する X移動鏡 5 4 W Xと Y軸に垂直な反射面を有する Y移動鏡 5 4 W yとが存在し , これに対応してレーザ干渉計も X軸位置計測用、 Y軸位置計測用、 及び回転計測用 (ョ一イング量、 ピッチング量、 ローリング量を含む) のものがそれぞれ設けられ ているが、 図 1では、 これらが代表的に、 移動鏡 5 2 W、 レーザ干渉計 5 4 Wとし て示されている。 また、 Zチル卜ステージ 5 8上には、 ウェハ Wの近傍に、 ウェハ Wの露光面と同 じ高さの受光面を有し、 投影光学系 P Lを通過した露光光 I Lの光量を検出するた めの照射量センサ 5 9が配置されている。 本実施形態では、 この照射量センサとし て、 照射量モニタ、 照度ムラセンサ、 及び空間像計測器の 3種類が設けられている が、 図 1においてはこれらが照射量センサ 5 9として代表的に示されている。
図 5には、 Zチル卜ステージ 5 8の平面図が概略的に示されている。 この図 5に 示されるように、 Zチル卜ステージ 5 8の 4つのコーナ一の内、 + Y方向端部かつ 一 X方向端部の第 1 コーナ一には、 照射量モニタ 5 9 Aと、 ムラセンサ 5 9 Bとが Y方向に並んで配置されている。 また、 Zチル卜ステージ 5 8の + Y方向端部かつ + X方向端部の第 2コーナ一には、 空間像計測器 5 9 Cが配置されている。 この内、 照射量モニタ 5 9 Aは、 露光領域 4 2 Wより一回り大きな X方向に延び る平面視長方形のハウジングを有し、 このハウジングの中央部に露光領域 4 2 Wと ほぼ同じ形状のスリッ ト状の開口 5 9 dが形成されている。 この開口 5 9 dは、 実 際にはハウジングの天井面を形成する合成石英等から形成された受光ガラスの上面 に形成された遮光膜の一部が取り除かれて形成されている。 この照射量モニタ 5 9 Aは、 露光領域 4 2 Wに照射される露光光 I Lの強度測定に用いられる。 また、 ムラセンサ 5 9 Bは、 平面視ほぽ正方形のハウジングを有し、 このハウジ ングの中央部にピンホール状の開口 5 9 eが形成されている。 この開口 5 9 eは、 実際にはハウジングの天井面を形成する合成石英等から形成された受光ガラスの上 面に形成された遮光膜の一部が取り除かれて形成されている。 Zチル卜ステージ 5 8を X Yステージ 1 4を介して X Y 2次元方向に駆動することにより、 露光領域 4 2 W内の照度ムラ、 すなわち露光領域 4 2 W内の各点における露光光 I Lの強度の 分布を計測するために用いられる。 また、 本実施形態では、 このムラセンサ 5 9 B は、 後述するように、 投影光学系 P Lの透過率測定にも用いられる。 また、 空間像計測器 5 9 Cは、 平面視ほぽ正方形のハウジングを有し、 ハウジン グの天井面を形成する合成石英等から形成された受光ガラスの上面に形成された反 射膜の一部には、 矩形の開口 5 9 f が形成されている。 空間像計測器 5 9 Cは、 投 影光学系 P Lの結像特性の計測に用いられる。この結像特性の計測方法については、 後述する。 次に、上記 3つの照射量センサの内、空間像計測器 5 9 Cを代表的に採り上げて、
照射量センサの構成を説明する。 図 6 ( A ) には、 この空間像計測器 5 9 Cを含む 図 1の Zチルトステージ 5 8近傍部分が拡大して示されている。 図 6 ( A ) におい て、 Zチル卜ステージ 5 8の一端部上面には、 上部が開口した突設部 5 8 aが設け られており、 この突設部 5 8 aの開口を塞ぐ状態で受光ガラス 8 2が嵌め込まれて いる。 この受光ガラス 8 2の上面には、 遮光膜を兼ねる反射膜 8 3が形成されてお り、 この反射膜の一部に図 6 ( B ) の拡大平面図に示されるようなほぼ正方形の開 口 (開口パターン) 5 9 f が形成されている。 図 6 ( B ) において、 斜線部 (影線 部) は反射膜から形成された反射面を示す。 反射面は、 本実施形態では後述するフ オーカスセンサのキヤリブレーションの際の基準反射面の役割をも有する。 開口 5 9 f下方の Zチル卜ステージ 5 8内部には、 図 6 ( A )に示されるように、 レンズ 8 4、 8 6から形成されたリレ一光学系と、 このりレ一光学系 ( 8 4、 8 6 ) によって所定光路長分だけリレーされる照明光束 (像光束) の光路を折り曲げる折 り曲げミラ— 8 8とから形成された受光光学系と、 前述した M N系半導体受光素子 1 7を有する光センサ 2が配置されている。 この空間像計測器 5 9 Cによれば、 後述するレチクル Rに形成された計測パター ンの投影光学系 P Lを介しての投影像の検出の際には、 投影光学系 P Lを透過して きた露光光 I Lが受光ガラス 8 2を照明し、 受光ガラス 8 2上の開口 5 9 f を透過 した露光光 I Lが上記受光光学系を通って光センサ 2を構成する M N系半導体受光 素子 1 7に到達し、 M N系半導体受光素子 1 7では光電変換を行い受光量に応じた 光量信号 Pを主制御装置 5 0に出力する。 なお、光センサ 2は、必ずしも Zチル卜ステージ 5 8の内部に設ける必要はなく、 Zチルトステージ 5 8の外部に光センサ 2を配置し、 リレー光学系でリレーされた 照明光束を光ファィバ等を介してその光センサ 2に導〈ようにしても良いことは勿 δ冊 ¾)る ο 照射量モニタ 5 9 Α、 ムラセンサ 5 9 Βの構成も開口 (開口パターン) の形状を
除き、上記空間像計測器 5 9 Cと同様になつており、これらの照射量モニタ 5 9 A、 ムラセンサ 5 9 Bを構成する前述した M N系半導体受光素子 1 7の受光量に応じた 光量信号が主制御装置に供給されるようになつている。 図 1 に戻り、 Zチル卜ステージ 5 8上には、 後述するレチクルァライメン卜等を 行う際に使用される基準マーク板 F Mが設けられている。この基準マーク板 F Mは、 その表面がウェハ Wの表面とほぼ同一の高さとされ、 実際には、 図 5の平面図に示 されるように、 Zチル卜ステージ 5 8上の一 X方向端部かつ— Y方向端部の第 3コ ーナ一部に配置されている。 この基準マーク板 F Mの表面には、 レチクルァライメ ント用基準マーク、 ベースライン計測用基準マーク等の基準マークが形成されてい る (これについては後述する) 。 また、 図 1では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、 この露光 装置 1 0は、 上記レチクルァライメン卜を行うためのレチクルァライメン卜系を備 えている。 ここで、 図 7及び図 8を参照して、 レチクルァライメン卜系 1 0 0、 レ チクル Rに形成されたァライメントマーク (レチクルマーク) 、 及び対応する基準 マークの構成、 並びにそれらを用いたレチクル Rのァライメン卜動作の一例につい て説明する。 図 7は、 図 1のコンデンサレンズ 3 2、 レチクル R、 投影光学系 Pし、 Zチル卜 ステージ 5 8及び X Yステージ 1 4等を + Y方向に見た概略側面図である。 但し、 レチクルステージ R S Tは、 図示が省略されている。 この図 7において、 レチクル Rのパターン面のパターン領域を X方向に挟むよう に、 それぞれ例えば十字型の 2次元マークよりなる 4対のレチクルマークが形成さ れている。 そして、 Zチル卜ステージ 5 8上の基準マーク板 F Mの表面には、 それ ら 4対のレチクルマークを投影倍率で縮小した配列で 4対の基準マークが形成され ている。
図 8には、 図 7中の基準マーク板 FM、 及びレチクル Rの投影像 R Pの一部を重 ねた状態を示す拡大平面図が示されている。 この図 8において、 基準マーク板 FM 上には丫方向に所定間隔で第 1の 1対の基準マーク 1 1 4 A, 1 1 4 E、 第 2の 1 対の基準マーク 1 1 4 B, 1 1 4 F、第 3の 1対の基準マ一ク 1 1 4C, 1 1 4G、 及び第 4の 1対の基準マーク 1 1 4 D, 1 1 4 Hが形成されている。 また、 図 8に おいて、 レチクル Rの投影像 R Pの中央部にパターン領域の像 P A Pが投影され、 この像 P A Pの両側に Y方向に所定間隔で第 1の 1対のレチクルマーク像 1 1 3 A P, 1 1 3 E P、 第 2の 1対のレチクルマーク像 1 1 3 B P, 1 1 3 F P、 第 3の 1対のレチクルマーク像 1 1 3 C P, 1 1 3 G P、 及び第 4の 1対のレチクルマ一 ク像 1 1 3 D P, 1 1 3 H Pが投影されている。 なお、 この図 8では、 説明を簡単 にするために、 上記のようにしているが、 本実施形態のような走査型露光装置の場 合、 実際に、 全てのレチクルマーク像が同時に投影されたり、 パターン領域の全体 がー括投影されるものではないことは勿論である。 図 7では、 図 8の 1対の基準マ ーク 1 1 4 D, 1 1 4 H、 及びレチクルマーク像 1 1 3 D P , 1 1 3 H Pに対応す るレチクルマーク 1 1 3 D, 1 1 3 Hが現れている。 レチクル Rのァライメン卜を行う場合には、 まず主制御装置 50によりレチクル ステ一ジ駆動部 49、 ウェハステ一ジ駆動部 56を介してレチクルステージ R S T 及び X Yステージ 1 4が駆動され、 図 8に示されるように、 矩形の露光領域 42 W 内に基準マーク板 FM上の基準マーク 1 1 4 D, 1 1 4 Hが設定され、 基準マーク 1 1 4 D, 1 1 4 Hにレチクルマーク像 1 1 3 D P , 1 1 3 H Pがほぼ重なるよう にレチクル Rと Zチル卜ステージ 58との相対位置が設定される。 この状態で、 図 7に示されるように、コンデンサレンズ 32からレチクル Rに向かう照明光 I L R , I L Lの光路にレチクルァライメン卜系 1 00の 1対のハーフプリズム 1 01 R, 1 01 Lが不図示の駆動装置により挿入される。 なお、 通常の露光時にはハーフプ リズム 1 01 R, 1 01 Lは、 光路外に退避している。 そして、 コンデンサレンズ 32を透過した一方の照明光 I L Rは、 ハーフプリズ 厶 1 01 Rを透過してレチクル R上のレチクルマーク 1 1 3 Hに照射され、 レチク
ルマーク 1 1 3 Hで反射された照明光は、 ハーフプリズム 1 0 1 Rに戻る。 また、 レチクルマーク 1 1 3 Hの周囲を透過した照明光 I L Rは、 投影光学系 P Lを介し て基準マーク板 F M上の基準マーク 1 1 4 Hを照明し、 基準マーク 1 1 4 Hからの 反射光は、投影光学系 P L、及びレチクル Rを経てハーフプリズム 1 0 1 Rに戻る。 レチクルマーク 1 1 3 H及び基準マーク 1 1 4 Hからの反射光は、 ハーフプリズム 1 0 1 Rで反射された後、 リレーレンズ 1 0 2 R及び 1 0 3 Rを介して 2次元の撮 像素子 1 0 4 Rの撮像面に、 レチクルマーク 1 1 3 H及び基準マ一ク 1 1 4 Hの像 を形成する。 撮像素子 1 0 4 Rの撮像信号は主制御装置 5 0に供給され、 主制御装 置 5 0では、 その撮像信号を処理して基準マーク 1 1 4 Hに対するレチクルマーク 1 1 3 Hの投影像の X方向、 Y方向への位置ずれ量を算出する。 同様に、 コンデン サレンズ 3 2を透過した他方の照明光 I L Lが入射するハーフプリズム 1 0 1 L側 にも、 リレーレンズ 1 0 2 L , 1 0 3 L、 及び撮像素子 1 0 4 Lが設けられ、 撮像 素子 1 0 4 Lの撮像信号も主制御装置 5 0に供給され、 主制御装置 5 0ではその撮 像信号より基準マーク 1 1 4 Dに対するレチクルマーク 1 1 3 Dの投影像の X方向, Y方向への位置ずれ量を算出する。 本実施形態では、 上記撮像素子 1 0 4 R、 撮像素子 1 0 4 Lとして、 多数の前述 した M N系半導体受光素子 1 7から形成された受光部を備えた 2次元撮像素子が用 いられている。 図 9には、撮像素子 1 0 4 Rの構成の一例が示されている。撮像素子 1 0 4 Rは、 図 9に示されるように、 紙面左右方向を行方向 (水平方向) とし、 紙面上下方向を 列方向 (垂直方向) としてマトリクス状に配列された、 上述の M N系半導体受光素 子 1 7と、 M N系半導体受光素子 1 7毎に設けられたスイッチ素子 3 0 1 と、 列方 向に並べられた M N系半導体受光素子 1 7に共通して設けられた垂直信号線 3 0 3 と、 各垂直信号線 3 0 3ごとに設けられたスィッチ素子 3 0 5と、 全ての M N系半 導体受光素子 1 7に共通して設けられ、 画像信号出力端子 3 1 3に接続された画像 信号出力線 3 0 7とを備えている。 ここで、 行方向に並べられた M N系半導体受光 素子 1 7に対応するスィッチ素子 3 0 1は同時に開閉するように、 スィッチ素子 3
0 1に関する配線がなされている。 なお、 図 9においては、 M N系半導体受光素子 1 7がダイ才一ド記号で表され、 スィツチ素子 3 0 1 , 3 0 5が F E T記号で表さ れている。 また、 図 9では、 M N系半導体受光素子 1 7を 5行 5列のマトリクス状 に配列した例が示されているが、 M N系半導体受光素子 1 7の配列は任意であり、 所望の撮像分解能及び撮像範囲に応じて配列の形態を定めることができる。 また、 撮像素子 1 0 4 Rは、 スィッチ素子 3 0 1の開閉を制御する垂直シフ卜レジスタ 3 0 9と、 スィツチ素子 3 0 5の開閉を制御する水平シフ卜レジスタ 3 1 1 とを更に VSえている。 撮像素子 1 0 4 Rでは、 垂直シフ卜レジスタ 3 0 9が、 供給された垂直クロック 信号に同期して、 第 1行から順に選択し、 選択された行に対応するスィッチ素子 3 0 1を閉成状態 (O N ) とすることにより、 各行に並べられた各 M N系半導体受光 素子 1 7の信号出力端子を、 各 M N系半導体受光素子 1 7に対応する垂直信号線 3 0 3に接続する。 そして、 垂直シフ卜レジスタ 3 0 9によって 1つの行が選択され るごとに、水平シフ卜レジスタ 3 1 1 が、供給された水平クロック信号に同期して、 第 1列から最終列までを順に選択し、 選択された列に対応するスィツチ素子 3 0 5 を閉成状態として、 選択された行に並べられた各 M N系半導体受光素子 1 7の信号 出力端子を順に画像信号出力線に接続する。 このようにして、 各 M N系半導体受光素子 1 7の信号出力端子が、 画像信号出力 端子 3 1 3に順次接続されることにより、 各 M N系半導体受光素子 1 7で光電変換 され、 蓄積された信号電荷が、 C C D素子を用いて得られる信号と同様のタイミン グで、 画像信号出力端子 3 1 3を介して、 例えば外部に設けられた低雑音アンプに 導かれる。 なお、 図 9では、 通常の画像信号と同様の出力信号が得られる例を説明したが、 各 M N系半導体受光素子 1 7の信号電荷をランダムアクセスする方式を採用して、 撮像素子 1 0 4 Rを構成することは勿論可能である。
前記撮像素子 1 04 Lは、 上述した撮像素子 1 04 Rと同様に構成されている。 本実施形態では、 ハーフプリズム 1 01 R, 1 0 1 Ls リレーレンズ 1 0 2 R, 1 03 R、 リレーレンズ 1 02 L , 1 03 L、 及び撮像素子 1 04 R, 1 04 Lよ りマスクァライメン卜系としてのレチクルァライメン卜系 1 00が構成されている c また、 本実施形態のレチクルァライメン卜には、 レチクルを交換する際、 又はレ チクルが照明光の照射による熱変形等により位置ずれを起こした場合に高精度に位 置ずれ量を計測するための 「ファインモード」 と、 ウェハ交換時、 又はウェハ交換 前後でレチクルの位置を確認するための 「クイックモード」 とが用意されている。 クイックモードでのァライメン卜を 「インタ一バルァライメン卜」 とも呼ぶ。 前者のフアインモ一ドでは、 図 7の状態で 1対のレチクルマーク 1 1 3 D , 1 1 3 Hの像の位置ずれ量が計測された後、 主制御装置 50では、 レチクルステージ駆 動部 49、 ウェハステージ駆動部 56をそれぞれ介して基準マーク板 FMとレチク ル Rとを投影倍率比で Y方向に同期して移動することによって、 順次図 8の他の 3 対の基準マーク 1 1 4 C, 1 1 4 G〜1 1 4 A, 1 1 4 Eに対するレチクルマーク 像 1 1 3 C P, 1 1 3 G P~1 1 3 A P, 1 1 3 E Pの位置ずれ量を計測する。 そ して、 主制御装置 50では、 これら 4対のレチクルマークの位置ずれ量から、 基準 マーク板 FMひいては Zチル卜ステージ 58に対するレチクル Rの投影像の位置ず れ量のオフセッ ト、 回転角、 ディストーション、 及び走査方向の角度ずれ等を算出 し、 その位置ずれ量が最小になるように走査露光時のレチクル Rの位置を補正し、 そのディストーションが最小になるように前述した結像特性補正コン卜ローラ 78 を介して投影光学系 P Lの結像特性を補正すると共に、 走査露光時のレチクル Rの 走査方向を補正する。 On the other hand, the exposure light IL reflected by the beam splitter 26 is received by the integrator sensor 46 via the condenser lens 44, and the photoelectric conversion signal of the integrator overnight sensor 46 becomes a peak (not shown). It is supplied to main controller 50 as output DS (digit / pulse) via hold circuit and A / D converter. This integer sensor 4 The correlation coefficient between the output DS of FIG. 6 and the illuminance (exposure amount) of the exposure light IL on the surface of the wafer W is obtained in advance as described later, and is stored in the memory 51 attached to the main controller 50. Is stored within. In addition, the reflected light flux that illuminates the illumination area 42 R on the reticle R and is reflected by the pattern surface of the reticle (the lower surface in FIG. 1) passes through the condenser lens 32 and the relay optical system in the opposite direction, and The light is reflected by the beam splitter 26 and received by the reflected light monitor 47 via the condenser lens 48. When the Z tilt stage 58 is located below the projection optical system P, the exposure light IL transmitted through the pattern surface of the reticle is applied to the projection optical system PL and the surface of the wafer W (or a reference mark plate described later). The reflected light flux passes through the projection optical system P, passes through the reticle R, the condenser lens 32, and the relay optical system in the opposite direction, and is reflected by the beam splitter 26. The reflected light is received by the reflected light monitor 47 via the condenser lens 48. Each optical element disposed between the beam splitter 26 and the wafer W has an anti-reflection film formed on the surface thereof, but the exposure light IL is slightly reflected on the surface. Is also received by the reflected light monitor 47. The photoelectric conversion signal of the reflected light monitor 47 is supplied to the main controller 50 via a peak hold circuit (not shown) and an A / D converter. In the present embodiment, the reflected light monitor 47 is mainly used for measuring the reflectance of the wafer W and the like. This will be described later. The reflected light monitor 47 may be used for pre-measurement of the transmittance of the reticle R. A reticle R is placed on the reticle stage RST, and is held by suction via a vacuum chuck (not shown). The reticle stage RST can be finely driven in a horizontal plane (XY plane), and can be moved within a predetermined stroke range in the scanning direction (here, the Y direction, which is the horizontal direction in FIG. 1) by the reticle stage drive unit 49. It is to be scanned. The position and the rotation amount of the reticle stage RST during this scanning are measured by an external laser interferometer 54 R via a movable mirror 52 R fixed on the reticle stage RST, and this laser The measurement value of the interferometer 54 R is supplied to the main control device 50. The material used for the reticle R needs to be properly used depending on the light source used. That is, if the K r F excimer one laser light source and A r F excimer one laser light source as a light source, can be used synthetic quartz, the case of using F 2 laser light source, fluorite, fluorine de one It must be made of synthetic quartz, quartz, etc. The projection optical system PL is, for example, a two-sided telecentric reduction system, and includes a plurality of lens elements 70a, 70b,... Having a common optical axis in the Z-axis direction. As the projection optical system PL, one having a projection magnification of, for example, 1/4, 1/5, 1/6, or the like is used. Therefore, as described above, when the illumination area 42 R on the reticle R is illuminated by the exposure light IL, the pattern formed on the reticle R is reduced by the projection optical system PL at a projection magnification of 3. The image is projected and transferred to a slit-like exposure area 42 W on the wafer W having a surface coated with a resist (photosensitive agent). In the present embodiment, among the above lens elements, a plurality of lens elements can be independently moved. For example, the lens element 70 a closest to the reticle stage RST is held by a ring-shaped support member 72, which is a telescopic drive element such as a piezo element 74 a , 74 b, 74 c (the drive element 74 c on the far side of the drawing is not shown), and is supported at three points and connected to the lens barrel 76. The driving elements 74a, 74b, and 74c allow the three points around the lens element 70a to be independently moved in the optical axis AX direction of the projection optical system PL. I have. That is, the lens element 70a can be translated along the optical axis AX in accordance with the displacement of the driving elements 74a, 74b, and 74c, and a plane perpendicular to the optical axis AX can be obtained. It can also be arbitrarily inclined with respect to. The voltage applied to these drive elements 74a, 74b, and 74c is controlled by the imaging characteristic correction controller 78 based on a command from the main control device 50, whereby The displacement amounts of the driving elements 74a, 74b, and 74c are controlled. In FIG. 1, the optical axis AX of the projection optical system PL is fixed to the lens barrel 76. Lens element 70 b Refers to the optical axis of other lens elements (not shown). Further, in the present embodiment, the relationship between the vertical amount of the lens element 70a and the change amount of the magnification (or distortion) is obtained in advance by an experiment, and this is stored in a memory inside the main controller 50. The vertical amount of the lens element 70a is calculated from the magnification (or distance) corrected by the main controller 50 at the time of correction, and an instruction is given to the imaging characteristic correction controller 48 to drive the drive element. By driving 74a, 74b, and 74c, magnification (or distortion) correction is performed. The relationship between the vertical amount of the lens element 70a and the amount of change in magnification or the like may use an optically calculated value. In this case, the vertical amount of the lens element 70a and the amount of change in magnification may be used. This eliminates the need for an experimental process to determine the relationship. As described above, the lens element 70a closest to the reticle R is movable, but the element 70a has a greater effect on magnification and distortion characteristics than the other lens elements, and is easier to control. If one of the lenses is selected and satisfies the same condition, any lens element may be configured to be movable for adjusting the lens interval instead of the lens element 70a. . It should be noted that at least one lens element other than the lens element 70a can be moved to adjust other optical properties, for example, field curvature, astigmatism, coma, or spherical aberration. In addition, a sealed chamber is provided between specific lens elements near the center of the projection optical system PL in the optical axis direction, and the pressure of gas in the sealed chamber is adjusted by a pressure adjusting mechanism such as a bellows pump. An imaging characteristic correction mechanism for adjusting the magnification of the projection optical system PL may be provided. Alternatively, for example, an aspherical lens is used as a part of the lens elements constituting the projection optical system PL, and the lens is rotated. You may do it. In this case, so-called rhombic distortion can be corrected. Alternatively, a parallel plane plate may be provided in the projection optical system PL, and the imaging characteristic correction mechanism may be configured by a mechanism that tilts or rotates the plate. Note that KrF excimer laser light or ArF excimer laser light is used as the exposure light I. If you are, when the respective lens elements constituting the projection optical system PL (and the plane-parallel plate) can be used synthetic quartz Ya fluorite or the like, that Ru using F 2 laser light, the projection Fluorite is used for all materials such as lenses used in the optical system PL. The XY stage 14 is two-dimensionally driven by a wafer stage drive unit 56 in the Y direction, which is the scanning direction, and the X direction, which is orthogonal to the scanning direction (the direction perpendicular to the plane of FIG. 1). A wafer W is held on a Z tilt stage 58 mounted on the XY stage 14 by vacuum suction or the like via a wafer holder 61 (not shown in FIG. 1, see FIG. 5). The Z tilt stage 58 adjusts the position (focus position) of the wafer W in the Z direction by, for example, three actuators (piezo elements or voice coil motors), and adjusts the tilt angle of the wafer W with respect to the XY plane. It has the function. The position of the XY stage 14 is measured by an external laser interferometer 54 W through a movable mirror 52 W fixed on the Z tilt stage 58, and the position of the laser interferometer 54 W is measured. The value is supplied to the main controller 50. Here, the moving mirror is actually an X moving mirror 54 having a reflecting surface perpendicular to the X axis, and a Y moving mirror 54 having a reflecting surface perpendicular to the Y axis, as shown in FIG. W y exists. Correspondingly, laser interferometers for X-axis position measurement, Y-axis position measurement, and rotation measurement (including the amount of pitching, pitching, and rolling) respectively. Although they are provided, they are typically shown in FIG. 1 as a movable mirror 52 W and a laser interferometer 54 W. In addition, on the Z tilt stage 58, a light receiving surface having the same height as the exposure surface of the wafer W is provided near the wafer W, and the amount of the exposure light IL passing through the projection optical system PL is detected. The irradiation dose sensor 59 is arranged. In the present embodiment, three types of irradiation amount sensors are provided: an irradiation amount monitor, an illuminance unevenness sensor, and an aerial image measuring device, but these are representatively shown as irradiation amount sensors 59 in FIG. Have been. FIG. 5 is a schematic plan view of the Z tilt stage 58. As shown in FIG. 5, among the four corners of the Z tilt stage 58, the first corner at the end in the + Y direction and the end in the X direction has a dose monitor 59A, The unevenness sensors 59B are arranged side by side in the Y direction. Further, an aerial image measuring instrument 59 C is disposed at a second corner of the Z tilt stage 58 at the + Y direction end and the + X direction end. Among them, the dose monitor 59 A has a rectangular housing in plan view extending in the X direction, which is slightly larger than the exposure area 42 W, and has a central portion of this housing having substantially the same shape as the exposure area 42 W. A slit-like opening 59d is formed. This opening 59d is actually formed by removing a part of a light-shielding film formed on the upper surface of a light-receiving glass formed of synthetic quartz or the like forming the ceiling surface of the housing. The irradiation amount monitor 59 A is used for measuring the intensity of the exposure light IL applied to the exposure area 42 W. The unevenness sensor 59B has a housing having a substantially square shape in a plan view, and a pinhole-shaped opening 59e is formed in the center of the housing. The opening 59e is actually formed by removing a part of a light shielding film formed on the upper surface of a light receiving glass formed of synthetic quartz or the like forming the ceiling surface of the housing. By driving the Z tilt stage 58 in the XY two-dimensional direction via the XY stage 14, the illuminance unevenness in the exposure area 42 W, that is, the intensity of the exposure light IL at each point in the exposure area 42 W It is used to measure the distribution of In the present embodiment, the unevenness sensor 59B is also used for measuring the transmittance of the projection optical system PL, as described later. The aerial image measuring instrument 59 C has a housing having a substantially square shape in a plan view, and is a reflection film formed on an upper surface of a light-receiving glass made of synthetic quartz or the like forming a ceiling surface of the housing. The portion has a rectangular opening 59f. The aerial image measuring instrument 59 C is used for measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL. The method of measuring the imaging characteristics will be described later. Next, among the above three dose sensors, the aerial image measuring device 59 C is representatively taken up. The configuration of the irradiation amount sensor will be described. FIG. 6A shows an enlarged view of the vicinity of the Z tilt stage 58 in FIG. 1 including the aerial image measuring instrument 59 C. In FIG. 6 (A), a protruding portion 58a having an open upper portion is provided on the upper surface of one end of the Z tilt stage 58, and the opening of the protruding portion 58a is closed. Light receiving glass 82 is fitted. A reflection film 83 also serving as a light-shielding film is formed on the upper surface of the light-receiving glass 82. An approximately square opening as shown in the enlarged plan view of FIG. The mouth (opening pattern) 59 f is formed. In FIG. 6 (B), the shaded area (shaded area) indicates the reflection surface formed from the reflection film. The reflecting surface also has a role of a reference reflecting surface at the time of calibration of a focus sensor described later in the present embodiment. As shown in FIG. 6 (A), inside the Z tilt stage 58 below the opening 59 f, a relay optical system formed of lenses 84 and 86 and a relay optical system ( 8 4, 8 6), a light receiving optical system formed from a bending mirror 8 that bends the optical path of the illumination light flux (image light flux) relayed by a predetermined optical path length, and the MN semiconductor light receiving element 1 described above. An optical sensor 2 having 7 is arranged. According to the aerial image measuring instrument 59 C, when a projection image of a measurement pattern formed on the reticle R, which will be described later, is detected via the projection optical system PL, the measurement pattern has transmitted through the projection optical system PL. The exposure light IL illuminates the light-receiving glass 82, and the exposure light IL transmitted through the opening 59f on the light-receiving glass 82 passes through the light-receiving optical system to the MN-based semiconductor light-receiving element 17 constituting the optical sensor 2. Upon arrival, the MN-based semiconductor light receiving element 17 performs photoelectric conversion and outputs a light quantity signal P corresponding to the received light quantity to the main controller 50. The optical sensor 2 does not necessarily need to be provided inside the Z tilt stage 58, but the optical sensor 2 is arranged outside the Z tilt stage 58, and the illumination light beam relayed by the relay optical system is used as an optical fiber or the like. It is also possible to guide the light sensor 2 through the optical sensor 2 via the volume ¾) ο The irradiation amount monitor 59 9 and the unevenness sensor 59 9 also have the same shape of the opening (opening pattern). Except for the above-mentioned aerial image measuring instrument 59 C, the light amount signal corresponding to the light receiving amount of the above-mentioned MN semiconductor light receiving element 17 constituting the irradiation amount monitor 59 A and the unevenness sensor 59 B is provided. Is supplied to the main controller. Returning to FIG. 1, on the Z tilt stage 58, a fiducial mark plate FM used for performing a reticle alignment described later is provided. The fiducial mark plate FM has a surface almost at the same height as the surface of the wafer W, and in fact, as shown in the plan view of FIG. And a part of the third corner at the end in the Y direction. Reference marks, such as a reticle alignment reference mark and a baseline measurement reference mark, are formed on the surface of the reference mark plate FM (this will be described later). Although not shown in FIG. 1 from the viewpoint of avoiding complicated drawings, the exposure apparatus 10 includes a reticle alignment system for performing the reticle alignment. Here, referring to FIG. 7 and FIG. 8, the configuration of the reticle alignment system 100, the alignment mark (reticle mark) formed on the reticle R, and the corresponding reference mark, and their use. An example of the alignment operation of reticle R will be described. FIG. 7 is a schematic side view of the condenser lens 32, the reticle R, the projection optical system P, the Z tilt stage 58, the XY stage 14 and the like in FIG. 1 viewed in the + Y direction. However, reticle stage RST is not shown. In FIG. 7, four pairs of reticle marks each formed of, for example, a cross-shaped two-dimensional mark are formed so as to sandwich the pattern area of the pattern surface of the reticle R in the X direction. On the surface of the fiducial mark plate FM on the Z tilt stage 58, four pairs of fiducial marks are formed in an array obtained by reducing the four pairs of reticle marks by the projection magnification. FIG. 8 is an enlarged plan view showing a state in which a part of the projected image RP of the reticle R and the fiducial mark plate FM in FIG. 7 are overlapped. In FIG. 8, on the fiducial mark plate FM, a first pair of fiducial marks 1 14 A, 114 E and a second pair of fiducial marks 1 1 4 B, 1 14F, a third pair of reference marks 114C and 114G, and a fourth pair of reference marks 111D and 114H are formed. In FIG. 8, an image PAP of the pattern area is projected onto the center of the projected image RP of the reticle R, and a first pair of reticle mark images 1 1 1 at both sides of this image PAP at predetermined intervals in the Y direction. 3 AP, 1 1 3 EP, 2nd pair of reticle mark images 1 1 3 BP, 1 1 3 FP, 3rd pair of reticle mark images 1 1 3 CP, 1 1 3 GP, and 4th A pair of reticle mark images 1 1 3 DP and 1 1 3 HP are projected. Note that, in FIG. 8, the above is described for the sake of simplicity. However, in the case of a scanning exposure apparatus such as the present embodiment, all reticle mark images may be actually projected simultaneously. Of course, the entire pattern area is not projected as a whole. In FIG. 7, the reticle marks corresponding to the pair of reference marks 111 D, 114 H and the reticle mark images 113 DP, 113 HP of FIG. 3 H appears. When aligning the reticle R, first, the reticle stage RST and the XY stage 14 are driven by the main controller 50 via the reticle stage drive unit 49 and the wafer stage drive unit 56, as shown in FIG. The reference mark 1 1 4D, 1 1 4 H on the reference mark plate FM is set within the rectangular exposure area 42 W so that the reticle mark image 1 1 4 D, 1 1 4 H The relative position between reticle R and Z tilt stage 58 is set so that 3 DP and 1 13 HP almost overlap. In this state, as shown in FIG. 7, a pair of half prisms 101 R, 101 L of the reticle alignment system 100 is provided on the optical path of the illumination light ILR, ILL from the condenser lens 32 toward the reticle R. It is inserted by a driving device (not shown). During normal exposure, the half prisms 101 R and 101 L are retracted outside the optical path. Then, one of the illumination lights ILR transmitted through the condenser lens 32 is transmitted through the half prism 101 R, irradiates the reticle mark 113 H on the reticle R, and is irradiated with the reticle. The illumination light reflected by the mark 113 H returns to the half prism 101 R. The illumination light ILR that has passed around the reticle mark 113H illuminates the reference mark 114H on the reference mark plate FM via the projection optical system PL, and is reflected from the reference mark 114H. The light returns to the half prism 101 R via the projection optical system PL and the reticle R. The reflected light from the reticle mark 113 H and the reference mark 111 H is reflected by the half prism 101 R, and then passed through the relay lenses 102 R and 103 R to the two-dimensional image element. An image of the reticle mark 113H and the reference mark 114H is formed on the imaging surface of the child 104R. The imaging signal of the image sensor 104 R is supplied to the main controller 50, which processes the image signal and projects the projected image of the reticle mark 113 H with respect to the reference mark 114 H. Calculate the amount of displacement in the X and Y directions. Similarly, on the half prism 101L side on which the other illumination light ILL transmitted through the condenser lens 32 is incident, relay lenses 102L, 103L, and an image sensor 104L are provided. The imaging signal of the imaging device 104 L is also supplied to the main controller 50, and the main controller 50 uses the image signal to project the reticle mark 113 D with respect to the reference mark 114 D in the X direction. , Calculate the amount of displacement in the Y direction. In the present embodiment, a two-dimensional image sensor having a light receiving section formed from a large number of the aforementioned MN-based semiconductor light receiving elements 17 is used as the image sensor 104 R and the image sensor 104 L. I have. FIG. 9 shows an example of the configuration of the image sensor 104R. As shown in FIG. 9, the image sensor 104 R is arranged in a matrix with the horizontal direction of the paper as a row direction (horizontal direction) and the vertical direction of the paper as a column direction (vertical direction). The semiconductor light receiving element 17, the switch element 301 provided for each MN semiconductor light receiving element 17, and the vertical signal commonly provided for the MN semiconductor light receiving element 17 arranged in the column direction Line 303, switch element 305 provided for each vertical signal line 303, and all MN semiconductor light-receiving elements 17 common to image signal output terminals 313. And a connected image signal output line 307. Here, the switch elements 310 corresponding to the MN-based semiconductor light receiving elements 17 arranged in the row direction are opened and closed simultaneously so that the switch elements 3 Wiring for 0 1 is made. Note that, in FIG. 9, the MN-based semiconductor light receiving element 17 is represented by a die symbol, and the switch elements 301 and 305 are represented by FET symbols. Further, FIG. 9 shows an example in which the MN-based semiconductor light-receiving elements 17 are arranged in a matrix of 5 rows and 5 columns, but the arrangement of the MN-based semiconductor light-receiving elements 17 is arbitrary, and a desired imaging resolution is obtained. In addition, the form of the array can be determined according to the imaging range. The image sensor 104 R further includes a vertical shift register 309 for controlling the opening and closing of the switch element 301 and a horizontal shift register 311 for controlling the opening and closing of the switch element 305. I have. In the image sensor 104 R, the vertical shift register 309 selects the first row in order in synchronization with the supplied vertical clock signal, and closes the switch element 301 corresponding to the selected row. By setting it to the configuration state (ON), the signal output terminals of the MN-based semiconductor light-receiving elements 17 arranged in each row are connected to the vertical signal lines 303 corresponding to the respective MN-based semiconductor light-receiving elements 17. Each time one row is selected by the vertical shift register 309, the horizontal shift register 311 selects the first column to the last column in order in synchronization with the supplied horizontal clock signal. Then, the switch element 3 05 corresponding to the selected column is closed, and the signal output terminals of the MN semiconductor light receiving elements 17 arranged in the selected row are sequentially connected to the image signal output line. In this way, the signal output terminal of each MN-system semiconductor light receiving element 17 is sequentially connected to the image signal output terminal 3 13, so that each MN-system semiconductor light-receiving element 17 is photoelectrically converted and stored. At the same timing as the signal obtained by using the CCD element, the signal charge is guided through the image signal output terminal 313 to, for example, a low noise amplifier provided outside. Although FIG. 9 illustrates an example in which an output signal similar to a normal image signal is obtained, a method of randomly accessing the signal charge of each MN-based semiconductor light receiving element 17 is adopted, and the imaging element 104 is used. It is of course possible to construct R. The image sensor 104L has the same configuration as the image sensor 104R described above. In this embodiment, the mask alignment is made up of the half prisms 101 R, 101 L, s relay lenses 102 R, 103 R, relay lenses 102 L, 103 L, and image sensors 104 R, 104 L. The reticle alignment system 100 is configured as a reticle alignment system. C In addition, the reticle alignment system according to the present embodiment includes a reticle replacement when the reticle is replaced or when the reticle is thermally deformed due to irradiation of illumination light. `` Fine mode '' for highly accurate measurement of misalignment when misalignment occurs, and `` Quick mode '' for confirming the position of the reticle before or after wafer exchange Have been. The alignment in quick mode is also called "interval alignment". In the former fine mode, after the positional displacement of the image of the pair of reticle marks 113D and 113H is measured in the state shown in FIG. 7, the main controller 50 sets the reticle stage drive 49 By moving the reference mark plate FM and the reticle R synchronously in the Y direction at the projection magnification ratio via the wafer stage drive unit 56, respectively, the other three pairs of reference marks 1 14 C in FIG. Reticle mark images for, 114 G to 114 A, 114 E Measure the amount of misalignment of the 113 CP, 113 GP to 113 AP, and 113 EP. Then, main controller 50 determines the offset, rotation angle, and offset of the displacement of the projected image of reticle R with respect to fiducial mark plate FM and Z tilt stage 58 based on the displacement of these four pairs of reticle marks. Calculate the distortion and angular deviation in the scanning direction, etc., correct the position of the reticle R at the time of scanning exposure so that the amount of positional deviation is minimized, and use the above-mentioned imaging characteristic correction controller to minimize the distortion. The controller 78 corrects the imaging characteristics of the projection optical system PL via the controller 78 and corrects the scanning direction of the reticle R during scanning exposure.
—方、 後者のクイックモードでは、 図 7に示されるように、 1対の基準マーク 1 1 4 D, 1 1 4 Hに対するレチクルマーク 1 1 3 D, 1 1 3 Hの像の 2次元的な位 置ずれ量のみが計測され、 この計測結果から求められるレチクル Rのオフセッ ト、
及び回転角のみが補正される。 このクイックモードを用いれば、 ウェハ交換時のよ うな短い時間にレチクル Rの位置ずれ量の補正を行うことができるため、 露光工程 のスループッ トを低下させることなく、 十分なァライメン卜性能を維持することが できる。 なお、 これらのァライメン卜動作及びァラィメン卜方法は、 特開平 7— 1 7 6 4 6 8号公報に開示されており、 指定国または選択国の国内法令が許す範囲に おいてこれらの文献を援用して本文の記載の一部とする。 また、 上記のレチクルのァライメン卜の結果得られた基準マークの投影像の検出 信号 (画像信号) に含まれるコントラス卜情報に基づいてフォーカスオフセッ 卜や レべリングオフセッ 卜 (投影光学系 P Lの焦点位置、 像面傾斜など) を求めること も可能である。 また、 本実施形態では、 上記のレチクルァライメン卜時に、 主制御装置 5 0によ つて、 投影光学系 P Lの側面に設けられた不図示のウェハ側のオファクシス ·ァラ ィメン卜センサのベースライン量の計測も行われる。 すなわち、 基準マーク板 F M 上には、 図 8に示されるように、 基準マーク 1 1 4 D , 1 1 4 H等に対して所定の 位置関係でベ一スライン計測用の基準マーク W mが形成されており、 レチクルァラ ィメン卜系 1 0 0を介してレチクルマークの位置ずれ量を計測する際に、 そのゥェ ハ側のァライメン卜センサを介して基準マーク W mのそのァライメン卜センサの検 出中心に対する位置ずれ量を計測することで、 ァライメン卜センサのベースライン 量、 すなわちレチクル投影位置とァラィメン卜センサとの相対位置関係が計測され —On the other hand, in the latter quick mode, as shown in Fig. 7, the two-dimensional image of the reticle mark 1 1 3D and 1 1 3 H with respect to a pair of reference Only the displacement is measured, and the reticle R offset and And only the rotation angle is corrected. By using this quick mode, it is possible to correct the displacement amount of the reticle R in a short time such as when replacing a wafer, so that sufficient alignment performance is maintained without lowering the throughput of the exposure process. be able to. The alignment operation and the alignment method are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-176468, and these documents are referred to the extent permitted by the domestic laws of the designated or elected country. As part of the text. Further, based on the contrast information included in the detection signal (image signal) of the projected image of the reference mark obtained as a result of the alignment of the reticle, the focus offset and the leveling offset (the focus of the projection optical system PL) are determined. Position, image plane tilt, etc.). Further, in the present embodiment, at the time of the above reticle alignment, the main controller 50 controls the base of an unshown wafer-side optics alignment sensor provided on the side surface of the projection optical system PL. The line amount is also measured. That is, as shown in FIG. 8, a reference mark Wm for base line measurement is formed on the reference mark plate FM in a predetermined positional relationship with respect to the reference marks 114D, 114H, and the like. When the amount of displacement of the reticle mark is measured via the reticle alignment system 100, the alignment sensor of the reference mark W m is detected via the alignment sensor on the wafer side. By measuring the amount of displacement from the center, the baseline amount of the alignment sensor, that is, the relative positional relationship between the reticle projection position and the alignment sensor is measured.
更に、 本実施形態の露光装置 1 0では、 図 1に示されるように、 主制御装置 5 0 によってオンオフが制御される光源 1 6を有し、 投影光学系 P Lの結像面に向けて 多数のピンホールまたはスリツ 卜の像を形成するための結像光束を、 光軸 A Xに対 して斜め方向より照射する照射光学系 6 0 aと、 それらの結像光束のウェハ W表面 での反射光束を受光する受光光学系 6 0 bとからなる斜入射光式の多点焦点位置検 出系 (フォーカスセンサ) が設けられている。 主制御装置 5 0では、 受光光学系 6
0 b内の図示しない平行平板の反射光束の光軸に対する傾きを制御することにより、 投影光学系 P Lのフォーカス変動に応じて焦点検出系 (6 0 a、 6 0 b ) にオフセ ッ 卜を与えてそのキヤリブレージョンを行う。 これにより、 前述の露光領域 4 2 W 内で投影光学系 P Lの像面とウェハ Wの表面とがその焦点深度の範囲 (幅) 内で合 致することになる。 なお、 本実施形態と同様の多点焦点位置検出系 (フォーカスセ ンサ) の詳細な構成は、 例えば特開平 6— 2 8 3 4 0 3号公報に開示されており、 指定国または選択国の国内法令が許す範囲においてこれらの文献を援用して本文の 記載の一部とする。 走査露光時等に、主制御装置 5 0では、受光光学系 6 0 bからの焦点ずれ信号(デ フォーカス信号) 、 例えば Sカーブ信号に基づいて焦点ずれが零となるように Zチ ル卜ステージ 5 8の Z位置を不図示の駆動系を介して制御することにより、 ォー卜 フォーカス (自動焦点合わせ) 及び才一トレべリングを実行する。 なお、 受光光学系 6 0 b内に平行平板を設けて焦点検出系 ( 6 0 a, 6 0 b ) に オフセッ 卜を与えるようにしたのは、 例えば、 倍率補正のためにレンズエレメン卜 7 0 aを上下することによりフォーカスも変化し、 また、 投影光学系 P Lが露光光 I Lを吸収することにより結像特性が変化して結像面の位置が変動するので、 かか る場合に焦点検出系にオフセッ 卜を与え、 焦点検出系の合焦位置を投影光学系 P L の結像面の位置に一致させる必要があるためである。 このため、 本実施形態では、 レンズエレメン卜 7 0 aの上下量とフォーカス変化量の関係も予め実験により求め、 主制御装置 5 0内部のメモリに記憶している。 なお、 レンズエレメント 7 0 aの上 下量とフォーカス変化量の関係は計算値を用いても良い。 また、 才一トレべリング では走査方向については行わず、 その走査方向と直交する非走査方向のみに関して 行うようにしても良い。 制御系は、 図 1中、 制御装置としての主制御装置 5 0によって主に構成される。 主制御装置 5 0は、 C P U (中央演算処理装置) 、 R O M (リード 'オンリ ' メモ リ) 、 R A M (ランダム 'アクセス . メモリ) 等から成るいわゆるマイクロコンビ
ユータ (又はワークステーション) を含んで構成され、 露光動作が的確に行われる ように、 例えばレチクル Rとウェハ Wの同期走査、 ウェハ Wのステッピング、 露光 タイミング等を制御する。 また、 本実施形態では、 主制御装置 5 0は、 後述するよ うに走査露光の際の露光量の制御を行ったり、 後述するような計測マーク (マーク パターン) の投影像 (空間像) の検出結果に基づいて投影光学系 P Lの結像特性の 変動量を演算にて算出し、 その算出結果に基づいて結像特性補正コントローラ 7 8 を介して投影光学系 P Lの結像特性を調整する等の他、 装置全体を統括制御する。 具体的には、 主制御装置 5 0は、 例えば走査露光時には、 レチクル Rがレチクル ステージ R S Tを介して +丫方向 (又は— Y方向) に速度 V r = Vで走査されるの に同期して、 X Yステージ 1 4を介してウェハ Wが露光領域 4 2 Wに対して— Y方 向 (又は + Y方向) に速度 V w = 3 · V ( 3はレチクル Rからウェハ Wに対する投 影倍率) で走査されるように、 レーザ干渉計 5 4 R、 5 4 Wの計測値に基づいてレ チクルステージ駆動部 4 9、 ウェハステージ駆動部 5 6をそれぞれ介してレチクル ステージ R S T、 X Yステージ 1 4の位置及び速度をそれぞれ制御する。 また、 ス テツビングの際には、 主制御装置 5 0ではレ一ザ干渉計 5 4 Wの計測値に基づいて ウェハステージ駆動部 5 6を介して X Yステージ 1 4の位置を制御する。 次に、 露光量制御の前提となる基準照度計によるィンテグレー夕センサ 4 6の較 正 (キヤりブレーシヨン) について説明する。 かかるキヤリブレーシヨンを必要と するのは、 露光装置間のいわゆる号機間の露光量マッチングのためである。 すなわ ち、 同一のデバイス製造ラインで用いられる複数の露光装置に共通の基準照度計を 用いて、 各露光装置の照度の基準となるインテグレータセンサを較正 (キヤリブレ ーシヨン) することにより、 1つの露光装置で、 ある感度のレジス卜に対して最適 に露光量を設定すれば、 別の装置でも、 同一感度のレジス卜については同様にして 最適露光量を設定できるようになる。 まず、 較正用の基準照度計について簡単に説明する。 この基準照度計は、 投影光 学系 P Lを介した像面上での露光光 I Lの強度を検出する照射量センサの一種であ
る。 この基準照度計 9 0は、 図 1 0に示されるように、 センサヘッ ド部 9 O Aと不 図示の本体データ処理部とに分離されており、 これら両者がケーブル 9 2で繋がれ ている。 この基準照度計 9 0は、 他の号機 (露光装置) のインテグレータセンサの 較正にも用いる必要があるため、 持ち運びに有利なようにセンサへッ ド部 9 O Aは コンパク 卜な構成になっている。 不図示の本体データ処理部は、 露光装置 1 0の制 御系に対してオンライン化されており、 照度等のデータ通信が可能な構成となって いる。 また、 前述の如く、 センサへッ ド部 9 0 Aが本体データ処理部から分離されてい るため、 露光装置 1 0の Zチルトステージ 5 8上への設置が S易な構成となってい る。 このセンサヘッ ド部 9 0 Aは、 Zチル卜ステージ 5 8の + X方向端部かつ一 Y 方向端部の第 4コーナ— (図 5中のセンサ 5 9 A ~ 5 9 C、 及び基準マーク板 F M のいずれも設けられていない残りのコーナ一) の部分に設置される。 このため、 こ の第 4コーナ—の部分の所定位置には、 位置決め用の金具 (図示省略) が設けられ ており、 この位置決め用金具に対してセンサへッ ド部 9 0 Aをビス等で固定できる ようになつている。 あるし、は、 センサへッ ド部 9 O A裏面にマグネッ 卜を設け、 このマグネッ 卜の磁 力により、センサへッ ド部 9 0 Aを Zチル卜ステージ 5 8上に吸着固定しても良い。 この場合には、 位置決め用の金具に対してセンサへッ ド部 9 0 Aを合わせこむだけ で、 当該センサへッ ド部 9 0 Aは所定位置に位置決めされ、 マグネッ 卜の磁力によ り吸着固定される。 また、 この場合には、 センサへッ ド部 9 0 Aの設置が容易にな るばかりでなく、 何らかの負荷がかかった場合には、 すぐに抜けるため、 X Yステ —ジ 1 4の移動時にケーブル 9 2が露光装置 1 0の一部に引つかかってセンサへッ ド部 9 O Aが飛び跳ねて露光装置 1 0内部を損傷する等の事故を未然に防ぐことが 可能となる。 図 1 0に示されるように、 基準照度計 9 0のセンサへッ ド部 9 0 Aを上記のいず れかの手法により、 Zチル卜ステージ 5 8上の所定の位置に設置した後、 図 1 1に
示されるように、 予め求めておいた投影光学系 P Lの中心に、 基準照度計 9 0のセ ンサへッ ド部 9 0 Aの中心位置が位置するように、 X Yステージ 1 4を移動させる。 図 1 1において、 円 I Fは投影光学系 P Lのイメージフィールドを示す。 この状態で、 主制御装置 5 0では基準照度計 9 0とインテグレータセンサ 4 6に よる照度の同時計測を実行する。 そして、 この計測が終了すると、 図 1 2に模式的 に示されるように、 センサへッ ド部 9 0 Aの位置を露光領域 4 2 Wの内部のィンテ グレータセンサ 4 6の受光面に対応する領域内で順次 X Y 2次元方向にステップ移 動しつつ、 基準照度計 9 0とインテグレータセンサ 4 6による照度の同時計測を実 行する。 このようにして Zチル卜ステージ 5 8上の基準照度計 9 0をいわばラスタ スキヤン状態で m x nコマ移動させつつ、 インテグレー夕センサ 4 6とステージ上 基準照度計 9 0での同時計測を実行する (図 1 2参照)。かかる計測が終了すると、 主制御装置 5 0では、 m x n回の計測により得られた基準照度計 9 0の計測値の平 均値を求める。 上記のような同時計測を、 照度の調整範囲の全体について行い、 各照度における 基準照度計 9 0の計測値の平均値をもとめる。 そして、 照度の調整範囲の全体に渡ってィンテグレータセンサ 4 6と基準照度計 9 0による同時計測が終了すると、 各照度における基準照度計 9 0の計測値の平均 値と対応するィンテグレータセンサ 4 6の出力との相関関係を求め、 そのデ一夕を 用いて基準照度計 9 0の出力に対して、 ィンテグレ一夕センサ 4 6の出力を較正す る。 なお、 このような基準照度計を用いたインテグレ一夕センサの較正の具体的な シーケンスについては、 水銀ランプを光源とする場合ではあるが、 例えば特開平 1 0 - 8 3 9 5 3号公報に開示されており、 指定国または選択国の国内法令が許す範 囲においてこれらの文献を援用して本文の記載の一部とする。本実施形態において、 上記公報に開示されるシーケンスを一部変更して用いることができる。 ところで、 本実施形態の基準照度計 9 0では、 センサヘッ ド部 9 O Aに、 前述し
た M N系半導体受光素子 1 7を有する光センサが用いられている。 次に、 照明光吸 収による投影光学系 P Lの結像特性変化の算出方法について説明する。 まず、 前提となる照射量 Qの測定方法について説明する。 露光に使用するレチク ル Rをレチクルステージ R S Tに搭載した状態で、 可動レチクルブラインド 3 0 B や照明条件 (開口数 N . A . やコヒ一レンスファクタ σ値) を露光する際の状態に 設定する。 この照明条件の設定は、 例えば、 主制御装置 5 0により、 投影光学系 Ρ しの瞳面の位置に設けられた不図示の開口絞りが調整され開口数 Ν . Α . が設定さ れ、 照明系開口絞り板 2 4上の開口絞りが光路上に選択的に設定されることにより 行われる。 次に、 主制御装置 5 0では、 照射量モニタ 5 9 Αが投影光学系 P Lの真下に来る ように X Yステージ 1 4を駆動する。 次に、 主制御装置 5 0では光源 1 6を発振し てレチクルステージ R S Tと X Yステージ 1 4とを実際の露光と同じ条件で同期移 動しながら照射量モニタ 5 9 Aの出力及びィンテグレー夕センサ 4 6の出力 1 0 を 所定のサンプリング間隔で同時に取り込むことにより、 同期移動位置 (走査位置) に応じた照射量 Q 0の値、 及びこれに対応するインテグレ一夕センサ 4 6の出力 10 をメモリ 5 1内に記憶する。すなわち、照射量 Q。、及びィンテグレ一タセンサ出力 I。が、 レチクル Rの走査位置に応じた関数として、 メモリ 5 1内に記憶される。 このような準備作業を、 主制御装置 5 0では露光に先立って実行しておく。 そし て、実際の露光時にはレチクル Rの走査位置に応じて記憶しておいた照射量 Q0とィ ンテグレータセンサ 4 6の出力 10、及び露光時のィンテグレ一タセンサ 4 6の出力 I,に基づいて、 その時の照射量 Q ,を次式 ( 1 ) に基づいて算出し、 照明光吸収の 計算に使用する。 Further, as shown in FIG. 1, the exposure apparatus 10 of the present embodiment has a light source 16 whose on / off is controlled by the main controller 50, and a large number of light sources 16 directed toward the image forming plane of the projection optical system PL. Irradiation optical system 60a for irradiating the imaging light flux for forming an image of the pinhole or the slit from the oblique direction to the optical axis AX, and reflection of the imaging light flux on the surface of the wafer W An obliquely incident light type multi-point focal point detection system (focus sensor) comprising a light receiving optical system 60b for receiving a light beam is provided. In the main controller 50, the receiving optical system 6 By controlling the inclination of the reflected light flux of the parallel plate (not shown) in 0b with respect to the optical axis, an offset is given to the focus detection system (60a, 60b) according to the focus fluctuation of the projection optical system PL. Perform the calibration. As a result, the image plane of the projection optical system PL and the surface of the wafer W coincide with each other within the range (width) of the depth of focus within the above-described exposure area 42 W. The detailed configuration of the multi-point focal position detection system (focus sensor) similar to that of the present embodiment is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-283403. To the extent permitted by national law, these documents will be incorporated and incorporated as part of the text. At the time of scanning exposure or the like, the main controller 50 sets the Z tilt stage so that the defocus becomes zero based on a defocus signal (defocus signal) from the light receiving optical system 60b, for example, an S-curve signal. 5 Auto-focus (automatic focusing) and self-leveling are executed by controlling the Z position 8 through a drive system (not shown). The reason why a parallel plate is provided in the light receiving optical system 60b and the offset is given to the focus detection system (60a, 60b) is that, for example, the lens element 70b is used for magnification correction. The focus changes by moving a up and down, and the projection optical system PL absorbs the exposure light IL to change the imaging characteristics and change the position of the imaging plane. This is because it is necessary to give an offset to the system so that the focus position of the focus detection system coincides with the position of the image plane of the projection optical system PL. For this reason, in the present embodiment, the relationship between the vertical amount of the lens element 70a and the focus change amount is obtained in advance by an experiment and stored in the memory inside the main control device 50. Note that a calculated value may be used as the relationship between the amount of change in the lens element 70a and the amount of change in focus. In addition, in the case of Saiichi leveling, the scanning may not be performed in the scanning direction, but may be performed only in the non-scanning direction orthogonal to the scanning direction. The control system is mainly constituted by a main control device 50 as a control device in FIG. The main control unit 50 is a so-called micro combination comprising a CPU (central processing unit), ROM (read 'only' memory), RAM (random 'access. Memory), etc. It is configured to include a user (or a workstation), and controls, for example, synchronous scanning of the reticle R and the wafer W, stepping of the wafer W, exposure timing, and the like so that the exposure operation is properly performed. Further, in the present embodiment, the main controller 50 controls the amount of exposure at the time of scanning exposure as described later, and detects a projected image (space image) of a measurement mark (mark pattern) as described later. The amount of change in the imaging characteristics of the projection optical system PL is calculated based on the result, and the imaging characteristics of the projection optical system PL are adjusted via the imaging characteristic correction controller 78 based on the calculation result. In addition, it controls the entire system. More specifically, for example, at the time of scanning exposure, the main controller 50 synchronizes with the reticle R being scanned in the + 丫 direction (or the −Y direction) at a speed V r = V via the reticle stage RST. The wafer W moves through the XY stage 14 with respect to the exposure area 42 W in the Y direction (or + Y direction) in the Y direction (or in the + Y direction). Reticle stage RST and XY stage 14 via reticle stage drive unit 49 and wafer stage drive unit 56 based on the measured values of laser interferometers 54 R and 54 W, respectively. Control position and speed respectively. Further, at the time of steving, the main controller 50 controls the position of the XY stage 14 via the wafer stage drive unit 56 based on the measurement value of the laser interferometer 54W. Next, a description will be given of a calibration (calibration) of the integrate sensor 46 using the reference illuminometer, which is a premise of the exposure amount control. The need for such a calibration is for the purpose of so-called exposure amount matching between the exposure apparatuses. In other words, one exposure is performed by calibrating (calibrating) the integrator sensor, which is the illuminance reference for each exposure device, using a common reference illuminometer for multiple exposure devices used on the same device manufacturing line. If the exposure amount is set optimally for a certain sensitivity in the apparatus, the optimal exposure amount can be set in the same way for the resist having the same sensitivity in another apparatus. First, the calibration reference illuminometer will be briefly described. This reference illuminometer is a type of irradiation sensor that detects the intensity of the exposure light IL on the image plane via the projection optical system PL. You. As shown in FIG. 10, the reference illuminometer 90 is separated into a sensor head section 9 OA and a main body data processing section (not shown), and these are connected by a cable 92. Since the reference illuminometer 90 must be used for calibration of the integrator sensor of another unit (exposure device), the sensor head section 9OA has a compact structure so as to be easy to carry. . The main body data processing unit (not shown) is online with respect to the control system of the exposure apparatus 10, and has a configuration capable of performing data communication such as illuminance. Further, as described above, since the sensor head section 90A is separated from the main body data processing section, it is easy to install the exposure apparatus 10 on the Z tilt stage 58. This sensor head section 90 A is located at the fourth corner at the + X direction end and one Y direction end of the Z tilt stage 58 (the sensors 59 A to 59 C in FIG. 5 and the reference mark plate). The remaining corners where neither of the FMs is provided will be installed. For this reason, a positioning bracket (not shown) is provided at a predetermined position of the fourth corner portion, and the sensor head 90A is screwed to the positioning bracket with a screw or the like. It can be fixed. Alternatively, a magnet may be provided on the back surface of the sensor head 9 OA, and the sensor head 90 A may be attracted and fixed on the Z tilt stage 58 by the magnetic force of the magnet. . In this case, the sensor head 90A is positioned at a predetermined position only by aligning the sensor head 90A with the positioning metal fitting, and is attracted by the magnetic force of the magnet. Fixed. In this case, it is not only easy to install the sensor head section 90 A, but also if any load is applied, it can be removed immediately. It is possible to prevent accidents such as damage to the inside of the exposure apparatus 10 due to the sensor head section 9 OA jumping and catching the part 9 2 of the exposure apparatus 10. As shown in FIG. 10, after the sensor head 90 A of the reference illuminometer 90 is set at a predetermined position on the Z tilt stage 58 by any of the above methods, Figure 11 As shown, the XY stage 14 is moved so that the center position of the sensor head 90A of the reference illuminometer 90 is located at the center of the projection optical system PL determined in advance. In FIG. 11, a circle IF indicates an image field of the projection optical system PL. In this state, the main controller 50 executes the simultaneous illuminance measurement by the reference illuminance meter 90 and the integrator sensor 46. When this measurement is completed, the position of the sensor head 90 A corresponds to the light receiving surface of the integrator sensor 46 inside the exposure area 42 W, as schematically shown in FIG. Simultaneous measurement of the illuminance by the reference illuminometer 90 and the integrator sensor 46 is performed while sequentially stepping in the XY two-dimensional direction within the area. In this way, while the reference illuminometer 90 on the Z tilt stage 58 is moved by mxn frames in a raster scan state, simultaneous measurement is performed by the integrator sensor 46 and the reference illuminometer 90 on the stage ( See Figure 12). When the measurement is completed, main controller 50 obtains an average value of the measured values of reference illuminometer 90 obtained by mxn measurements. The above simultaneous measurement is performed for the entire illuminance adjustment range, and the average value of the measured values of the reference illuminometer 90 at each illuminance is obtained. Then, when simultaneous measurement by the integrator sensor 46 and the reference illuminometer 90 is completed over the entire illuminance adjustment range, the average value of the reference illuminometer 90 at each illuminance and the corresponding integrator are measured. The correlation between the output of the sensor 46 and the output of the sensor 46 is obtained, and the output of the integre sensor 46 is calibrated against the output of the reference illuminometer 90 using the data. The specific sequence of calibration of the integrate sensor using such a reference illuminometer is based on the case where a mercury lamp is used as a light source. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 10-83953 discloses To the extent permitted by national legislation in the designated or elected country, these documents are incorporated and incorporated herein by reference. In the present embodiment, the sequence disclosed in the above publication can be partially modified and used. By the way, in the reference illuminometer 90 of the present embodiment, the sensor head 9OA is described above. An optical sensor having an MN-based semiconductor light receiving element 17 is used. Next, a method of calculating a change in the imaging characteristics of the projection optical system PL due to the absorption of illumination light will be described. First, the method of measuring the prerequisite dose Q will be described. With the reticle R used for exposure mounted on the reticle stage RST, set the state when exposing the movable reticle blind 30B and the illumination conditions (numerical aperture N.A. and coherence factor σ value). . For example, the main controller 50 adjusts the aperture stop (not shown) provided at the position of the pupil plane of the projection optical system to set the numerical apertures Ν. Α. This is performed by selectively setting the aperture stop on the system aperture stop plate 24 on the optical path. Next, the main controller 50 drives the XY stage 14 so that the irradiation amount monitor 59 is located directly below the projection optical system PL. Next, the main controller 50 oscillates the light source 16 and moves the reticle stage RST and the XY stage 14 synchronously under the same conditions as the actual exposure, while outputting the dose monitor 59 A and the integer sensor. by incorporating simultaneously 4 6 outputs 1 0 at a predetermined sampling interval, the output 1 0 Integre Isseki sensor 4 6 values, and corresponding thereto the dose Q 0 corresponding to synchronous movement position (scan position) Store in the memory 51. That is, the dose Q. , And the integrated sensor output I. Is stored in the memory 51 as a function corresponding to the scanning position of the reticle R. Such preparatory work is executed by the main controller 50 prior to exposure. And, the actual output 1 0 exposure dose has been stored in accordance with the scanning position of the reticle R at the time of Q 0 and I integrators gray motor sensor 4 6, and the output I of Integure one Tasensa 4 6 at the time of exposure, the Then, the irradiation dose Q at that time is calculated based on the following equation (1), and is used for calculating the illumination light absorption.
Q , = Q。x 1,/ 1。 …… ( 1 ) この式 ( 1 ) によると、 ィンテグレ一夕センサ 4 6の出力を計算に使用している
ので、 光源 1 6のパワーが変動した場合にも照射量が誤差無く算出できる。 また、 レチクル Rの走査位置に応じた関数となっているので、 例えばレチクルパターンが 面内で片寄って分布している場合にも正確に照射量を算出できる。 なお、 上の説明では、 準備作業として実際の露光時の照明条件下で照射量モニタ 5 9 Aの出力を取り込むものとしたが、 例えば照射量モニタの特性により信号が飽 和してしまうような場合には、 エネルギ粗調器 3 4を構成する N Dフィル夕を照明 光路上に選択的に入れるなどして照明光量を意識的に減光した照明条件下で、 上記 の準備作業を実行しても良い。 この場合には、 N Dフィルタの減光率を考慮して実 際の露光時における上記照射量 の計算を行えば良い。 次に、 同じく前提となるウェハ反射率 R wの測定方法について説明する。 まず、 Zチル卜ステージ 5 8上に既知の反射率 R H、反射率 R Lをそれぞれ有する 2枚の反射板 (不図示) を設置する。 次に、 上述した照射光量測定と同様に、 主制 御装置 5 0では、 実際の露光時と同一の露光条件 (レチクル R、 レチクルブライン ド 3 0 B、 照明条件) を設定し、 X Yステージ 1 4を駆動して設置された反射率 R H の反射板を投影光学系 P L直下に移動する。 次に、 主制御装置 5 0では光源 1 6を 発振してレチクルステージ R S Tと X Yステージ 1 4とを実際の露光と同じ条件で 同期移動しながら反射光モニタ 4 7の出力 VH0及びィンテグレ一タセンサの出力 I H0を所定のサンプリング間隔で同時に取り込むことにより、 同期移動位置 (走査位 置) に応じた反射光モニタ 4 7の出力 V H0、 及びこれに対応するィンテグレ一タセ ンサ 4 6の出力 I H0をメモリ 5 1内に記憶する。 これにより、 反射光モニタ 4 7の 出力 V H0、及びィンテグレータセンサ 4 6の出力 I H0が、 レチクル Rの走査位置に応 じた関数として、 メモリ 5 1内に記憶される。 次に、 主制御装置 5 0では、 X Yス テージ 1 4を駆動して設置された反射率 R Lの反射板を投影光学系 Pし直下に移動 して、 上記と同様にして、 反射光モニタ 4 7の出力 V L0、 及びィンテグレ一タセン サ 4 6の出力 。を、 レチクル Rの走査位置に応じた関数としてメモリ 5 1内に記 憶 3る。
このような準備作業を、 主制御装置 50では露光に先立って実行しておく。 そし て、 実際の露光時にはレチクル Rの走査位置に応じて記憶しておいた反射光モニタ 47の出力とィンテグレータセンサ 46の出力、 及び露光時の反射光モニタの出力 V,とインテグレ一タセンサ 46の出力 I,に基づいて、 ウェハ反射率 Rwを、 次式 (2) に基づいて算出し、 照明光吸収の計算に使用する。 Q, = Q. x 1, / 1. …… (1) According to this equation (1), the output of the integre sensor 46 is used for calculation. Therefore, even when the power of the light source 16 fluctuates, the irradiation amount can be calculated without error. In addition, since the function corresponds to the scanning position of the reticle R, the irradiation amount can be accurately calculated even when, for example, the reticle pattern is unevenly distributed in the plane. In the above explanation, the output of the dose monitor 59 A was taken under the lighting conditions at the time of actual exposure as a preparatory work, but for example, the signal of the dose monitor may become saturated due to the characteristics of the dose monitor. In this case, perform the above-mentioned preparation work under lighting conditions where the amount of illumination is intentionally reduced by, for example, selectively placing the ND filter that constitutes the energy rough adjuster 34 on the illumination optical path. Is also good. In this case, the above-described irradiation amount at the time of actual exposure may be calculated in consideration of the dimming rate of the ND filter. Next, a method of measuring the wafer reflectance R w , which is also assumed, will be described. First, two reflectors (not shown) each having a known reflectance RH and a known reflectance RL are set on the Z tilt stage 58. Next, in the same manner as the irradiation light amount measurement described above, the main controller 50 sets the same exposure conditions (reticle R, reticle blind 30 B, illumination conditions) as those in the actual exposure, and sets the XY stage 1 4 is moved to move the reflector with the reflectance RH installed just below the projection optical system PL. Next, the main controller 50 oscillates the light source 16 and moves the reticle stage RST and the XY stage 14 synchronously under the same conditions as the actual exposure, while synchronizing with the output V H0 of the reflected light monitor 47 and the integer sensor. by incorporating simultaneously output the IH 0 at a predetermined sampling interval, the synchronous movement position output of Integure one yourself understood capacitors 4 6 corresponding to the reflected light output V H0 of the monitor 4 7, and which in accordance with (scanning position location) I H0 is stored in the memory 51 . Thus, the output V H0 of the reflected light monitor 47 and the output I H0 of the integrator sensor 46 are stored in the memory 51 as a function corresponding to the scanning position of the reticle R. Next, in the main controller 50, the XY stage 14 is driven to move the installed reflector having the reflectivity RL just below the projection optical system P, and the reflected light monitor 4 is moved in the same manner as described above. 7 output V L0 , and the output of the integer sensor 46. Is stored in the memory 51 as a function corresponding to the scanning position of the reticle R3. Such preparatory work is performed by the main controller 50 prior to exposure. Then, during the actual exposure, the output of the reflected light monitor 47 and the output of the integrator sensor 46 stored according to the scanning position of the reticle R, and the output V of the reflected light monitor at the time of exposure, and the integrator sensor Based on the output I of 46, the wafer reflectance R w is calculated based on the following equation (2) and used for calculating the illumination light absorption.
Rw=—^ L^Vi + S - • -(2)Rw = — ^ L ^ Vi + S-•-(2)
LHO L HO
VL = V, V L = V,
この式 (2) によると、 インテグレ一タセンサ 46の出力比を計算に使用してい るので、 光源 1 6のパワーが変動した場合にもウェハ反射率を正確に算出できる。 次に、 照明光吸収による結像特性の変化量の算出方法について、 フォーカスを例 にとつて説明する。 上述のようにして求められた照射量 ウェハ反射率 Rwから 次式 (3)で表されるモデル関数を使用して投影光学系 P Lの照明光吸収によるフ オーカス変化 FHEATを算出する。 hiヽ ΊAccording to the equation (2), since the output ratio of the integrator sensor 46 is used in the calculation, the wafer reflectance can be accurately calculated even when the power of the light source 16 fluctuates. Next, a method of calculating the amount of change in the imaging characteristic due to the absorption of illumination light will be described by taking focus as an example. The focus change F HEAT due to the illumination light absorption of the projection optical system PL is calculated from the irradiation dose obtained as described above and the wafer reflectance R w using a model function expressed by the following equation (3). hi ヽ Ί
HEAT =L HEATk CFfflt x (1 + OF x ) x ¾ x 1 - exp HEAT = L HEATk C Ffflt x (1 + OF x) x ¾ x 1-exp
τ F、k Fk τ F, k Fk
•••(3) こで、 ••• (3) where
HEAT :照明光吸収によるフォーカス変化
厶 t 照明光吸収によるフオーカス変化計算間隔 HEAT: Focus change due to absorption of illumination light T Calculation interval of focus change due to illumination light absorption
T PK : 照明光吸収によるフオーカス変化時定数 T PK: Focus change time constant due to illumination light absorption
Γ HEAT 照明光吸収による時刻△ t前のフォーカス変化の時定数 T FK成分 Γ HEAT Time constant due to illumination light absorption 時 Time constant of focus change before t TFK component
^ FH 照明光吸収に対するフォー力ス変化率の時定数 T FK成分 ^ FH Time constant of force change rate for illumination light absorption T FK component
ウェハ反射率依存性 Wafer reflectivity dependence
である 上記式( 3 ) のモデル関数は、照射量を入力、 フォーカス変化を出力と見た時に、 1次遅れ系 3個の和の形になっている。 なお、 モデル関数に関しては投影光学系 P Lの照明光吸収量と必要とされる精度から変更しても良い。 例えば、 照明光吸収量 が比較的小さければ、 1次遅れ系 2個の和でも良いし、 1次遅れ系 1個でも良い。 また、 投影光学系 P Lが照明光を吸収してから結像特性変化として現れるまでに熱 伝導により時間が掛かるようならば、 ムダ時間系のモデル関数を採用しても良い。 また、 ウェハ反射率依存性は通常 1であるが、 投影光学系 P Lの種類によって、 例 えばウェハ Wに近い側に吸収率の大きいガラスを材料として使用した場合などに反 射率に大き〈依存することがある。この時は aFに 1より大きい値が設定されること になる。 その逆にウェハ Wに近い側に吸収率が小さいガラスを採用した時には a F に 1より小さい値が設定される。 なお、 照明光吸収によるフォーカス変化時定数、 照明光吸収に対するフォーカス変化率、 ウェハ反射率依存性はいずれも実験により 求める。 あるいは、 高精度な熱解析シミュレーションにより計算で求めても良い。 上記フォーカスと同様の手法により、 他の結像特性、 例えば倍率、 デイス卜一シ ヨン等についても照明光吸収による変化を計算することができる。 なお、 上述した フォーカスでは 1次遅れ系 3個の和のモデル関数が必要であつたが、 例えば像面湾 曲の計算には 1次遅れ系 1個で十分なことも考えられるので、 要求される精度に応 じて各結像特性毎に照明光吸収のモデル関数を変更しても良い。 1次遅れ系が 2個 又は 1個のモデル関数を用いる場合には、 計算時間の短縮の効果がある。 次に、 所定の時期、 例えば、 装置の組み立て時、 あるいは立ち上げ時等に行われ
る空間像計測器 59Cを用いたレチクル R上の計測マークの投影像の検出方法、 及 びこれを用いた結像特性の算出方法について、 倍率を例にとって説明する。 前提として、 図 1 3 ( A) に示されるように、 レチクル R上に 4個の計測マーク 90 〜90—4が形成されているものとする。各々の計測マーク 90—n ( n = 1〜4 ) は、 図 1 3 (B ) に示されるように Xマーク Mx、 Yマーク M yが 1組で 1個の計 測マークを形成している。 Xマーク Mx、 Yマーク M yは、 5本のパ一マークから 成るラインアンドスペース (L/S) のマ一クパタ一ンとなっている。 例えば、 計測マーク 90-1を構成する Xマ一ク Mxの投影像を検出する場合、 主制御装置 50では、 可動レチクルブラインド 30 Bを駆動して計測マーク 90-1 部分を含む小領域のみが照明されるように、 可動レチクルブラインド 30 Bの開口 部を設定し、 投影光学系 P Lの光軸 A Xの直下に受光ガラス 82上の開口 59 fの 一 X側の反射膜 83が位置するように、 X Yステージ 1 4を移動する。この状態で、 上記 Xマーク M Xの投影像の検出が開始される。 この開始位置では、 照明光学系 1 2からの露光光 I Lにより Xマーク Mxが照明 されると、 この Xマーク Mx部分 (5本のバーマーク) を透過した露光光 I Lによ つて受光ガラス 82上の開口パターン 59 fの一 X側の反射膜 83 aに Xマーク M Xの投影像 Mx' が結像される。 このときの状態が、 図 1 4に示されている。 そして、 主制御装置 50では、 ウェハステージ駆動部 56を介して XYステージ 1 4を一 X方向に所定速度で移動させる。 これにより Xマーク Mxの投影像 Mx' の右側から徐々に開口 59 f に重なるようになる。 Xマーク Mxの投影像 Mx' と 開口 59 f の重なりが増すにつれて、 空間像計測器 59 Cを構成する光センサ 2に 入射する光量が増加していき、 Xマーク Mxの投影像 Mx' と開口 59 f とがちよ うど重なった時が最大光量となる。 その後、 更に XYステージ 1 4が—X方向に移 動すると、 今度は光センサ 2に入射する光量が徐々に減っていき、 Xマーク Mxの 投影像 Mx' と開口 59 fの重なりがなくなった時に光センサ 2に入射する光量は
0となる。 この時の光量の変化が図 1 5 ( A) に示されている。 主制御装置 50では、 この 図 1 5 (A) に示されるような光量信号 Pの波形 (実際には、 所定のサンプリング 間隔で取り込まれたディジタルデータである) を走査方向に対して微分することで 図 1 5 (B) に示されるような微分波形を計算する。 この図 1 5 (B) から明らか なように、 開口 59 fの走査方向前側のエッジが Xマークの投影像 Mx' を横切つ ている状態では徐々に光量が増加する、 即ち微分波形がプラス側となる。 この反対 に、 開口 59 f の走査方向後側のエッジが Xマーク Mxの投影像 Mx' を横切って し、る状態では徐々に光量が減少する、 即ち微分波形がマイナス側となる。 そして、 主制御装置 50では図 1 5 (B) に示されるような微分波形に基づいて フーリェ変換法などの公知の信号処理を施し、 Xマーク M Xが投影された光学像(空 間像) を検出する。 次いで、 計測マーク 9 を構成する Yマーク M yが投影され た光学像 (空間像) の検出が上記と同様にして行われる。 このようにして、 計測マーク 90-1が投影された空間像の検出が終了すると、 主制御装置 50では、可動レチクルブラインド 30 Bを駆動して計測マーク 90_2、 90_3、 90— 44部分を順次照明しながら、 計測マーク 90_2、 90— 3、 90_4 が投影された空間像の検出を上記と同様にして行う。 このような計測シーケンスにより、 前述の如く して計測マーク 90— ,Ι Θ 0— 4 の投影像が求められると、 主制御装置 50ではこの投影像に基づいて計測マーク 9 O^ S 0_4の X Y座標位置の計測値 (Xi、 Yi) ( i = 1〜4) を求め、 この計 測値に基づいて X4と X1 との差の絶対値 ΔΧ1、 Χ3と Χ2との差の絶対値 ΔΧ2、 Χ4と Χ2の差の絶対値 ΔΧ3、 Χ1 と Χ3との差の絶対値△ Χ4、及び Υ4と Υ 3との 差の絶対値△ Υ1、 Υ1 と Υ2との差の絶対値 ΔΥ 2、 Υ4と Υ2の差の絶対値△ Υ3、 Υ1 と Υ3との差の絶対値 ΔΥ4をそれぞれ演算し、 これらの差の絶対値 ΔΧΰ Δ Yi ( i = 1 ~4) とそれぞれに対応する差の絶対値の設計値 ΔΧΡ1、 ΔΧΡ2、 ΔΧ
P3、 ΔΧΡ4及び ΔΥΡ1、 ΔΥΡ2、 ΔΥΡ3、 ΔΥΡ4とを用いて次式 (4) 、 (5)に 基づいて X方向、 Υ方向の倍率ずれ AMxi、 AMyiを計算する。 The model function of the above equation (3) is in the form of the sum of three first-order lag systems when the irradiation dose is input and the focus change is output. The model function may be changed depending on the amount of illumination light absorbed by the projection optical system PL and the required accuracy. For example, if the amount of illumination light absorption is relatively small, the sum of two first-order lag systems may be used, or one first-order lag system may be used. Further, if it takes time for heat conduction from the time when the projection optical system PL absorbs the illumination light to appear as a change in the imaging characteristic, a model function of a waste time system may be employed. In addition, the wafer reflectivity dependence is usually 1, but depending on the type of the projection optical system PL, for example, when a glass having a high absorptance is used as the material on the side close to the wafer W, the dependence on the reflectivity is large. May be. This time will be set to a value greater than 1 a F. Value smaller than 1 is set to a F when employing a glass absorption rate is smaller on the side closer to the wafer W to the opposite. The focus change time constant due to illumination light absorption, the focus change rate with respect to illumination light absorption, and the wafer reflectivity dependence are all determined by experiments. Alternatively, it may be calculated by a highly accurate thermal analysis simulation. By the same method as the focus, it is possible to calculate the change due to the absorption of illumination light for other imaging characteristics, for example, magnification, distance, and the like. In the above-mentioned focus, a model function of the sum of three first-order lag systems was required.However, for example, a single first-order lag system may be sufficient for calculating the curvature of the image plane. The model function of the illumination light absorption may be changed for each imaging characteristic depending on the accuracy. When the first-order lag system uses two or one model function, it has the effect of reducing the calculation time. Next, it is performed at a predetermined time, for example, when assembling or starting up the device. A method of detecting a projected image of a measurement mark on a reticle R using the aerial image measuring instrument 59C and a method of calculating an imaging characteristic using the same will be described using magnification as an example. Given, as shown in FIG. 1 3 (A), it is assumed that four measurement marks 90 ~90- 4 is formed on the reticle R. As shown in Fig. 13 (B), each measurement mark 90- n (n = 1 to 4) has one set of X mark Mx and Y mark My to form one measurement mark. . The X mark Mx and the Y mark My are line-and-space (L / S) mark patterns consisting of five mark marks. For example, when detecting the projected image of the X mark Mx constituting the measurement mark 90-1, the main controller 50 drives the movable reticle blind 30B and only the small area including the measurement mark 90-1 portion is driven. The opening of the movable reticle blind 30B is set so that it is illuminated, and the reflective film 83 on the X side of the opening 59f on the light receiving glass 82 is located directly below the optical axis AX of the projection optical system PL. Move the XY stage 14. In this state, detection of the projected image of the X mark MX is started. At this starting position, when the X mark Mx is illuminated by the exposure light IL from the illumination optical system 12, the exposure light IL transmitted through the X mark Mx portion (five bar marks) causes the exposure light IL to reach the light receiving glass 82. The projection image Mx 'of the X mark MX is formed on the reflection film 83a on one X side of the opening pattern 59f. The state at this time is shown in FIG. Then, main controller 50 moves XY stage 14 at a predetermined speed in the X direction via wafer stage drive unit 56. As a result, the projected image Mx 'of the X mark Mx gradually overlaps the opening 59f from the right side. As the overlap between the projected image Mx 'of the X mark Mx and the aperture 59f increases, the amount of light incident on the optical sensor 2 constituting the aerial image measuring instrument 59C increases, and the projected image Mx' of the X mark Mx and the aperture 59f The maximum light intensity is obtained when they overlap at 59 f. Thereafter, when the XY stage 14 moves further in the -X direction, the amount of light incident on the optical sensor 2 gradually decreases, and when the projected image Mx 'of the X mark Mx and the aperture 59f no longer overlap. The amount of light incident on the optical sensor 2 is It becomes 0. The change in the amount of light at this time is shown in FIG. 15 (A). The main controller 50 differentiates the waveform of the light amount signal P (actually, digital data captured at a predetermined sampling interval) as shown in FIG. 15A with respect to the scanning direction. Then, calculate the differential waveform as shown in Fig. 15 (B). As is clear from FIG. 15 (B), when the front edge of the opening 59f in the scanning direction crosses the projected image Mx 'of the X mark, the amount of light gradually increases, that is, the differential waveform increases. Side. Conversely, the rear edge of the opening 59f in the scanning direction crosses the projected image Mx 'of the X mark Mx. The main controller 50 performs known signal processing such as Fourier transform based on the differentiated waveform as shown in FIG. 15 (B), and converts the optical image (spatial image) onto which the X mark MX is projected. To detect. Next, the optical image (aerial image) on which the Y mark My constituting the measurement mark 9 is projected is detected in the same manner as described above. In this manner, when the detection of the spatial image measuring mark 90-1 is projected completed, main controller 50 measures to drive the movable reticle blind 30 B mark 90_ 2, 90_ 3, 90- 4 4 parts while sequentially illuminating the performed measurement marks 90_ 2, 90- 3, a 90_ 4 detection of aerial image projected in the same manner as described above. Such measurement sequence, the measurement was as described above marks 90-, the projected image of iota theta 0- 4 is obtained, measured on the basis the main controller 50 to the projected image mark 9 O ^ of S 0_ 4 The measured values (Xi, Yi) (i = 1 to 4) of the XY coordinate position are obtained, and based on these measured values, the absolute value of the difference between X4 and X1, ΔΧ1, the absolute value of the difference between Χ3 and Χ2, ΔΧ2, The absolute value of the difference between Χ4 and Χ2, ΔΧ3, the absolute value of the difference between Χ1 and Χ3, △ Χ4, and the absolute value of the difference between Υ4 and Υ3, △ Υ1, the absolute value of the difference between Υ1 and Υ2, ΔΥ2, Υ4 and Calculate the absolute value of the difference between △ 2, 絶 対 Υ3, and the absolute value of the difference between Υ1 and Υ3, Δ そ れ ぞ れ 4, and calculate the absolute value of Design value ΔΧΡ1, ΔΧΡ2, ΔΧ Using P3, ΔΧΡ4 and ΔΥΡ1, ΔΥΡ2, ΔΥΡ3, and ΔΥΡ4, the magnification shifts AMxi and AMyi in the X and Υ directions are calculated based on the following equations (4) and (5).
△ Mxi = AXi/AXPi ( i = 1〜4 ) …… (4) △ Mxi = AXi / AXPi (i = 1 to 4) …… (4)
△ Myi = A Yi/ΔΥΡί ( i = 1〜4) …… (5) そして、主制御装置 50では上記の倍率変化 AMxiを補正するレンズエレメン卜 の駆動量の指令値を結像特性補正コントローラ 78に与え、 結像特性補正コン卜口 ーラ 78では上記の倍率変化 AMxiを補正すべく、 駆動素子 74 a、 74 b、 74 cを駆動する。 これにより、 倍率変動の計測及び非走査方向の倍率の補正が終了す る。 なお、 走査方向の倍率変化は、 例えば走査露光時のレチクルステージ R S T、 X Υステージ 1 4の少なくとも一方の走査速度を調整してその速度比を変更するこ とによって容易に補正することができる。 この場合、 図 1 3 (Β) に示されるように、 各計測マークが Xマークと Υマーク との 2方向のマークから構成されているので、 上記の如く、 X方向、 Υ方向の倍率 ずれ ΔΜχύ AMyiをそれぞれ計測することができ、 これらのデータを別々に用い ることにより、 倍率のみでな〈、 デイスト一シヨンの計測も可能である。 以上説明したような検出方法を用いて、 レチクル R上に配置された複数の計測マ —クの投影像 (空間像) を検出することにより、 投影光学系 P Lの倍率やディスト ーション等の結像特性を求めることができる。 また、 上記検出方法では、 計測マーク 90_nの投影像をダイレク 卜に検出してい るので、 倍率ゃデイス卜一シヨンを含めた投影光学系 P Lの光学性能も見ることが 可能である。 また、 上記の各計測マークのいずれか 1つについて、 Zチルトステージ 58を Z
方向に駆動し、所定範囲内で Z位置を変化させながら、上記の空間像検出を行えば、 その空間像のコントラス卜 (微分波形デ一夕の振幅) に基づいて焦点位置 (あるい はフォーカスオフセッ 卜) や焦点深度の検出をすることができる。 また各 Z位置で の空間像の X方向 (又は Y方向) の位置に基づいて、 投影光学系 P Lのテレセント リシティを検出できる。 また、 少なくとも 3個の計測マークのそれぞれについて求 めた焦点位置のデータに基づいて、 像面傾斜 (あるいはレべリングオフセッ 卜) や 他の結像特性 (例えば像面湾曲など) を算出することができる。 なお、 上記の空間像計測器による倍率等の結像特性の検出方法については、 例え ば、 特開平 1 0— 2 0 9 0 3 1号公報に詳細に開示されており、 また、 上記の空間 像計測器と同様の検出手段によるフォーカスオフセッ 卜及びレべリングオフセッ 卜 の検出方法については、例えば特開平 9一 2 8 3 4 2 1号に詳細に開示されている。 本実施形態においても、 これらの公報に開示された内容をそのまま、 あるいは一部 変更して用いることができ、 指定国または選択国の国内法令が許す範囲においてこ れらの文献を援用して本文の記載の一部とする。 次に、 本実施形態の露光装置 1 0において所定枚数 (N枚) のウェハ W上にレチ クルパターンの露光を行う場合の露光シーケンスについて主制御装置 5 0の制御動 作を中心として説明する。 まず、 前提条件について説明する。 Δ Myi = A Yi / ΔΥΡί (i = 1 to 4) (5) Then, the main controller 50 converts the command value of the lens element drive amount for correcting the magnification change AMxi into the imaging characteristic correction controller 78. Then, the imaging characteristic correction controller 78 drives the driving elements 74a, 74b, and 74c to correct the above-mentioned change in magnification AMxi. This completes the measurement of the magnification change and the correction of the magnification in the non-scanning direction. The change in magnification in the scanning direction can be easily corrected, for example, by adjusting the scanning speed of at least one of the reticle stage RST and the XΥ stage 14 during scanning exposure and changing the speed ratio. In this case, as shown in FIG. 13 (Β), since each measurement mark is composed of a mark in two directions, an X mark and a 倍率 mark, as described above, the magnification deviation in the X and 方向 directions is ΔΜχύ AMyi can be measured individually, and by using these data separately, it is possible to measure not only the magnification but also the distance. By detecting the projected images (aerial images) of a plurality of measurement marks arranged on the reticle R using the detection method described above, imaging of the magnification and distortion of the projection optical system PL is performed. Characteristics can be determined. Further, in the above detection method, it is possible to see Runode not detect the projected image of the measurement mark 90_ n in direct Bok, also the optical performance of the magnification Ya Dace Bok one Chillon projection optical system PL including. In addition, for one of the above measurement marks, the Z tilt stage 58 If the aerial image is detected while driving in the direction and changing the Z position within a predetermined range, the focus position (or the focus position) is determined based on the contrast (amplitude of the differential waveform data) of the aerial image. Offset) and depth of focus can be detected. Also, the telecentricity of the projection optical system PL can be detected based on the position of the aerial image in the X direction (or Y direction) at each Z position. Calculate the image plane tilt (or leveling offset) and other imaging characteristics (for example, field curvature) based on the focal position data obtained for each of at least three measurement marks. Can be. The method of detecting the imaging characteristics such as magnification by the aerial image measuring device is disclosed in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-19903, A method of detecting the focus offset and the leveling offset by the same detection means as that of the image measuring device is disclosed in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-1284314. Also in the present embodiment, the contents disclosed in these publications can be used as they are or with some modifications, and these documents are incorporated by reference to the extent permitted by the national laws of the designated or elected country. Is part of the description. Next, an exposure sequence when the reticle pattern is exposed on a predetermined number (N) of wafers W in the exposure apparatus 10 of the present embodiment will be described focusing on the control operation of the main controller 50. First, the preconditions will be described.
① オペレータによりコンソール等の入出力装置 6 2 (図 1参照) から入力された ショッ 卜配列、 ショッ 卜サイズ、 各ショッ 卜の露光順序その他の必要なデータに基 づいて、 予めショッ 卜マップデータ (各ショッ 卜領域の露光順序と走査方向とを定 めたデータ) が作成され、 メモリ 5 1 (図 1参照)内に格納されているものとする。(1) Based on the shot arrangement, shot size, exposure order of each shot, and other necessary data input from the input / output device 62 (see Fig. 1) such as the console by the operator, the shot map data ( Data that defines the exposure order and scanning direction for each shot area) is created and stored in the memory 51 (see FIG. 1).
② また、 インテグレー夕センサ 4 6の出力 D Sは、 Zチル卜ステージ 5 8上で像 面 (即ち、 ウェハの表面) と同じ高さに設置された基準照度計 9 0の出力に対して 予め前述した如く して較正 (キャリブレーション) されている。 その基準照度計の
データ処理単位は (m J / ( c m2 - pul se) ) なる物理量であり、 インテグレ一夕セ ンサ 4 6の較正とは、 インテグレ一夕センサ 4 6の出力 D S (di git/pul se)を、 像 面上の露光量 (m J / ( c m2 - pul se) ) に変換するための変換係数 K 1 (或いは変 換関数) を得ることである。 この変換係数 Κ 1 を用いると、 インテグレ一タセンサ 4 6の出力 D Sより間接的に像面上に与えられている露光量 (エネルギ) を計測で きることになる。 ② In addition, the output DS of the integrator sensor 46 is compared with the output of the reference illuminometer 90 installed on the Z tilt stage 58 at the same height as the image plane (ie, the surface of the wafer). It has been calibrated as described. Of the reference illuminometer The unit of data processing is a physical quantity of (mJ / (cm 2 -pul se)). Calibration of the Integra sensor 46 refers to the output DS (digit / puls) of the Integra sensor 46. It is to obtain a conversion coefficient K 1 (or conversion function) for converting the exposure amount on the image plane (m J / (cm 2 -pulse)). By using this conversion coefficient Κ1, the exposure amount (energy) given indirectly to the image plane can be measured from the output DS of the integrator sensor 46.
③ また、 上記キヤリブレーシヨンが完了したィンテグレ一タセンサ 4 6の出力 D Sに対して、 ビームモニタ 1 6 cの出力 E Sもキャリブレーションされ、 両者の相 関係数 Κ 2も予め求められ、 メモリ 5 1内に格納されている。 ③ In addition, the output ES of the beam monitor 16 c is also calibrated against the output DS of the integrated sensor 46 whose calibration has been completed, and the number of correlations between the two is also obtained in advance. Is stored within.
④ さらに、 上記キヤリブレーションが完了したィンテグレータセンサ 4 6の出力 に対して反射光モニタ 4 7の出力がキヤリブレーションされ、 ィンテグレータセン サ 4 6の出力と反射光モニタ 4 7の出力との相関係数 Κ 3が予め求められてメモリ 5 1内に格納されているものとする。 まず、 オペレータによりコンソール等の入出力装置 6 2 (図 1参照) から照明条 件 (投影光学系の開口数 Ν . Α . 、 2次光源の形状 (開口絞り 2 4の種類) 、 コヒ —レンスファクタ σゃレチクルパ夕一ンの種類 (コンタク トホール、 ラインアンド スペース等) 、 レチクルの種類 (位相差レチクル、 ハーフ卜一ンレチクル等) 、 及 び最小線幅又は露光量許容誤差など) を含む露光条件が入力され、 この入力に応じ て、 主制御装置 5 0が、 投影光学系 P Lの不図示の開口絞りの設定、 照明系開口絞 り板 2 4の開口の選択設定、 エネルギ粗調器 2 0の減光フィルタの選択、 レジス卜 感度に応じた目標積算露光量の設定等を行う。 次に、 主制御装置 5 0では、 不図示のレチクルローダを用いて露光対象のレチク ル Rをレチクルステージ R S Τ上に口一ドする。 次いで、 前述した如く、 レチクル ァライメン卜系 1 0 0を用いてレチクルァライメン卜を行うとともに、 ベースライ ン計測を行う。 次に、 主制御装置 5 0では、 光学系の透過率測定を次のようにして行う。 すなわ
ち、 ムラセンサ 5 9 Bが投影光学系 P Lの直下に位置するように、 X Yステージ 1 4をウェハステージ駆動部 5 6を介して駆動し、 光源 1 6にトリガパルスを与えて 光源 1 6を発振 (発光) させ、 このときのィンテグレ一タセンサ 4 6の出力と、 ム ラセンサ 5 9 Bの出力との比を 1 0 0倍し且つ所定の係数 (K 4とする) を乗じる ことによって透過率を求める。 このとき、 X Yステージ 1 4をステッピングさせな がら露光領域 4 2 W内の複数点にそれぞれムラセンサ 5 9 Bを位置決めし、 その複 数点でそれぞれ算出される透過率の平均値を用いるようにしても良い。 また、 この 計測動作によって透過率だけでなく、 露光領域 4 2 W内での照度分布を求めること ができる。 なお、 前述の複数点にそれそれムラセンサ 5 9 Bを位置決めし、 かっこ れとは逆の順序でムラセンサ 5 9 Bをその複数点に再度位置決めし、 各点で計測さ れる 2つの照度の平均値から照度分布を決定するようにしても良い。 この場合、 往 路と復路とで逆経路とする、 即ち計測順序を逆にしているため、 露光光 I Lの照射 によってムラセンサ 5 9 Bに蓄積される熱エネルギに起因して生じるムラセンサ 5 9 Bの出力のドリフ卜 (特に線形成分) をキャンセルすることができる。 さらに、 ムラセンサ 5 9 Bによる一連の計測動作中に、 ビ一ムスプリッ夕 2 6とムラセンサ 5 9 Bとの間に配置される光学系 (投影光学系 P Lなどを含む) の透過率が変動し ても、 往復動作によって透過率変動の影響を低減することができ、 特に線形成分を 補正して照度分布の計測精度を向上させることが可能となる。 次に、主制御装置 5 0では、不図示のウェハ搬送系にウェハ Wの交換を指示する。 これにより、 ウェハ搬送系及び X Yステージ 1 4上の不図示のウェハ受け渡し機構 によってウェハ交換 (ステージ上にウェハが無い場合は、 単なるウェハロード) が 行われ、次いでいわゆるサーチァライメン卜及びフアインァライメン卜 (E G A等) の一連のァライメン卜工程の処理を行う。 これらのウェハ交換、 ウェハァライメン 卜は、 公知の露光装置と同様に行われるので、 ここではこれ以上の詳細な説明は省 略する。 次に、 上記のァライメン卜結果及びショッ トマップデータに基づいて、 ウェハ W 上の各ショッ 卜領域の露光のための走査開始位置にウェハ Wを移動させる動作と、
前述した走査露光動作とを繰り返し行って、 ステップ ·アンド ·スキャン方式でゥ ェハ W上の複数のシヨッ ト領域にレチクルパターンを転写する。この走査露光中に、 主制御装置 5 0では、 露光条件及びレジス卜感度に応じて決定された目標積算露光 量をウェハ Wに与えるため、 ィンテグレ一タセンサ 4 6の出力をモニタしつつ制御 情報 T Sを光源 1 6に供給することによって、 光源 1 6の発振周波数 (発光夕イミ ング) 、 及び発光パワー等を制御したり、 あるいは、 エネルギ粗調器 2 0をモータ 3 8を介して制御する等によりレチクル Rに照射される光量、 すなわち露光量の調 整を行う。 また、 この際に、 上で測定された透過率と露光量制御目標値とに基づい て露光量制御が行われる。 さらに、 先に計測した照度分布に基づいて積算露光量分 布をほぼ均一にする。 例えば、 特開昭 5 9 - 2 2 6 3 1 7号公報等に開示されるよ うに、 フライアイレンズ 2 2の入射面側に配置される振動ミラーによって、 フライ アイレンズ 2 2に入射する照明光の入射角をパルス毎に変化させれば良い。 これに より、 露光領域 4 2 W内での照度分布がパルス毎に変化することになり、 ショッ ト 領域内の積算露光量分布がほぼ均一になる。 なお、主制御装置 5 0による露光量の制御方法、特にパルス数の制御については、 例えば、 特開平 6— 1 3 2 1 9 1号公報に開示され、 パルスエネルギ及びパルス発 振周波数及び走査速度を含めた総合的な露光量制御については、 例えば特開平 1 0 - 2 7 0 3 4 5号公報に詳細に開示されており、 指定国または選択国の国内法令が 許す範囲においてこれらの文献を援用して本文の記載の一部とする。 本実施形態の 露光装置 1 0において、 上記各公報の開示内容をそのまま、 あるいは一部変更して 用いることができる。 また、 主制御装置 5 0では、 照明系開口絞り板 2 4を駆動装置 4 0を介して制御 し、 更にステージ系の動作情報に同期して可動レチクルブラインド 3 0 Bの開閉動 作を制御する。 ④ Further, the output of the reflected light monitor 47 is calibrated against the output of the integrator sensor 46 that has completed the above calibration, and the output of the integrator sensor 46 and the reflected light monitor 47 are output. It is assumed that the correlation coefficient Κ3 with the output is obtained in advance and stored in the memory 51. First, the operator inputs the illumination conditions (numerical aperture of the projection optical system Ν. Α), the shape of the secondary light source (the type of aperture stop 24), the coherence from the input / output device 62 (see Fig. 1) such as the console. Exposure conditions including the factor σ ゃ reticle type (contact hole, line and space, etc.), reticle type (phase difference reticle, half-tone reticle, etc.) and minimum line width or exposure tolerance. In response to this input, the main controller 50 sets the aperture stop (not shown) of the projection optical system PL, selects and sets the aperture of the illumination system aperture stop plate 24, and sets the energy coarse adjuster 20. The selection of the neutral density filter and the setting of the target integrated exposure amount according to the register sensitivity are performed. Next, main controller 50 uses a reticle loader (not shown) to load reticle R to be exposed onto reticle stage RS #. Next, as described above, the reticle alignment is performed using the reticle alignment system 100, and the baseline measurement is performed. Next, the main controller 50 measures the transmittance of the optical system as follows. Sand The XY stage 14 is driven via the wafer stage drive unit 56 so that the unevenness sensor 59 B is located directly below the projection optical system PL, and a trigger pulse is given to the light source 16 to oscillate the light source 16. (Light emission), and the transmittance is multiplied by 100 times the ratio of the output of the integer sensor 46 at this time to the output of the blur sensor 59B and multiplied by a predetermined coefficient (K4). Ask. At this time, while the XY stage 14 is stepped, the unevenness sensor 59B is positioned at each of a plurality of points in the exposure area 42W, and the average value of the transmittance calculated at each of the plurality of points is used. Is also good. In addition, by this measurement operation, not only the transmittance but also the illuminance distribution in the exposed area of 42 W can be obtained. In addition, the unevenness sensor 59B is positioned at each of the above-mentioned plural points, and the unevenness sensor 59B is positioned again at the plural points in the reverse order of the parentheses, and the average value of the two illuminances measured at each point is obtained. May be used to determine the illuminance distribution. In this case, since the forward path and the backward path are reverse paths, that is, the measurement order is reversed, the unevenness sensor 59B generated due to the heat energy accumulated in the unevenness sensor 59B by the exposure light exposure IL is irradiated. Output drift (especially linear component) can be canceled. Furthermore, during a series of measurement operations by the unevenness sensor 59B, the transmittance of the optical system (including the projection optical system PL and the like) disposed between the beam splitter 26 and the unevenness sensor 59B fluctuates. In addition, the effect of transmittance fluctuation can be reduced by the reciprocating operation, and the linear component can be corrected, and the measurement accuracy of the illuminance distribution can be improved. Next, main controller 50 instructs a wafer transfer system (not shown) to replace wafer W. As a result, the wafer is exchanged (if there is no wafer on the stage, the wafer is simply loaded) by the wafer transfer system and a wafer transfer mechanism (not shown) on the XY stage 14, and then the so-called search alignment and fine adjustment are performed. Performs a series of alignment steps for alignment (such as EGA). Since the wafer exchange and wafer alignment are performed in the same manner as in a known exposure apparatus, further detailed description is omitted here. Next, an operation of moving the wafer W to a scanning start position for exposure of each shot area on the wafer W based on the alignment result and the shot map data, By repeating the above-described scanning exposure operation, the reticle pattern is transferred to a plurality of shot areas on wafer W in a step-and-scan manner. During this scanning exposure, the main controller 50 gives the target integrated exposure amount determined according to the exposure condition and the resist sensitivity to the wafer W, so that the control information TS is monitored while monitoring the output of the integer sensor 46. To the light source 16 to control the oscillation frequency (light emission timing) and light emission power of the light source 16, or to control the energy rough adjuster 20 via the motor 38. Adjusts the amount of light irradiated to the reticle R, that is, the exposure amount. At this time, exposure control is performed based on the transmittance measured above and the exposure control target value. Further, the integrated exposure amount distribution is made substantially uniform based on the illuminance distribution measured earlier. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-226263, the illumination incident on the fly-eye lens 22 by a vibrating mirror disposed on the incident surface side of the fly-eye lens 22 The incident angle of light may be changed for each pulse. As a result, the illuminance distribution in the exposure area 42 W changes for each pulse, and the integrated exposure amount distribution in the shot area becomes almost uniform. The control method of the exposure amount by the main controller 50, particularly the control of the number of pulses, is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-132191, and includes pulse energy, pulse oscillation frequency, and scanning speed. Comprehensive exposure control, including the above, is disclosed in detail, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2703445, and these documents are limited to the extent permitted by domestic laws of designated or selected countries. Incorporated as part of the text. In the exposure apparatus 10 of the present embodiment, the disclosed contents of the above publications can be used as they are or with some modifications. The main controller 50 controls the illumination system aperture stop plate 24 via the drive unit 40, and further controls the opening and closing operation of the movable reticle blind 30B in synchronization with the operation information of the stage system. .
1枚目のウェハ Wに対する露光が終了すると、 主制御装置 5 0では、 不図示のゥ ェハ搬送系にウェハ Wの交換を指示する。 これにより、 ウェハ搬送系及び X Yステ
ージ 1 4上の不図示のウェハ受け渡し機構によってウェハ交換が行われ、 以後上記 と同様にしてその交換後のウェハに対してサーチァライメン卜、 ファインァライメ ントを行う。 また、 この場合、 1枚目のウェハ Wに対する露光開始からの投影光学 系 P Lの結像特性 (フォーカスの変動を含む) の照射変動が、 インテグレ一タセン サ 4 6及び反射光モニタ 4 7の計測値に基づいて求められ、 この照射変動を補正す るような指令値を結像特性補正コントローラ 7 8に与えるとともに受光光学系 6 0 bにオフセッ 卜を与える。 そして、 上記と同様に、 このウェハ W上の複数のショッ 卜領域にステップ 'アン ド -スキャン方式でレチクルパターンを転写する。 このようにして、 予め透過率測定間隔として定めた所定枚数 (M枚とする) のゥ ェハ Wに対する露光が終了すると、 前述と同様にして光学系の透過率測定を行い、 その測定結果をメモリ 5 1に記憶、 すなわち透過率の測定値を更新する。 その後、 上記と同様に、 ウェハを M枚露光する度毎に、 光学系の透過率測定を繰 り返し行いつつ、 N枚目のウェハ Wに対する露光が終了すると、 一連の露光処理を 終了する。 なお、 透過率測定間では直前に計測した透過率を固定値として用いても 良いし、 あるいは透過率の変化量を計算にて逐次更新してその計算値を用いるよう にしても良い。 これは透過率の測定間隔などに応じて決定すれば良い。 これまでの説明から明らかなように、 本実施形態では、 インテグレー夕センサ 4 6、 照射量モニタ 5 9 A及び主制御装置 5 0によって透過率測定装置が構成されて いる。 また、本実施形態では、 レンズエレメン卜 7 0 aを駆動する圧電素子 7 4 a、 7 4 b、 7 4 c、 結像特性補正コン卜ローラ 7 8及び主制御装置 5 0によつて結像 特性調整装置が構成されている。 また、 本実施形態では、 主制御装置 5 0が、 露光 コントローラ (露光量制御系) 及びステージコントローラ (ステージ制御系) の役 目をも有している。 これらのコン卜ローラを主制御装置 5 0とは別に設けても良い ことは勿論である。
本実施形態の露光装置 1 0では、光源 1 6の筐体内のビームモニタ 1 6 cとして、 前述したような M N系半導体受光素子 1 7を有する光センサ 2を用いていることか ら、 受光素子 1 7ではキャリア層がその表面に存在せす、 高精度、 高感度にレーザ 共振器 1 6 aから発振されるパルス紫外光 (A r Fエキシマレ一ザ光) L Bの強度 (パワー) を安定性良く検出することができる。 従って、 そのビームモニタ 1 6 c の感度不良による計測再現性の悪化や経時的な劣化が抑制され、 ビームモニタ 1 6 cの不要な出力変動が少なくなるので、 これに起因するエネルギコントローラ 1 6 d等によるエネルギ制御誤差 (露光量制御誤差) の発生を抑制することができる。 この場合、 ビームモニタ 1 6 cを頻繁に交換する必要もない。 勿論、 パルス紫外光 L Bの中心波長及びスぺク トル半値幅を検出してそれぞれ所定の許容範囲内に維持 するようにしても良い。 また、 本実施形態の露光装置 1 0のようなレーザ光源 (パルス光源) を有する走 査型露光装置では、 ウェハ Wの走査速度(スキャン速度) を VW、 ウェハ W上のスリ ッ 卜状の露光領域 4 2 Wの走査方向の幅 (スリツ ト幅) を D、 レーザ光源の発振周 波数を Fとすると、パルス発光間にウェハ、 Wが移動する間隔は Vw/ Fであるため、 ウェハ上の 1点当たりに照射すべきパルス露光光 I Lのパルス数 (露光パルス数) Nは次式で表される。 When the exposure for the first wafer W is completed, main controller 50 instructs a wafer transfer system (not shown) to replace wafer W. As a result, the wafer transfer system and the XY The wafer is exchanged by a wafer transfer mechanism (not shown) on the page 14, and thereafter, search alignment and fine alignment are performed on the replaced wafer in the same manner as described above. In this case, the irradiation fluctuation of the imaging characteristics (including the fluctuation of the focus) of the projection optical system PL from the start of the exposure of the first wafer W is measured by the integrator sensor 46 and the reflected light monitor 47. A command value that is obtained based on the value and that corrects this irradiation variation is given to the imaging characteristic correction controller 78 and an offset is given to the light receiving optical system 60b. Then, as described above, the reticle pattern is transferred to a plurality of shot areas on the wafer W by the step-and-scan method. In this manner, when the exposure for a predetermined number of wafers W (assumed to be M) predetermined as the transmittance measurement interval is completed, the transmittance of the optical system is measured in the same manner as described above, and the measurement result is obtained. It is stored in the memory 51, that is, the measured value of the transmittance is updated. Thereafter, in the same manner as described above, each time M wafers are exposed, the transmittance of the optical system is repeatedly measured, and when the exposure of the Nth wafer W is completed, a series of exposure processing is completed. Note that between transmittance measurements, the transmittance measured immediately before may be used as a fixed value, or the transmittance change may be sequentially updated by calculation and the calculated value may be used. This may be determined according to the transmittance measurement interval or the like. As is clear from the above description, in the present embodiment, the transmittance measuring device is configured by the integrator sensor 46, the irradiation amount monitor 59A, and the main controller 50. Further, in the present embodiment, an image is formed by the piezoelectric elements 74 a, 74 b, 74 c for driving the lens element 70 a, the image forming characteristic correcting controller 78, and the main controller 50. A characteristic adjustment device is configured. In the present embodiment, the main controller 50 also has a role of an exposure controller (exposure amount control system) and a stage controller (stage control system). Of course, these controllers may be provided separately from the main controller 50. In the exposure apparatus 10 of the present embodiment, since the optical sensor 2 having the MN-based semiconductor light receiving element 17 as described above is used as the beam monitor 16 c in the housing of the light source 16, the light receiving element In 17, the carrier layer is present on the surface, and the pulse ultraviolet light (ArF excimer laser light) oscillated from the laser resonator 16a with high precision and sensitivity stabilizes the LB intensity (power). It can be detected well. Therefore, deterioration of measurement reproducibility and deterioration over time due to poor sensitivity of the beam monitor 16c are suppressed, and unnecessary output fluctuation of the beam monitor 16c is reduced. It is possible to suppress the occurrence of an energy control error (exposure amount control error) due to the above. In this case, there is no need to frequently change the beam monitor 16c. Of course, the center wavelength and the half-width of the spectrum of the pulsed ultraviolet light LB may be detected and maintained within a predetermined allowable range. In a scanning type exposure apparatus having a laser light source (pulse light source) such as the exposure apparatus 10 of the present embodiment, the scanning speed (scanning speed) of the wafer W is set to VW, and the slit-shaped exposure on the wafer W is performed. Assuming that the width (slit width) of the area 42 W in the scanning direction (slit width) is D, and the oscillation frequency of the laser light source is F, the distance between the wafer and W between pulse emission is V w / F, so that on the wafer The number of pulses of the pulse exposure light IL to be irradiated per point (number of exposure pulses) N is expressed by the following equation.
N = D / ( Vw/ F ) … ( 6 ) 一方、 上記の露光パルス数 Nは、 必要な露光量制御再現精度を得るために、 光源 1 6のパルスエネルギの既知のばらつき E p σに基づいて定められたウェハ W上の 各点に対し照射すべき露光光 I Lの最小のパルス数 N mi n以上でなければならない。 上式より、 露光パルス数 Nと走査速度 VW とは、 反比例するので、 スリツ 卜幅 D と発振周波数 Fが一定であるとして、 露光パルス数 N、 従って、 最小露光パルス数 (最小パルス発振数) N mi n が小さければ小さい程、 走査速度を向上させることが
できる。 本実施形態では、 ビームモニタ 1 6 cにより高精度、 高感度にレーザ共振器 1 6 aから発振されるパルス紫外光 L Bの強度 (パワー) を安定性良く検出することが できる結果、 パルス毎のエネルギバラツキ E p σが小さくなり、 露光時に許容され る照射エネルギ誤差 Ε σを達成する (必要な露光量制御再現精度を得る) のに必要 な最小露光パルス数 N mi n を小さくすることができ、 これにより走査速度 (スキヤ ン速度) の向上によるスループッ 卜の向上が可能である。 また、 上記の光センサ 2を有するインテグレータセンサ 4 6により高精度、 高感 度、 かつ安定性に優れた露光光 I Lの光強度検出が可能となり、 該インテグレー夕 センサ 4 6の感度不良による計測再現性の悪化や経時的な劣化が抑制されるので、 これに起因するインテグレータセンサ 4 6による計測誤差の発生を抑制して長期間 に渡る高精度な像面照度の推定が可能になる。 また、 このインテグレ一タセンサ 4 6の出力は、 光源 1 6のパワー変動に起因する他のセンサの計測値の変動を防止す るための規格化に用いられるので、それらのセンサの計測誤差の発生も抑制される。 また、 ィンテグレ一タセンサ 4 6の出力はその他のセンサの基準となるので、 例 えば基準照度計 9 0を用いて較正した後の他の露光装置 (他号機) との間の露光量 マッチング精度をも長期間に渡って良好に保つことができ、 前記較正のためのメン テナンス間隔を長 <できることから、 M T B F (mean time between fai l ures) あ るいは M T T R (mean ti me to repai r) の向上にも寄与する。 上記の如く、 主制御装置 5 0では、 インテグレータセンサ 4 6の出力に基づいて 像面照度を推定し、 ウェハ W上の積算露光量が目標露光量となるように露光量の制 御を行うので、 インテグレ一タセンサ 4 6により高精度、 高感度、 かつ安定して露 光光 I Lの光強度検出が可能となる結果、 露光量制御精度の向上、 ひいてはウェハ W上に形成されるパターン線幅精度の向上が可能になる。
また、 本実施形態では、 主制御装置 5 0が、 ムラセンサ 5 9 Bを用いて所定のィ ンターバルで光学系の透過率を計測し、 その計測された透過率の変動をも考慮して 露光量の制御を行うことから、 より一層高精度な露光量制御、 ひいてはより高精度 な露光が可能になる。 また、 透過率の測定に用いられるムラセンサ 5 9 Bを構成す る受光素子として M N系半導体受光素子 1 7を用いていることから、 長い時間露光 動作を続けても、 ムラセンサ 5 9 Bにより、 投影光学系 P Lを通過する露光光 I L の像面上での光強度を正確に計測することができる結果、光学系の透過率を高精度、 高感度、 かつ安定して計測することができる。 また、 本実施形態では、 照明フィールド (露光領域 4 2 W ) 全面に照射される露 光光 I Lを 1度で受光可能な面積の開口 5 9 dを有する照射量モニタ 5 9 Aとして M N系半導体受光素子 1 7を有する光センサ 2を用い、 その光センサの計測値に基 づいて投影光学系 P Lの結像特性の照射変動分を求めてそれに応じて結像特性を補 正することから良好な結像状態を維持することが可能となる。 勿論、 照射量モニタ 5 9 Aの計測値に基づいてレチクル Rの照射変動分を求めて、 更にこれを考慮して 投影光学系の結像特性を補正しても良い。 また、 照明条件が変更された場合にも、 照射量モニタ 5 9 Aにより、 投影光学系 P Lを通過する露光光 I Lの像面上での光 強度を正確に計測することができるので、 それに応じて結像特性の照射変動計算の 基礎データを補正することも可能である。 また、 本実施形態では、 照射量センサ 5 9 (具体的には、 像面の照度を計測する 照射量モニタ 5 9 A、 透過率測定に用いられるムラセンサ 5 9 B、 空間像計測器 5 9 C ) の計測値に基づいて、 結像特性調整装置 (7 4 a〜7 4 c、 7 8、 5 0 ) に より、 前記投影光学系 P Lの結像特性が自動的に調整されるので、 結像特性の調整 作業を一部又は全部自動化することができる。 また、 本実施形態では、 結像特性調整装置は、 反射光モニタ 4 7の出力を更に考 慮して投影光学系 P Lの結像特性 (主として照射変動) を調整する。 すなわち、 露 光中のィンテグレ一タセンサ 4 6の出力と反射光モニタ 4 7の出力とに基づいてゥ
ェハ Wの反射率を前述のようにして算出し、 この算出結果を考慮して投影光学系 P Lの照射変動量を求め、 これを結像特性調整装置により補正することから、 投影光 学系 P Lの照射変動に起因する結像特性を一層正確に補正することができる。 さら に、 反射光モニタ 4 7を構成する受光素子として M N系半導体受光素子 1 7を用い ていることから、 長い時間露光動作を続けても、 反射光モニタ 4 7により、 レチク ル Rからの反射光及びウェハ W側から投影光学系 P Lを通過して戻って〈る露光光 I Lの強度、 ひいてはウェハ Wの反射率を正確に計測することができ、 これにより 結像特性調整装置による、 上記の投影光学系の照射変動に起因する結像特性をより —層正確に補正することが可能になる。 また、 Zチル卜ステージ 5 8上に着脱可能に装備され、 複数の露光装置間の基板 上の露光量のキヤリブレーシヨンを行うための基準照度計 9 0として、 M N系半導 体受光素子 1 7を有する光センサが用いられていることから、 号機間の基板上の露 光量のマッチング (照度マッチング) のための較正 (キャリブレーション) を精度 良く行なうことができる。 また、 Zチルトステージ 5 8の 2次元移動により所定の 照明フィ一ルド内における露光光 I Lの照射量の面内照度ムラを計測可能な照度ム ラセンサ 5 9 Bとして、 M N系半導体受光素子 1 7を有する光センサが用いられて いることから、投影光学系 P Lを含む光学系を経由した照明のムラを基板面(像面) 上で正確に計測することができ、その値に基づいて精度良〈照明ムラを調整したり、 積算露光量分布を均一にすることができ、 これによりウェハ W上に転写形成される パターン線幅精度を向上させることが可能になる。 また、 本実施形態では、 レチクル R上に形成された計測パターンの像と Zチル卜 ステージ 5 8上に設けられた受光面の開口 5 9 f とを相対走査し、 開口 5 9 f を透 過した露光光 I Lを光センサによって受光する空間像計測器 5 9 Cとして、 M N系 半導体受光素子 1 7を有する光センサ 2が用いられていることから、 この空間像計 測器 5 9 Cによって、 レチクル R又は投影光学系 P Lの結像面とウェハ Wとの位置 関係を決定するための情報を高精度に検出することができる。 例えば上記の相対走 査をレチクル上の複数の計測バターンについて X Y 2次元面内で行うと、 光センサ
2の出力に基づいて各計測パターンの空間像が計測され、 この空間像の計測結果か ら投影光学系 P Lの倍率ゃデイス卜ーシヨン等の X Y面内方向の結像特性 (レチク ル Rとウェハ Wの X Y面内の位置関係 (重ね合せオフセッ 卜) を決定する基準とな る情報の一種) を高精度に検出することができる。 また、 例えば、 上記の相対走査 中に X Y面に直交する Z方向について Zチル卜ステージ 5 8の位置を変化させるか、 Zチル卜ステージ 5 8の Z位置を変化させながら上記の相対走査を繰り返し行うこ とにより、 例えば光センサ 2の出力の微分信号のコントラス卜の変化に基づいてレ チクルとウェハとの Z方向の位置関係を決定する基準となる情報であるフォーカス オフセッ 卜、 投影光学系の焦点位置ゃテレセン卜リシティ、 あるいは焦点深度等を 高精度に検出することができる。 更に、 上記のフォーカスオフセッ 卜の検出をレチ クル上の少なくとも異なる 3箇所の計測マークについて行うことにより、 レチクル とウェハとの 0 χ、 Θ y方向の相対位置関係を決定する基準となるレペリング才フ セッ ト (投影光学系の結像面の形状又は像面湾曲) を高精度に検出することができ る。 従って、 上記の検出結果に応じて投影光学系 P Lの倍率等を調整したり、 フォ 一カスオフセッ ト、 レべリングオフセッ 卜に基づいてフォーカスレベリング制御を 行なうことにより、 レチクル Rとウェハ Wの重ね合せ精度 (オーバ一レイ精度) 、 線幅制御精度を向上させることが可能になる。 また、 基準マーク板 F M上に形成された複数の基準マーク (マークパターン) と これらにそれぞれ対応してレチクルに形成されたレチクルマーク(マークパターン) との投影像との相対位置を検出するレチクルァライメン卜系 1 0 0を構成する 2次 元撮像素子としてマ卜リクス状に配置された前記 M N系半導体受光素子 1 7が用い られていることから、 該 2次元撮像素子により上記各マークの投影像を所定の 2次 元像としてそれぞれ高精度に検出することができる。 この場合、 投影像同士の面内 の位置ずれにより重ね合わせオフセッ トを精度良く求めることができるので、 才ー バ一レイ精度を向上させることができる。 また、 この場合、 前記投影像の検出信号 のコントラス卜に基づいてフォーカスオフセッ 卜及びレペリングオフセッ 卜を求め ることが可能であり、 これに基づいてフォーカスレベリング制御を行なうことによ り、 線幅制御精度の向上も可能である。
さらに、 本実施形態の露光装置 1 0では、 波長 1 93 n mの A r Fエキシマレー ザ光、 あるいは波長 248 nm以下の K r Fエキシマレ一ザ光等が露光光 Iしとし て用いられるが、 かかる波長帯域の紫外線を長期間に渡って安定して検出すること ができなかった従来の S 系結晶を用いた P D (フォ卜ダイ才ード) と異なり、 上 記各光センサを構成する MN系半導体受光素子 1 7により、 高精度、 高感度、 かつ 安定性良く、 上記の露光光 I Lを検出することが可能となる。 従って、 本実施形態 では、 短波長のエネルギビ一厶を用いて露光を行うことにより、 投影光学系 PLの 解像力の向上により、 高精度な露光が可能となる。 以上を纏めると、 本実施形態では、 ビームモニタ 1 6 c、 インテグレー夕センサ 46、 反射光モニタ 47、 照射量センサ 59 (照射量モニタ 59 A、 厶ラセンサ 5 9 B、 空間像計測器 59C) 、 レチクルァライメント系内撮像素子 1 04 R、 1 0 4 L等の各光センサを構成する受光素子として M N系半導体受光素子 1 7をもちい たことから、 各光センサを長期間交換することなく、 トータルオーバ一レイ精度向 上、 線幅制御精度向上、 装置安定性向上、 装置間マッチング精度向上、 スループッ 卜向上に対しての効果がある。 但し、 上記の光センサの全てに必ずしも MN系半導体受光素子 1 7あるし、はこれ と同様の受光素子を用いる必要はなく、 その内の任意の光センサのみに用いても良 い。 例えば、 輝度の高いセンサ部や、 キヤリブレーシヨンに用いるセンサ部を中心 に MN系半導体受光素子 1 7あるいはこれと同様の受光素子を用い、 その他の部分 は従来の S i系半導体受光素子を用いることとしても良い。 かかる場合には、 コス 卜の低減が可能である。 上記実施形態では、 MN系半導体受光素子 1 7として、 図 3 (A) に示した P型 G aN層— N型 GaAl N層を用いた構造体、 並びに図 3 (B) に示した N型 GaN 層一 i型 GaA l N層を用いた構造体を例に挙げて説明したが、 本発明はこれらに 限らず、 MN系材料として種々の組合せを用いることができる。 例えば、 図 20に
示したような構造の半導体受光素子を採用することができる。 この半導体受光素子 は、 サファイア基板 1上に、 G a Nバッファ層 1 aを介して N型 G a N層 S 5およ び i型 G a A 1 N層 S 6が積層されており、 i型 G a A 1 N層 S 6上に才一ミック 電極 Q 1 、 Q 2がそれぞれ形成されている。 なお、 本実施形態では、 各光センサに M N系半導体受光素子を用いることとして いるが、 同光センサの表面に照明光束との化学反応により直接付着する不純物はセ ンサ感度を劣化させる要因にもなるので、 実施に当たっては、 石英若し〈はホタル 石で光路を囲んだカバ一を脱着可能としたり、 同カバー内を窒素、 ヘリウム、 アル ゴン、 クリプトン等の不活性ガスでパージしたり、 該不活性ガスを流通させる (フ 口一させる) 手段を設けたり、 更には、 いわゆる光洗浄によりセンサ表面を洗浄す る技術等を併用させることが重要である。 また、 上記実施形態中では特に説明をしなかったが、 本実施形態のように、 2 4 8 n m以下の露光波長により露光を行う装置の場合には、 光束通過部分にはケミカ ルフィルタを通過したクリーンエア一や、 ドライエアー、 N 2ガス、若しくはへリウ ム、 アルゴン、 クリプトン等の不活性ガスを充填させあるいはフローさせたり、 該 光束通過部分を真空にする等の処置が必要となる。 また、 前述した M N系半導体受光素子 1 7を有する光センサからのァゥ卜ガスは その他の光学部材に曇りを生じさせる原因になる可能性もあるため、 該センサの階 層構造としては脱ガスを防止した接着剤や、 光学的コンタク 卜、 更には陰圧として 外部に発生ガスを出さない等の空調機構を設けることが望ましい。 なお、 上記実施形態では、 レチクル R上の計測マークの投影像 (空間像) の計測 を Zチル卜ステージ上の空間像計測器を用いて行う場合について説明したが、 これ に代えて、 Zチル卜ステージ上に着脱自在の照射量センサの一種である波面収差計 測器を設け、 この波面収差計測器により、 投影光学系の結像特性を計測するように しても良い。
図 1 6には、 Zチルトステージ上の所定位置に設置された波面収差計測器 1 2 0 の一例が断面図にて示されている。 この波面収差計測器 1 2 0は、 前述した基準照 度計 9 0のセンサへッ ド部 9 0 Aが設置される場所の近傍の Zチル卜ステージ 5 8 上に着脱自在に装備される。 この波面収差計測器 1 2 0は、 上面が開口したケース 1 2 2と、 このケース 1 2 2の底板 1 2 2 aに固定された前述した図 9の撮像素子 1 0 4 Rと同様の撮像素子 1 2 4と、 ケース 1 2 2の上部開口端を閉塞する受光ガ ラス 1 2 6とを備えている。 受光ガラス 1 2 6の上面にはクロム層等によって遮光 膜 1 2 8が形成され、 この遮光膜の一部に所定の開口 1 3 0 aと、 ピンホール状の 開口 1 3 0 bとがそれぞれ形成されている。 また、 開口 1 3 0 aのほぼ真下には、 折り曲げミラ— 1 3 2が 4 5 ° に斜設されており、 前記開口 1 3 0 bのほぼ真下に は、 ハーフミラ一 1 3 4が折り曲げミラ一と平行に配置されている。 また、 撮像素 子 1 2 4は、 ケーブル 1 3 6を介して不図示の本体データ処理部に接続され、 この 本体データ処理部は、 露光装置 1 0の制御系に対してオンライン化されており、 計 測デ一タ等の通信が可能な構成となっている。 この波面収差計測器 1 2 0によると、 投影光学系 P Lから射出され開口 1 3 0 a に向かって進む一方の光束 (平面波) L L 1 は開口 1 3 0 a及び受光ガラス 1 2 6 を透過し、 折り曲げミラ一 1 3 2、 ハーフミラ一 1 3 4で順次反射されて撮像素子 1 2 4に向かう。 一方、 投影光学系 P Lから射出され開口 1 3 0 bに向かって進む 他方の光束は L L 2は、 開口 1 3 0 bを通過することにより平面波から球面波に変 換されて受光ガラス 1 2 6を介してハーフミラー 1 3 4に進み、 前記光束 L L 1 と 同軸に合成されて撮像素子 1 2 4に向かう。 このため、 撮像素子 1 2 4の受光面に は、 平面波と球面波の干渉による干渉縞が結像し、 この干渉縞の画像信号が、 ケ— ブル 1 3 6を介して不図示のデータ処理部に送られ、 そこで、 投影光学系の波面収 差が求められる。 そして、 この求めた波面収差の計測デ一夕がデータ処理部から露 光装置 1 0の制御系、 すなわち主制御装置 5 0に送られる。 主制御装置 5 0では、 この波面収差の計測データに基づき、 投影光学系 P Lの結像特性を結像特性補正コ ントローラ 7 8を介して補正する。
このように、 波面収差計測器 1 2 0を用いれば、 干渉縞の画像を検出するという 手法が採用されているので、 前述した空間像計測器 5 9 Cで正確な結像特性の検出 が困難な場合であっても、 高精度に投影光学系の波面収差を計測することが可能と なり、 例えば装置の組み立て時、 搬送後の立上げ時、 停電等の緊急時の復帰作業時 等において精度良〈投影光学系の結像特性の調整作業を行うことが可能になる。 な お、 かかる場合の結像特性の調整作業は、 完全に人手によって行っても良いが、 本 実施形態では上記の如く、 主制御装置 5 0により結像特性補正コン卜ローラ 7 8を 介して自動的に行うので、 その分作業者の負担が軽減される。 上記実施形態の露光装置は、 本願の特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含 む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、 組み立てることで製造される。 これら各種精度を確保するために、 この組み立ての 前後には、 各種光学系については光学的精度を達成するための調整、 各種機械系に ついては機械的精度を達成するための調整、 各種電気系については電気的精度を達 成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、 各種サブシステム相互の、 機械的接続、 電気回路の配線接続、 気圧回路の配管接続 等が含まれる。 この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、 各サ ブシステム個々の組み立て工程があることは言うまでもない。 各種サブシステムの 露光装置への組み立て工程が終了したら、 総合調整が行われ、 露光装置全体として の各種精度が確保される。 なお、 露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理 されたクリーンルームで行うことが望ましい。 また、 上記各実施形態では、 本発明がステップ 'アンド 'スキャン方式の走査型 露光装置に適用された場合について説明したが、 本発明の適用範囲がこれに限定さ れることはなく、 静止露光型、 例えばステップ · アンド · リピ—卜方式の露光装置 (ステツパなど) にも好適に適用できるものである。 更にはステップ · アンド · ス ティツチ方式の露光装置、 ミラープロジェクション■ ァライナ一などにも適用でき る o
なお、 上記各実施形態において、 前述の上記各実施形態では本発明が露光用照明 光 I Lとして、 A r Fエキシマレーザ光 (波長 1 93 nm) 、 あるいは F2レーザ 光 (波長 1 57 nm) 等を用いる露光装置に適用された場合について説明したが、 これに限らず、 波長 1 46 n mの K r 2レーザ光、 波長 1 26 n mの A r 2レーザ光 等の真空紫外光を用いる露光装置は勿論、 波長 5〜30 nmの極端紫外光 (EUV 光) を用いる露光装置にも本発明は好適に適用できる。 また、 D F B半導体レーザ又はファイバ一レーザから発振される赤外域、 又は可 視域の単一波長レーザ光を、 例えばエルビウム (又はエルビウムとイツ トリビゥム の両方) がド一プされたファイバ一アンプで増幅し、 非線形光学結晶を用いて紫外 光に波長変換した高調波を用いても良い。 例えば、単一波長レーザの発振波長を 1 . 51〜1 . 59yumの範囲内とすると、 発生波長が 1 89〜1 99 nmの範囲内である 8倍高調波、 又は発生波長が 1 5 1 〜1 59 n mの範囲内である 1 0倍高調波が出力される。 特に発振波長を 1 . 54 4〜1 . 553 mの範囲内とすると、 発生波長が 1 93〜1 94 nmの範囲内の 8倍高調波、 即ち A r Fエキシマレ一ザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られ、 発振波長を 1 . 57~1 . 58 Aimの範囲内とすると、 発生波長が 1 57〜1 58 nmの範囲内の 1 0倍高調波、 即ち F 2レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得 られる。 また、 発振波長を 1 . 03〜1 . 1 の範囲内とすると、 発生波長が 1 47 〜1 60 nmの範囲内である 7倍高調波が出力され、 特に発振波長を 1 . 099~ 1 . 1 06 imの範囲内とすると、 発生波長が 1 57〜1 58 の範囲内の 7倍 高調波、 即ち F2レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。 この場合、 単 —波長発振レーザとしては例えばイツ トリビゥ厶 ■ ド一プ ' ファイバーレーザを用 いることができる。
なお、 上記実施形態で示した投影光学系や、 照明光学系はほんの一例であって、 本発明がこれに限定されないことは勿論である。 例えば、 投影光学系として屈折光 学系に限らず、 反射光学素子のみからなる反射系、 又は反射光学素子と屈折光学素 子とを有する反射屈折系 (力タツディオプ卜リック系) を採用しても良い。 波長 2 0 0 n m程度以下の真空紫外光 (V U V光) を用いる露光装置では、 投影光学系と して反射屈折系を用いることも考えられる。この反射屈折型の投影光学系としては、 例えば特開平 8— 1 7 1 0 5 4号公報及び特開平 1 0—2 0 1 9 5号公報に開示さ れる、 反射光学素子としてビ一ムスプリッタと凹面鏡とを有する反射屈折系、 又は 特開平 8— 3 3 4 6 9 5号公報及び特開平 1 0— 3 0 3 9号公報並びに開示される, 反射光学素子としてビームスプリッタを用いずに凹面鏡などを有する反射屈折系を 用いることができる。 指定国及び選択国の国内法令が許す範囲においてそれらの文 献を援用して本文の記載の一部とする。 この他、 米国特許第 5 , 4 8 8, 2 2 9号、 及び特開平 1 0— 1 0 4 5 1 3号公 報に開示される、 複数の屈折光学素子と 2枚のミラ一 (凹面鏡である主鏡と、 屈折 素子又は平行平面板の入射面と反対側に反射面が形成される裏面鏡である副鏡) と を同一軸上に配置し、 その複数の屈折光学素子によつて形成されるレチクルパター ンの中間像を、 主鏡と副鏡とによってウェハ上に再結像させる反射屈折系を用いて も良い。 この反射屈折系では、 複数の屈折光学素子に続けて主鏡と副鏡とが配置さ れ、 照明光が主鏡の一部を通って副鏡、 主鏡の順に反射され、 さらに副鏡の一部を 通ってウェハ上に達することになる。 勿論、 半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、 液晶表示素子などを 含むディスプレイの製造に用いられる、 デバイスパターンをガラスプレー卜上に転 写する露光装置、 薄膜磁気へッ ドの製造に用いられる、 デバイスパターンをセラミ ックウェハ上に転写する露光装置、 及び撮像素子 (C C Dなど) の製造に用いられ る露光装置などにも本発明を適用することができる。 N = D / ( Vw / F)… (6) On the other hand, the above-mentioned number N of exposure pulses is calculated based on the known variance E p σ of the pulse energy of the light source 16 in order to obtain the required exposure control reproduction accuracy. The minimum pulse number N min of the exposure light IL to be applied to each point on the wafer W determined based on the threshold value must be equal to or more than N min. From the above equation, since the number N of exposure pulses and the scanning speed VW are inversely proportional, assuming that the slit width D and the oscillation frequency F are constant, the number N of exposure pulses, and therefore the minimum number of exposure pulses (minimum number of pulse oscillations) The smaller the N min, the higher the scanning speed can be it can. In this embodiment, the intensity (power) of the pulsed ultraviolet light LB oscillated from the laser resonator 16a can be detected with high stability and high accuracy by the beam monitor 16c. The energy variation E p σ is reduced, and the minimum number of exposure pulses N min required to achieve the irradiation energy error σ σ allowed during exposure (to obtain the required exposure control reproduction accuracy) can be reduced. Thus, it is possible to improve the throughput by improving the scanning speed (scan speed). In addition, the integrator sensor 46 having the above-mentioned optical sensor 2 makes it possible to detect the light intensity of the exposure light IL with high accuracy, high sensitivity, and excellent stability. As a result, the occurrence of measurement errors by the integrator sensor 46 due to this is suppressed, and it is possible to estimate the image plane illuminance over a long period of time with high accuracy. Also, the output of the integrator sensor 46 is used for normalization to prevent fluctuations in the measurement values of other sensors due to fluctuations in the power of the light source 16, so that measurement errors of those sensors may occur. Is also suppressed. In addition, since the output of the integer sensor 46 serves as a reference for other sensors, for example, after calibrating using the reference illuminometer 90, the exposure amount matching accuracy with another exposure apparatus (other unit) can be improved. Can be maintained well over a long period of time, and the maintenance interval for the calibration can be lengthened, so that MTBF (mean time between facilities) or MTTR (mean time to repeat) can be improved. Also contributes. As described above, the main controller 50 estimates the illuminance of the image plane based on the output of the integrator sensor 46 and controls the exposure so that the integrated exposure on the wafer W becomes the target exposure. As a result, the integrator sensor 46 enables high-accuracy, high-sensitivity, and stable detection of the intensity of the exposure light IL, resulting in improved exposure amount control accuracy and, consequently, the accuracy of the pattern line width formed on the wafer W. Can be improved. Further, in the present embodiment, the main controller 50 measures the transmittance of the optical system at a predetermined interval using the unevenness sensor 59 B, and takes into account the fluctuation of the measured transmittance. By performing the above control, more accurate exposure amount control and, consequently, more accurate exposure can be performed. In addition, since the MN-based semiconductor light-receiving element 17 is used as the light-receiving element that constitutes the unevenness sensor 59B used for measuring the transmittance, even when the exposure operation is continued for a long time, the projection is performed by the unevenness sensor 59B. As a result of accurately measuring the light intensity of the exposure light IL passing through the optical system PL on the image plane, the transmittance of the optical system can be measured with high accuracy, high sensitivity, and stably. In the present embodiment, the MN-based semiconductor is used as a dose monitor 59 A having an opening 59 d having an area capable of receiving the exposure light IL irradiating the entire surface of the illumination field (exposure area 42 W) at one degree. Using the optical sensor 2 having the light receiving element 17, based on the measured value of the optical sensor, obtains the irradiation variation of the imaging characteristic of the projection optical system PL, and corrects the imaging characteristic accordingly. It is possible to maintain a proper imaging state. Of course, the irradiation variation of the reticle R may be obtained based on the measurement value of the irradiation amount monitor 59 A, and the imaging characteristics of the projection optical system may be corrected in consideration of the fluctuation. In addition, even when the illumination conditions are changed, the light intensity monitor 59A can accurately measure the light intensity on the image plane of the exposure light IL passing through the projection optical system PL. It is also possible to correct the basic data of the irradiation variation calculation of the imaging characteristics. Further, in this embodiment, the irradiation amount sensor 59 (specifically, the irradiation amount monitor 59 A for measuring the illuminance of the image plane, the unevenness sensor 59 B used for transmittance measurement, the aerial image measuring device 59 C ), The imaging characteristics of the projection optical system PL are automatically adjusted by the imaging characteristics adjusting devices (74a to 74c, 78, 50). The adjustment of the image characteristics can be partially or fully automated. Further, in the present embodiment, the imaging characteristic adjustment device adjusts the imaging characteristic (mainly irradiation variation) of the projection optical system PL by further considering the output of the reflected light monitor 47. That is, based on the output of the integrated sensor 46 during exposure and the output of the reflected light monitor 47, The reflectance of the wafer W is calculated as described above, and the irradiation fluctuation amount of the projection optical system PL is calculated in consideration of the calculation result, and this is corrected by the imaging characteristic adjusting device. It is possible to more accurately correct the imaging characteristics caused by the irradiation variation of the PL. Furthermore, since the MN-based semiconductor light-receiving element 17 is used as the light-receiving element constituting the reflected light monitor 47, even if the exposure operation is continued for a long time, the reflected light monitor 47 reflects the light from the reticle R. The intensity of the exposure light IL returning from the light and the wafer W through the projection optical system PL, and hence the reflectance of the wafer W, can be accurately measured. It becomes possible to more accurately correct the imaging characteristics caused by the irradiation variation of the projection optical system. In addition, an MN-based semiconductor light-receiving element 1 is provided as a reference illuminometer 90 that is detachably mounted on the Z tilt stage 58 and is used to calibrate the exposure amount on the substrate between a plurality of exposure apparatuses. Since an optical sensor having 7 is used, calibration (calibration) for matching the amount of exposure light (illuminance matching) on the substrate between the units can be performed with high accuracy. Further, as an illuminance mura sensor 59B capable of measuring the in-plane illuminance unevenness of the amount of exposure light IL in a predetermined illumination field by two-dimensionally moving the Z tilt stage 58, an MN-based semiconductor light receiving element 17 Since an optical sensor having an optical system is used, it is possible to accurately measure the unevenness of illumination via the optical system including the projection optical system PL on the substrate surface (image surface), and to accurately measure the illumination based on the value. <Illumination unevenness can be adjusted and the integrated exposure amount distribution can be made uniform, thereby improving the accuracy of the pattern line width transferred and formed on the wafer W. Further, in the present embodiment, the image of the measurement pattern formed on the reticle R and the opening 59 f of the light receiving surface provided on the Z tilt stage 58 are relatively scanned, and transmitted through the opening 59 f. Since the optical sensor 2 having the MN-based semiconductor light receiving element 17 is used as the aerial image measuring device 59 C for receiving the exposed exposure light IL by the optical sensor, the aerial image measuring device 59 C Information for determining the positional relationship between the reticle R or the imaging plane of the projection optical system PL and the wafer W can be detected with high accuracy. For example, if the above relative scan is performed in the XY two-dimensional plane for multiple measurement patterns on the reticle, the optical sensor An aerial image of each measurement pattern is measured based on the output of Step 2, and from the measurement results of the aerial image, the imaging characteristics of the projection optical system PL in the XY plane direction such as the magnification / distortion (reticle R and wafer It is possible to detect the positional relationship (a type of information used as a criterion for determining the positional offset (overlay offset) in the XY plane) of W with high accuracy. Also, for example, during the above relative scanning, the position of the Z tilt stage 58 is changed in the Z direction orthogonal to the XY plane, or the above relative scanning is repeated while changing the Z position of the Z tilt stage 58. By doing so, for example, the focus offset, which is information serving as a reference for determining the positional relationship in the Z direction between the reticle and the wafer based on a change in the contrast of the differential signal of the output of the optical sensor 2, and the projection optical system Focus position ゃ Telecentricity or depth of focus can be detected with high accuracy. Further, by detecting the above focus offset at least at three different measurement marks on the reticle, the repelling tool as a reference for determining the relative positional relationship between the reticle and the wafer in the 0 ° and Θy directions. The set (shape of the image plane of the projection optical system or curvature of field) can be detected with high accuracy. Therefore, by adjusting the magnification of the projection optical system PL according to the above detection result, or by performing focus leveling control based on the focus offset and the leveling offset, the reticle R and the wafer W can be overlapped. Accuracy (overlay accuracy) and line width control accuracy can be improved. A reference mark plate for detecting a relative position between a plurality of reference marks (mark patterns) formed on the FM and a projection image of a reticle mark (mark pattern) formed on the reticle corresponding to each of the reference marks. Since the MN-based semiconductor light-receiving element 17 arranged in a matrix is used as a two-dimensional imaging element that constitutes the linear system 100, the two-dimensional imaging element can be used to mark each mark. The projected image can be detected as a predetermined two-dimensional image with high accuracy. In this case, the overlay offset can be obtained with high accuracy based on the in-plane positional deviation between the projection images, so that the precision of the laser beam can be improved. In this case, it is possible to obtain the focus offset and the leveling offset based on the contrast of the detection signal of the projection image. By performing the focus leveling control based on the focus offset and the leveling offset, the line offset can be obtained. It is also possible to improve the width control accuracy. Further, in the exposure apparatus 10 of the present embodiment, an ArF excimer laser light having a wavelength of 193 nm or a KrF excimer laser light having a wavelength of 248 nm or less is used as the exposure light I. Unlike conventional photodiodes (PDs) that use S-based crystals, which have not been able to stably detect ultraviolet light in the wavelength band for a long period of time, the MN-based components that make up each of the above optical sensors The semiconductor light receiving element 17 makes it possible to detect the above-mentioned exposure light IL with high accuracy, high sensitivity, and high stability. Therefore, in the present embodiment, by performing exposure using an energy beam having a short wavelength, it is possible to perform high-precision exposure by improving the resolution of the projection optical system PL. In summary, in the present embodiment, the beam monitor 16c, the integrator evening sensor 46, the reflected light monitor 47, the irradiation amount sensor 59 (irradiation amount monitor 59A, mulla sensor 59B, aerial image measuring instrument 59C), Since the MN-based semiconductor light-receiving element 17 was used as the light-receiving element that composes each optical sensor such as the image sensor 104R and 104L in the reticle alignment system, it was possible to replace each optical sensor without replacing it for a long period of time. This has the effect of improving the accuracy of total overlay, improving line width control accuracy, improving device stability, improving matching accuracy between devices, and improving throughput. However, all of the above optical sensors have the MN-based semiconductor light receiving element 17, and it is not necessary to use a similar light receiving element, and it may be used only for any of the optical sensors. For example, the MN-based semiconductor light-receiving element 17 or a similar light-receiving element is used mainly for the sensor part with high brightness and the sensor part used for calibration, and the other part uses the conventional Si-based semiconductor light-receiving element. It is good. In such a case, the cost can be reduced. In the above embodiment, as the MN-based semiconductor light receiving element 17, a structure using the P-type GaN layer—N-type GaAlN layer shown in FIG. 3 (A) and the N-type shown in FIG. 3 (B) Although a structure using a GaN layer and an i-type GaAlN layer has been described as an example, the present invention is not limited to these, and various combinations can be used as MN-based materials. For example, in Figure 20 A semiconductor light receiving element having the structure as shown can be employed. In this semiconductor light receiving element, an N-type GaN layer S5 and an i-type GaN layer S6 are laminated on a sapphire substrate 1 via a GaN buffer layer 1a. Form electrodes Q 1 and Q 2 are formed on the type G a A 1 N layer S 6 respectively. In the present embodiment, an MN-based semiconductor light receiving element is used for each optical sensor. However, impurities directly adhering to the surface of the optical sensor due to a chemical reaction with an illumination light beam may cause sensor sensitivity to deteriorate. In practice, quartz or fluorite encloses the optical path around the optical path, and the cover is purged with an inert gas such as nitrogen, helium, argon, or krypton. It is important to provide a means for flowing inert gas (to make the gas flow), and to use a technique to clean the sensor surface by so-called light cleaning. Although not specifically described in the above embodiment, in the case of an apparatus that performs exposure with an exposure wavelength of 248 nm or less as in the present embodiment, the light beam passing portion was passed through a chemical filter. It is necessary to take measures such as filling or flowing clean air, dry air, N 2 gas, or an inert gas such as helium, argon, or krypton, or evacuating the light beam passage portion. In addition, since the air gas from the optical sensor having the MN-based semiconductor light receiving element 17 described above may cause fogging of other optical members, the layer structure of the sensor is degassing. It is desirable to provide an air-conditioning mechanism such as an adhesive that prevents air leakage, an optical contact, and a gas that does not emit outgas as negative pressure. In the above embodiment, the case where the measurement of the projection image (aerial image) of the measurement mark on the reticle R is performed using the aerial image measuring device on the Z tilt stage is described. A wavefront aberration measuring device, which is a kind of detachable irradiation amount sensor, may be provided on the stage, and the imaging characteristic of the projection optical system may be measured by the wavefront aberration measuring device. FIG. 16 is a cross-sectional view showing an example of the wavefront aberration measuring device 120 installed at a predetermined position on the Z tilt stage. The wavefront aberration measuring device 120 is detachably mounted on the Z tilt stage 58 near the place where the sensor head 90A of the reference illuminometer 90 is installed. The wavefront aberration measuring device 120 has a case 1 22 with an open top surface, and an imaging device similar to the imaging device 104 R described above in FIG. 9 fixed to the bottom plate 122 a of the case 122. An element 124 and a light-receiving glass 126 closing the upper open end of the case 122 are provided. A light-shielding film 128 is formed on the upper surface of the light-receiving glass 126 by a chrome layer or the like, and a predetermined opening 130a and a pinhole-shaped opening 130b are respectively formed in a part of the light-shielding film. Is formed. A bending mirror 1332 is obliquely provided at 45 ° almost below the opening 130a, and a half mirror 134 is provided almost directly below the opening 130b. They are arranged parallel to one another. The imaging device 124 is connected to a main body data processing unit (not shown) via a cable 133, and this main body data processing unit is online with respect to the control system of the exposure apparatus 10. It is configured to enable communication such as measurement data. According to the wavefront aberration measuring device 120, one light beam (plane wave) LL1 emitted from the projection optical system PL and traveling toward the aperture 130a is transmitted through the aperture 130a and the light receiving glass 126. The light is sequentially reflected by the bending mirror 13 and the half mirror 13 and is directed to the image pickup device 124. On the other hand, the other light beam LL 2 emitted from the projection optical system PL and traveling toward the aperture 130 b is converted from a plane wave into a spherical wave by passing through the aperture 130 b, and the light receiving glass 1 2 6 Then, the light beam LL1 is combined with the light beam LL1 through the half mirror 134 to the image pickup device 124. For this reason, an interference fringe due to the interference between the plane wave and the spherical wave forms an image on the light receiving surface of the image sensor 124, and an image signal of the interference fringe is processed by a data processing unit (not shown) via the cable 1336. The wavefront difference of the projection optical system is calculated. Then, the obtained measurement data of the wavefront aberration is sent from the data processing unit to the control system of the exposure device 10, that is, the main control device 50. The main controller 50 corrects the imaging characteristics of the projection optical system PL via the imaging characteristic correction controller 78 based on the measurement data of the wavefront aberration. As described above, when the wavefront aberration measuring device 120 is used, the method of detecting the image of the interference fringe is adopted, and thus it is difficult to accurately detect the imaging characteristics with the aerial image measuring device 59C described above. Even in the case where it is difficult, it is possible to measure the wavefront aberration of the projection optical system with high accuracy, for example, when assembling the equipment, when starting up after transport, when returning from an emergency such as a power failure, etc. Good <Adjustment of the imaging characteristics of the projection optical system can be performed. In this case, the adjustment operation of the imaging characteristics may be performed completely manually. However, in the present embodiment, as described above, the main controller 50 controls the imaging characteristics via the imaging characteristics correction controller 78. Since it is performed automatically, the burden on the operator is reduced accordingly. The exposure apparatus of the above-described embodiment is constructed by assembling various subsystems including the respective components listed in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical, electrical, and optical accuracy. Manufactured. Before and after this assembly, in order to ensure these various precisions, adjustments to achieve optical precision for various optical systems, adjustments to achieve mechanical precision for various mechanical systems, and various electrical systems Is adjusted to achieve electrical accuracy. The process of assembling the exposure apparatus from various subsystems includes mechanical connections, wiring connections of electric circuits, and piping connections of pneumatic circuits among the various subsystems. It goes without saying that there is an individual assembly process for each subsystem before the assembly process from these various subsystems to the exposure apparatus. When the process of assembling the various subsystems into the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustments are made to ensure various precisions of the entire exposure apparatus. It is desirable that the exposure apparatus be manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled. Further, in each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to the step-and-scan type scanning exposure apparatus has been described. However, the application range of the present invention is not limited to this, and the static exposure type For example, the present invention can be suitably applied to a step-and-repeat type exposure apparatus (such as a stepper). Further, it can be applied to a step-and-stitch exposure apparatus, a mirror projection aligner, etc. o In each of the above embodiments, the present invention is the illumination light IL for exposure in the above foregoing embodiments, A r F excimer laser beam (wavelength 1 93 nm), or F 2 laser beam (wavelength 1 57 nm), etc. has been described when applied to an exposure apparatus that uses, not limited to this, the wavelength 1 46 nm of K r 2 laser beam, an exposure apparatus that uses vacuum ultraviolet light a r 2 laser beam having a wavelength of 1 26 nm is Of course, the present invention can be suitably applied to an exposure apparatus using extreme ultraviolet light (EUV light) having a wavelength of 5 to 30 nm. In addition, single-wavelength laser light in the infrared or visible range oscillated from a DFB semiconductor laser or fiber laser is amplified by a fiber amplifier doped with, for example, erbium (or both erbium and itdium). Alternatively, a harmonic converted to ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used. For example, if the oscillation wavelength of a single-wavelength laser is in the range of 1.51 to 1.59 yum, the 8th harmonic whose generation wavelength is in the range of 189 to 199 nm, or the generation wavelength of 151 to 1 The 10th harmonic within the range of 159 nm is output. In particular, if the oscillation wavelength is in the range of 1.554 to 1.553 m, the generated wavelength is the eighth harmonic within the range of 193 to 194 nm, that is, almost the same wavelength as the ArF excimer laser light. ultraviolet light is obtained consisting, when the oscillation wavelength from 1.57 to 1.58 in the range of Aim, 1 0 harmonic in the range generation wavelength of 1 fifty-seven to one 58 nm, i.e. the F 2 laser beam substantially Ultraviolet light having the same wavelength can be obtained. If the oscillation wavelength is in the range of 1.03 to 1.1, the seventh harmonic whose output wavelength is in the range of 147 to 160 nm is output, and particularly the oscillation wavelength is 1.099 to 1.0. When in the range of 1 06 im, 7 harmonic in the range generation wavelength of 1 57-1 58, i.e., ultraviolet light having almost the same wavelength as F 2 laser light. In this case, as the single wavelength oscillating laser, for example, it is possible to use an itridium ■ doped fiber laser. Note that the projection optical system and the illumination optical system described in the above embodiments are merely examples, and it is a matter of course that the present invention is not limited to these. For example, the projection optical system is not limited to a refraction optical system, and a reflection system consisting of only a reflection optical element, or a catadioptric system having a reflection optical element and a refraction optical element (power dioptric system) may be used. good. In an exposure apparatus that uses vacuum ultraviolet light (VUV light) having a wavelength of about 200 nm or less, a catadioptric system may be used as the projection optical system. Examples of the catadioptric projection optical system include a beam splitter as a reflection optical element disclosed in, for example, JP-A-8-17054 and JP-A-10-20195. And a catadioptric system having a concave mirror and a concave mirror without using a beam splitter as a reflective optical element, as disclosed in JP-A-8-33469 and JP-A-10-3039 For example, a catadioptric system having such a structure can be used. To the extent permitted by the national laws of designated and elected countries, these documents will be incorporated and incorporated into the text. In addition, a plurality of refractive optical elements and two mirrors (concave mirrors) disclosed in U.S. Pat. No. 5,488,229 and Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-1040513 are disclosed. And a sub-mirror, which is a back surface mirror having a reflection surface formed on the side opposite to the entrance surface of the refraction element or the plane-parallel plate), are arranged on the same axis. A catadioptric system may be used in which the intermediate image of the reticle pattern formed is re-imaged on the wafer by the primary mirror and the secondary mirror. In this catadioptric system, a primary mirror and a secondary mirror are arranged following a plurality of refractive optical elements, and illumination light passes through a part of the primary mirror and is reflected in the order of the secondary mirror and the primary mirror. It passes through a part and reaches the wafer. Of course, not only for the exposure equipment used in the manufacture of semiconductor devices, but also in the manufacture of exposure equipment that transfers device patterns onto glass plates and thin-film magnetic heads that are used in the manufacture of displays including liquid crystal display elements. The present invention can be applied to an exposure apparatus used for transferring a device pattern onto a ceramic wafer, an exposure apparatus used for manufacturing an imaging device (such as a CCD), and the like.
《デバイス製造方法》
次に、 上述した露光装置及び露光方法をリソグラフィ工程で使用したデバイスの 製造方法の実施形態について説明する。 図 1 7には、 デバイス ( I Cや L S I等の半導体チップ、 液晶パネル、 C C D、 薄膜磁気ヘッ ド、 マイクロマシン等) の製造例のフ口一チャートが示されている。 図 1 7に示されるように、 まず、 ステップ 2 0 1 (設計ステップ) において、 デバ イスの機能 ·性能設計 (例えば、 半導体デバイスの回路設計等) を行い、 その機能 を実現するためのパターン設計を行う。 引き続き、 ステップ 2 0 2 (マスク製作ス テツプ) において、 設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。 一方、 ス テツプ 2 0 3 (ウェハ製造ステップ) において、 シリコン等の材料を用いてウェハ を製造する。 次に、 ステップ 2 0 4 (ウェハ処理ステップ) において、 ステップ 2 0 1〜ステ ップ 2 0 3で用意したマスクとウェハを使用して、 後述するように、 リソグラフィ 技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。 次いで、 ステップ 2 0 5 (デ バイス組立ステップ) において、 ステップ 2 0 4で処理されたウェハを用いてデバ イス組立を行う。 このステップ 2 0 5には、 ダイシング工程、 ボンディング工程、 及びパッケージング工程 (チップ封入) 等の工程が必要に応じて含まれる。 最後に、 ステップ 2 0 6 (検査ステップ) において、 ステップ 2 0 5で作製され たデバイスの動作確認テス卜、 耐久性テス卜等の検査を行う。 こうした工程を経た 後にデバイスが完成し、 これが出荷される。 図 1 8には、 半導体デバイスの場合における、 上記ステップ 2 0 4の詳細なフロ —例が示されている。 図 1 8において、 ステップ 2 1 1 (酸化ステップ) において はウェハの表面を酸化させる。 ステップ 2 1 2 ( C V Dステップ) においてはゥェ ハ表面に絶緣膜を形成する。 ステップ 2 1 3 (電極形成ステップ) においてはゥェ ハ上に電極を蒸着によって形成する。 ステップ 2 1 4 (イオン打込みステップ) に おいてはウェハにイオンを打ち込む。 以上のステップ 2 1 1〜ステップ 2 1 4それ
それは、 ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、 各段階において必要な 処理に応じて選択されて実行される。 ウェハプロセスの各段階において、 上述の前処理工程が終了すると、 以下のよう にして後処理工程が実行される。 この後処理工程では、 まず、 ステップ 2 1 5 (レ ジス卜形成ステップ) において、 ウェハに感光剤を塗布する。 引き続き、 ステップ《Device manufacturing method》 Next, an embodiment of a device manufacturing method using the above-described exposure apparatus and exposure method in a lithography process will be described. Figure 17 shows a flowchart of an example of manufacturing devices (semiconductor chips such as ICs and LSIs, liquid crystal panels, CCDs, thin-film magnetic heads, micromachines, etc.). As shown in Fig. 17, first, in step 201 (design step), device function and performance design (for example, circuit design of a semiconductor device) is performed, and pattern design for realizing the function is performed. I do. Subsequently, in step 202 (mask manufacturing step), a mask on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step 203 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Next, in step 204 (wafer processing step), using the mask and the wafer prepared in steps 201 to 203, as described later, an actual A circuit and the like are formed. Next, in step 205 (device assembling step), device assembling is performed using the wafer processed in step 204. This step 205 includes processes such as a dicing process, a bonding process, and a packaging process (chip encapsulation) as necessary. Lastly, in step 206 (inspection step), an operation check test, a durability test, and the like of the device manufactured in step 205 are performed. After these steps, the device is completed and shipped. FIG. 18 shows a detailed flow example of the above step 204 in the case of a semiconductor device. In FIG. 18, in step 2 11 (oxidation step), the surface of the wafer is oxidized. Step 2 1 2 (CVD step) forms an insulating film on the wafer surface. In step 2 13 (electrode formation step), electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. In step 2 14 (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Step 2 1 1 to Step 2 1 4 It constitutes a pre-processing step of each stage of wafer processing, and is selected and executed in each stage according to a required process. In each stage of the wafer process, when the above-mentioned pre-processing step is completed, the post-processing step is executed as follows. In this post-processing step, first, in step 2 15 (register forming step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Continue with step
2 1 6 (露光ステップ) において、上で説明したリソグラフィシステム (露光装置) 及び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。 次に、 ステップIn 2 16 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred to the wafer by the lithography system (exposure apparatus) and the exposure method described above. Then, step
2 1 7 (現像ステップ)においては露光されたウェハを現像し、ステップ 2 1 8 (ェ ツチングステップ) において、 レジストが残存している部分以外の部分の露出部材 をエッチングにより取り去る。 そして、 ステップ 2 1 9 (レジスト除去ステップ) において、 エッチングが済んで不要となったレジス卜を取り除く。 これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、 ウェハ上に多 重に回路パターンが形成される。 以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、 露光工程 (ステップ 2 1 6 ) において、 波長 2 0 0 n m以下のエネルギビームを用いて上記実施形態の露 光装置により露光が行われ、 その際、 前記 M N系結晶から形成された受光部を有す るセンサを用いて計測された情報に基づいて、 基板上に所定の解像度及び焦点深度 でマスクパターンの像が形成される。 そして、 そのマスクパターンの像が形成され た基板が現像工程によりその層の剥離が行われ、 段差構造が形成される。 次に、 そ の同段差構造を有する基板にエッチング工程、 蒸着工程、 イオン注入工程等の各ェ 程の処理が階層的に実施され、 所定の回路デバイスが形成される。 従って、 解像度 が 0 . 2 5 μ πι ~ 0 . 0 5 μ mまでの線幅を露光して形成される回路デバイスを高 い歩留まりで製造することが可能となる。 産業上の利用可能性 In step 217 (development step), the exposed wafer is developed, and in step 218 (etching step), the exposed members other than the part where the resist remains are removed by etching. Then, in step 219 (resist removing step), unnecessary resist after etching is removed. By repeatedly performing these pre-processing steps and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer. According to the device manufacturing method of the present embodiment described above, in the exposure step (step 216), exposure is performed by the exposure apparatus of the above embodiment using an energy beam having a wavelength of 200 nm or less. At this time, an image of the mask pattern is formed on the substrate at a predetermined resolution and depth of focus based on information measured using a sensor having a light receiving portion formed from the MN-based crystal. Then, the substrate on which the image of the mask pattern is formed is peeled off in a developing step to form a step structure. Next, processes such as an etching process, a vapor deposition process, and an ion implantation process are hierarchically performed on the substrate having the same step structure to form a predetermined circuit device. Accordingly, it is possible to manufacture a circuit device formed by exposing a line width having a resolution of 0.25 μπι to 0.05 μm with a high yield. Industrial applicability
以上説明したように、 本発明に係る露光装置及び露光方法によれば、 短波長露光
光源を用いても、 光センサを頻繁に交換することなく、 露光精度を長期間に渡って 高精度に維持することができる。 また、 本発明に係るデバイス製造方法によれば、 より集積度の高いマイクロデバイスの生産性を向上することができる。
As described above, according to the exposure apparatus and the exposure method of the present invention, Even if a light source is used, exposure accuracy can be maintained over a long period of time without frequent replacement of the optical sensor. Further, according to the device manufacturing method of the present invention, it is possible to improve the productivity of a microdevice having a higher degree of integration.