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JP3003990B2 - Projection exposure method, projection exposure apparatus and circuit manufacturing method - Google Patents

Projection exposure method, projection exposure apparatus and circuit manufacturing method

Info

Publication number
JP3003990B2
JP3003990B2 JP9000113A JP11397A JP3003990B2 JP 3003990 B2 JP3003990 B2 JP 3003990B2 JP 9000113 A JP9000113 A JP 9000113A JP 11397 A JP11397 A JP 11397A JP 3003990 B2 JP3003990 B2 JP 3003990B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
projection optical
projection
amount
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP9000113A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH09180996A (en
Inventor
健爾 西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP9000113A priority Critical patent/JP3003990B2/en
Publication of JPH09180996A publication Critical patent/JPH09180996A/en
Priority to JP10225690A priority patent/JPH11145054A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3003990B2 publication Critical patent/JP3003990B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は投影露光方法及び投
影露光装置に関し、特に半導体集積回路製造用の投影露
光方法及び投影露光装置における投影レンズの光軸方向
の位置合わせを行う焦点位置制御に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure method and a projection exposure apparatus, and more particularly to a projection exposure method for manufacturing a semiconductor integrated circuit and a focus position control for aligning a projection lens in an optical axis direction in the projection exposure apparatus. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路の製造におけるリソグラ
フィー工程において、ステップ・アンド・リピート方式
の縮小投影型露光装置、所謂ステッッパーは中心的役割
を担うようになっている。このステッパーには、一般に
大きな開口数(N.A.)を有する投影レンズが用いら
れているが、最近ではサブ・ミクロンオーダで形成され
る回路パターンの最小線幅に対応して開口数(N.
A.)がさらに増大し、投影レンズの実用焦点深度は非
常に小さくなっている。また、露光が長時間連続して行
われると投影レンズは露光光による照射エネルギーを吸
収して温度が上昇し、この投影レンズの温度変化、即ち
照射エネルギーの投影レンズへの熱蓄積量に応じて、投
影レンズの結像面内で焦点位置が光軸方向に変化するた
めに結像面が変動し得る。このため、マスク或いはレチ
クル(以下、レチクルと呼ぶ)に形成された回路パター
ンの投影像を感光基板(以下、ウエハと呼ぶ)上に正確
に結像しないと、ウエハ上ではボケたパターンが形成さ
れ解像不良という問題が生じる。そこで、例えば本願出
願人が先に出願した特開昭60−168112号公報に
開示されている装置を用いて、投影レンズの結像面とウ
エハ面とを一致させている。この装置ではレチクル上の
第1マークを検出すると共に、ウエハ上の第2マークを
投影レンズを介して検出する、所謂スルー・ザ・レンズ
(TTL)方式の光学系を設け、第1マークに対しては
この光学系を調整して焦点合わせを行い、その後第2マ
ークに対してはウエハと投影レンズとの間隔を光軸方向
に変化させて焦点合わせを行うように構成されている。
これより、レチクルとウエハとは投影レンズに関して共
役に維持され、ウエハ上にはレチクルの回路パターンの
投影像が常に合焦状態(ベストフォーカス)で投影され
る。
2. Description of the Related Art In a lithography process in the manufacture of a semiconductor integrated circuit, a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus, a so-called stepper, plays a central role. In general, a projection lens having a large numerical aperture (NA) is used for this stepper. However, recently, a numerical aperture (N.A.) corresponding to the minimum line width of a circuit pattern formed on the order of submicrons has been used. .
A. ) Is further increased, and the practical depth of focus of the projection lens is very small. In addition, when exposure is performed continuously for a long time, the projection lens absorbs the irradiation energy of the exposure light and the temperature rises. In accordance with the temperature change of the projection lens, that is, the amount of heat stored in the projection lens by the irradiation energy. Since the focal position changes in the optical axis direction within the image plane of the projection lens, the image plane may fluctuate. For this reason, unless a projected image of a circuit pattern formed on a mask or a reticle (hereinafter, referred to as a reticle) is accurately formed on a photosensitive substrate (hereinafter, referred to as a wafer), a blurred pattern is formed on the wafer. The problem of poor resolution arises. For this reason, for example, the image forming plane of the projection lens and the wafer plane are made to coincide with each other by using an apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-168112 filed by the present applicant. In this apparatus, a so-called through-the-lens (TTL) type optical system for detecting a first mark on a reticle and detecting a second mark on a wafer via a projection lens is provided. This optical system is adjusted to perform focusing, and then the second mark is focused by changing the distance between the wafer and the projection lens in the optical axis direction.
Thus, the reticle and the wafer are maintained conjugate with respect to the projection lens, and the projection image of the circuit pattern of the reticle is always projected on the wafer in a focused state (best focus).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の装置においてレチクル上の第1マークは、パターン領
域に付随して投影レンズの露光フィールド内の周辺に形
成され、露光フィールドの端部においてのみ焦点位置の
検出が行われることになる。このため、露光フィールド
中央での焦点位置は検出されず、投影レンズの像面湾曲
を計測することができない。従って、像面湾曲を計測す
るためには試し焼き等を行わなければならないという問
題点があった。また、通常レチクル上においてサジタル
方向(以下、S方向と呼ぶ)に伸びて形成される矩形状
マークを用い、そのマーク位置での焦点位置を検出して
いるが、このように検出される焦点位置(以下、S方向
の焦点位置と呼ぶ)と、メリディオナル方向(M方向)
に伸びた矩形状マークから検出される焦点位置(以下、
M方向の焦点位置と呼ぶ)とでは、投影レンズの非点収
差によってオフセットが生じる。この結果、焦点位置の
検出制度が低下すると共に、S方向及びM方向の焦点位
置で論じられる投影レンズの解像限界が低下するという
問題点があった。さらに、照射エネルギーの投影レンズ
への熱蓄積量に応じた結像面の変動に追従して、ウエハ
の表面位置を制御することができず、この焦点ずれ、像
面湾曲或いは像面傾斜等によって露光時の結像性能が劣
化するという問題点もあった。
However, in this type of apparatus, the first mark on the reticle is formed in the periphery of the exposure field of the projection lens in association with the pattern area, and is focused only at the end of the exposure field. Position detection will be performed. Therefore, the focal position at the center of the exposure field is not detected, and the curvature of field of the projection lens cannot be measured. Therefore, there is a problem that a trial printing or the like must be performed in order to measure the field curvature. Further, a rectangular mark formed extending in a sagittal direction (hereinafter, referred to as an S direction) on a reticle is usually used to detect a focal position at the mark position. (Hereinafter referred to as the focal position in the S direction) and the meridional direction (M direction)
Focus position detected from a rectangular mark extending
(Referred to as a focal position in the M direction), an offset occurs due to astigmatism of the projection lens. As a result, there is a problem that the accuracy of detecting the focal position is reduced and the resolution limit of the projection lens, which is discussed with the focal positions in the S and M directions, is reduced. Furthermore, the surface position of the wafer cannot be controlled by following the fluctuation of the imaging surface according to the amount of heat accumulated in the projection lens due to the irradiation energy. There is also a problem that the imaging performance at the time of exposure is deteriorated.

【0004】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、焦点位置の検出を行うと共に、投影レンズの熱蓄積
量に応じた結像面の変動に追従して、高精度、短時間に
ウエハ面を最適な露光位置にセットし、常に合焦状態
(ベストフォーカス)で露光を行うことができる投影露
光装置を得ることを目的としている。
The present invention has been made in consideration of the above points, and detects a focal position and follows a change of an image forming surface according to a heat accumulation amount of a projection lens, thereby achieving high accuracy and short time. It is an object of the present invention to obtain a projection exposure apparatus which can set a wafer surface at an optimum exposure position and always perform exposure in a focused state (best focus).

【0005】かかる問題点を解決するため本発明におい
ては、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介し
て基板上に投影する方法において、前記投影光学系に入
射するエネルギー線による照射エネルギーによって前記
投影光学系に蓄積される熱蓄積量に応じて生じる前記投
影光学系の結像面内での複数点の前記投影光学系の光軸
方向の変動特性を記憶する工程と、前記マスクを介して
前記投影光学系に入射する照射エネルギーによって前記
投影光学系に蓄積される熱蓄積量を算出する工程と、前
記変動特性と前記熱蓄積量とに基づいて、前記投影光学
系の結像面の状態を算出する工程と、前記算出した結像
面の状態に応じて、前記結像面と前記基板との相対位置
を調整する工程とを有することとした。
[0005] In the present invention for solving the above problems, a method of a pattern formed on a mask through a projection optical system for projecting onto the substrate, wherein the irradiation energy by the energy beam incident on the projection optical system a step of storing the optical axis direction of the variation characteristic of the projection optical system at a plurality of points in the image plane of the projection optical system caused in accordance with the heat accumulated amount accumulated in the projection optical system, through the mask
The irradiation energy incident on the projection optical system is
Calculating the amount of heat accumulated in the projection optical system; calculating the state of the imaging plane of the projection optical system based on the variation characteristics and the amount of heat accumulation; and Adjusting the relative position between the imaging surface and the substrate according to the state of the surface.

【0006】また、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投影する装置において、前記投
影光学系に入射するエネルギー線による照射エネルギー
によって前記投影光学系に蓄積される熱蓄積量に応じて
生じる前記投影光学系の結像面内での複数点の前記投影
光学系の光軸方向の変動特性を計測する計測手段と;前
記変動特性を記憶する手段と、前記マスクを介して前記
投影光学系に入射する単位時間当たりの照射エネルギー
を計測する手段と前記単位時間当たりの照射エネルギ
ーと、前記エネルギー線が前記投影光学系に入射する時
間情報とに基いて、前記投影光学系に蓄積される熱蓄積
量を算出する工程と、前記変動特性と前記熱蓄積量と
基づいて、前記投影光学系の結像面の状態を算出する算
出手段と、前記算出結果に基づいて、前記結像面と前記
基板との相対位置を調整する調整手段とを備えることと
した。また、マスクに形成されたパターンを投影光学系
を介して基板上に投影する回路製造方法において、前記
投影光学系に入射するエネルギー線による照射エネルギ
ーによって前記投影光学系に蓄積される熱蓄積量に応じ
て生じる前記投影光学系の結像面内での複数点の前記投
影光学系の光軸方向の変動特性を記憶する工程と、前記
マスクを介して前記投影光学系に入射する照射エネルギ
ーによって前記投影光学系に蓄積される熱蓄積量を算出
する工程と、前記変動特性と前記熱蓄積情報とに基づい
て、前記投影光学系の結像面の状態を算出する工程と;
前記算出した結像面の状態に応じて、前記結像面と前記
基板との相対位置を調整する工程とを有することとし
た。
In an apparatus for projecting a pattern formed on a mask onto a substrate via a projection optical system, an irradiation energy by an energy ray incident on the projection optical system is provided.
Measuring means for measuring a variation characteristic of a plurality of points in an image plane of the projection optical system in an optical axis direction of the projection optical system, which is generated in accordance with an amount of heat accumulated in the projection optical system by the projection optical system; means for storing a characteristic, said through the mask
Irradiation energy per unit time incident on the projection optical system
Means for measuring the irradiation energy, and the irradiation energy per unit time.
When the energy ray enters the projection optical system
Heat accumulation in the projection optical system based on the
Calculating the amount , based on the variation characteristics and the heat accumulation amount, calculating means for calculating the state of the imaging surface of the projection optical system, based on the calculation result, the imaging surface and the And adjusting means for adjusting the relative position with respect to the substrate. Further, in a circuit manufacturing method for projecting a pattern formed on a mask onto a substrate via a projection optical system, the irradiation energy by an energy ray incident on the projection optical system is provided.
A step of storing the optical axis direction of the variation characteristic of the projection optical system at a plurality of points in the image plane of the projection optical system caused in accordance with the heat accumulated amount accumulated in the projection optical system by chromatography, wherein
Irradiation energy incident on the projection optical system via a mask
Calculate the amount of heat accumulated in the projection optical system by
And calculating a state of an imaging plane of the projection optical system based on the fluctuation characteristics and the heat accumulation information ;
Adjusting the relative position between the imaging plane and the substrate according to the calculated state of the imaging plane.

【0007】尚、例えばS方向及びM方向にそれぞれ伸び
た矩形状のマークとから成るレチクルマークを備えたテ
ストレチクルを用いた場合には、オフセットが生じるこ
となく焦点位置の検出を行うことができる。そして、露
光フィールド内の複数点でのS方向とM方向の焦点位置を
適当な熱蓄積量毎に検出し、熱蓄積量によって生じるS
方向とM方向の投影光学系の変動を記憶しておく。メモ
リ上の投影光学系の変動特性とに基づいて、投影光学系
の結像面の状態(像面湾曲、像面傾斜等)を算出するよ
うに構成し、この結像面の状態の変動に追従してウエハ
上の露光領域の表面位置を制御し、露光領域表面を最適
な露光位置に維持すれば、焦点ずれや像面湾曲等による
解像不良等の発生を防止でき、常に合焦状態(ベストフ
ォーカス)で露光を行うことができる。
When a test reticle having a reticle mark composed of, for example, rectangular marks extending in the S and M directions, respectively, is used, the focus position can be detected without causing an offset. . Then, the focus positions in the S direction and the M direction at a plurality of points in the exposure field are detected for each appropriate heat accumulation amount, and S generated by the heat accumulation amount is detected.
The fluctuation of the projection optical system in the direction and the M direction is stored. Based on the fluctuation characteristics of the projection optical system on the memory, the state of the image plane of the projection optical system (field curvature, image plane inclination, etc.) is calculated, and the fluctuation of the state of the image plane is calculated. By following the surface position of the exposure area on the wafer and controlling the surface of the exposure area at the optimal exposure position, it is possible to prevent the occurrence of poor resolution due to defocus or curvature of field, etc. (Best focus) for exposure.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を詳述する。図1は本発明の第1の実施例による合
焦機能を有するステッパーの概略的な構成を示す図であ
る。図1において、不図示の露光用照明光源はg線、i
線等のレジストを感光するような波長(露光波長)の照
明光を発生し、この照明光はフライアイレンズ1及びビ
ームスプリッター2を通った後、ミラー3を介してコン
デンサーレンズ4に至り、レチクルステージ5に保持さ
れるレチクルRのパターン領域Paを均一な照度で照明
する。ここで、図2(a)に示すようにレチクルRには
アライメントマークRMとして、透明窓にクロム層で形
成される十字マークを有するアライメントマークRMb
〜RMeが、パターン領域Paに付随して投影レンズ6
の露光フィールドIF内に設けられている。また、図2
(b)にテストレチクルTRの概略的な構成を示す。同
図において、レチクルマークRb〜ReはレチクルRの
アライメントマークRMb〜RMeと対応するように、
投影レンズ6の露光フィールド1F内に配置され、レチ
クルマークRaはテストレチクルTRの中央に設けられ
ている。このレチクルマークRa〜Re、例えばレチク
ルマークRbは、図3に示すように透明窓にY軸、X軸
方向に伸びてクロム層で形成される矩形状のマークRb
x、Rbyを有している。さて、図1に示すように両側
若しくは片側テレセントリックな投影レンズ6は、レチ
クルRのパターン領域Paに描かれた回路パターンまた
はアライメントマークRMの像をレジストが塗布された
ウエハW上に投影する。但し、アライメントマークRM
は不図示のレチクルブラインドによって実素子露光時に
は遮光されることもある。ウエハWは不図示のウエハホ
ルダー(θテーブル)を介して、ティルティングステー
ジ(以下、レベリングステージと呼ぶ)7上に保持され
る。このレベリングステージ7はウエハステージ9上に
設けられ、駆動部8によって任意方向に傾斜可能となっ
ている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a stepper having a focusing function according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the exposure illumination light source (not shown) is g-line, i
Illumination light having a wavelength (exposure wavelength) that exposes a resist such as a line is generated. The illumination light passes through a fly-eye lens 1 and a beam splitter 2, reaches a condenser lens 4 via a mirror 3, and is exposed to a reticle. The pattern area Pa of the reticle R held on the stage 5 is illuminated with uniform illuminance. Here, as shown in FIG. 2A, an alignment mark RMb having a cross mark formed of a chrome layer on a transparent window as an alignment mark RM on the reticle R.
RMe is associated with the pattern area Pa and the projection lens 6
Are provided in the exposure field IF. FIG.
(B) shows a schematic configuration of the test reticle TR. In the figure, reticle marks Rb to Re correspond to alignment marks RMb to RMe of reticle R, respectively.
The reticle mark Ra is disposed in the exposure field 1F of the projection lens 6, and is provided at the center of the test reticle TR. As shown in FIG. 3, the reticle marks Ra to Re, for example, the reticle marks Rb are rectangular marks Rb extending in the Y-axis and X-axis directions on the transparent window and formed of a chrome layer.
x and Rby. Now, as shown in FIG. 1, the bilateral or one-side telecentric projection lens 6 projects the image of the circuit pattern or the alignment mark RM drawn in the pattern area Pa of the reticle R onto the wafer W coated with the resist. However, the alignment mark RM
May be shielded by a reticle blind (not shown) during actual device exposure. The wafer W is held on a tilting stage (hereinafter, referred to as a leveling stage) 7 via a wafer holder (not shown) (not shown). The leveling stage 7 is provided on a wafer stage 9 and can be tilted in an arbitrary direction by a driving unit 8.

【0009】さて、ウエハステージ9のX方向の位置は
レーザ干渉計10と、ウエハステージ9上に設けられた
平面鏡10mとによって検出される。ウエハステージ9
上には、投影レンズ6を通過した露光光量を検出する光
電検出器(ディテクター)12が設けられている。この
ディテクター12の受光面の大きさはレチクルRのパタ
ーン領域Paの投影像の大きさと等しいか、それよりも
大きく定められ、レチクルR及び投影レンズ6を通る露
光光の全てを受光する。また、ウエハステージ9上には
焦点合わせ、ベースライン計測等を行う際に用いられる
フィデューシャル・マークFMを備えたガラス基板等の
基準部材20が、ウエハWの表面位置と略一致するよう
に設けられている。この基準部材20には、フィデュー
シャル・マークFMとして、焦点合わせ等に用いられる
Y軸、X軸方向にそれぞれ伸びた光透過性のスリットパ
ターンである矩形状のマークFMx、FMyが形成され
ている。
The position of the wafer stage 9 in the X direction is detected by a laser interferometer 10 and a plane mirror 10m provided on the wafer stage 9. Wafer stage 9
Above, a photoelectric detector (detector) 12 that detects the amount of exposure light that has passed through the projection lens 6 is provided. The size of the light receiving surface of the detector 12 is determined to be equal to or larger than the size of the projected image of the pattern area Pa of the reticle R, and receives all the exposure light passing through the reticle R and the projection lens 6. In addition, a reference member 20 such as a glass substrate provided with a fiducial mark FM used for performing focusing, baseline measurement, and the like on the wafer stage 9 is substantially aligned with the surface position of the wafer W. Is provided. On the reference member 20, rectangular marks FMx and FMy, which are light-transmitting slit patterns extending in the Y-axis and X-axis directions used for focusing and the like, are formed as fiducial marks FM. I have.

【0010】フィデューシャル・マークFMは、ファイ
バー21を用いて基準部材20の下へ伝送されたg線、
i線等の照明光(露光光)によって、レンズ22とミラ
ー23を介して下方(ウエハステージ9内部)から照明
される。そして、フィデューシャル・マークFMを透過
した照明光は、投影レンズ6を介してレチクルRのパタ
ーン面に、フィデューシャル・マークFMの投影像を結
像する。さらに、アライメントマークRMに遮られるこ
となくレチクルRを透過した光は、コンデンサーレンズ
4、ビームスプリッター2等を介してハーフミラー24
に入射する。このハーフミラー24において2分割され
た照明光は、それぞれ投影レンズ6の瞳面Epと略共役
な位置Epx、Epyに配置される光分割器25x、2
6yに至る。ここで、図4(a)に示すように光分割器
25xは投影レンズ6の瞳像Ep′をX軸方向に関して
波面分割し、この2分割された照明光Exa、Exbは
それぞれディテクター25a、25bによって受光され
る。この光分割器25x及びディテクター25a、25
bから成る第1焦点位置検出系25は、アライメントマ
ークRM(十字マーク)のY軸方向に伸びた矩形状マー
ク部を用いた焦点位置検出時に使用される。また、同様
に図4(b)に示す光分割器26yは瞳像Ep′をY軸
方向に関して波面分割し、この2分割された照明光Ey
a、Eybはそれぞれディテクター26a、26bによ
って受光される。この光分割器26y及びディテクター
26a、26bから成る第2焦点位置検出系26は、ア
ライメントマークRMのX軸方向に伸びた矩形状マーク
部を用いた焦点位置検出時に使用される。
[0010] The fiducial mark FM is a g-line transmitted under the reference member 20 using the fiber 21,
Illumination light (exposure light) such as i-line illuminates the lens 22 and mirror 23 from below (inside the wafer stage 9). The illumination light transmitted through the fiducial mark FM forms a projection image of the fiducial mark FM on the pattern surface of the reticle R via the projection lens 6. Further, the light transmitted through the reticle R without being blocked by the alignment mark RM passes through the condenser lens 4, the beam splitter 2, and the like to the half mirror 24.
Incident on. The illumination light divided into two by the half mirror 24 is divided into light splitters 25x, 2x2 at positions Epx and Epy substantially conjugate to the pupil plane Ep of the projection lens 6, respectively.
6y. Here, as shown in FIG. 4A, the light splitter 25x divides the pupil image Ep 'of the projection lens 6 into wavefronts in the X-axis direction, and the two divided illumination lights Exa and Exb are detected by detectors 25a and 25b, respectively. Is received by the The light splitter 25x and the detectors 25a, 25
The first focus position detection system 25 composed of b is used at the time of focus position detection using a rectangular mark portion extending in the Y-axis direction of the alignment mark RM (cross mark). Similarly, the light splitter 26y shown in FIG. 4B splits the pupil image Ep 'into wavefronts in the Y-axis direction, and divides the illumination light Ey into two.
a and Eyb are received by the detectors 26a and 26b, respectively. The second focus position detection system 26 including the light splitter 26y and the detectors 26a and 26b is used at the time of focus position detection using a rectangular mark portion extending in the X-axis direction of the alignment mark RM.

【0011】また、図1において投影レンズ6の結像面
に向けてピンホール或いはスリットの像を形成するため
の結像光束を、ビームスプリッター33を介して投影レ
ンズ6の光軸に対して斜め方向より供給する照射光学系
31aと、その結像光束のウエハWの表面での反射光束
をビームスプリッター34を介して受光する受光光学系
31bから成る斜入射光方式の焦点検出系31が設けら
れている。この焦点検出系31の構成等については、例
えば本願出願人が先に出願した特開昭60−16811
2号公報に開示されており、ウエハW表面の基準面に対
する上下方向の位置を検出し、ウエハWと投影レンズ6
の結像面との合焦状態を検出するものである。さらに、
平行光束をビームスプリッター33を介して投影レンズ
6の光軸に対して斜め方向より供給する照射光学系32
aと、その平行光束のウエハWの表面での反射光束をビ
ームスプリッター34を介して受光する受光光学系32
bから成る水平位置検出系32が設けられている。この
水平位置検出系32の構成等については、例えば本願出
願人が先に出願した特開昭58−113706号公報に
開示されており、投影レンズ6の光軸に対するウエハW
表面の垂直位置、即ち水平位置を検出するものである。
主制御装置30は第1焦点位置検出系25或いは第2焦
点位置検出系26の出力信号に基づいて、ウエハステー
ジ9の投影レンズ6の光軸方向(Z軸方向)の位置制御
を行う他に、焦点検出系31、水平位置検出系32等を
含む装置全体の動作を統括制御する。さらに、主制御装
置30での演算値や各種アライメント系で検出された位
置ずれ量等に応じて、レベリングステージ7の駆動部8
やウエハステージ7の駆動部11等に所定の駆動指令を
出力する。
In FIG. 1, an image forming light beam for forming an image of a pinhole or a slit toward an image forming surface of the projection lens 6 is inclined through a beam splitter 33 with respect to the optical axis of the projection lens 6. An oblique incident light type focus detection system 31 is provided which includes an irradiation optical system 31a for supplying light from the direction and a light receiving optical system 31b for receiving, via a beam splitter 34, a light beam reflected by the surface of the wafer W of the image forming light beam. ing. The configuration and the like of the focus detection system 31 are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 2, the vertical position of the surface of the wafer W with respect to the reference plane is detected, and the wafer W and the projection lens 6 are detected.
Is to detect the in-focus state with the image forming plane. further,
An irradiation optical system 32 that supplies a parallel light beam from a direction oblique to the optical axis of the projection lens 6 via a beam splitter 33.
a and a light receiving optical system 32 for receiving, via a beam splitter 34, a light beam reflected by the surface of the wafer W of the parallel light beam
A horizontal position detection system 32 consisting of b is provided. The configuration and the like of the horizontal position detection system 32 are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-113706 filed earlier by the present applicant, and the wafer W with respect to the optical axis of the projection lens 6 is
The vertical position of the surface, that is, the horizontal position is detected.
Main controller 30 controls the position of projection lens 6 of wafer stage 9 in the optical axis direction (Z-axis direction) based on the output signal of first focus position detection system 25 or second focus position detection system 26. And the overall operation of the apparatus including the focus detection system 31, the horizontal position detection system 32, and the like. Further, the drive unit 8 of the leveling stage 7 is controlled in accordance with the value calculated by the main controller 30 and the amount of displacement detected by various alignment systems.
And a predetermined drive command to the drive unit 11 of the wafer stage 7 and the like.

【0012】尚、ビームスプリッター2は照明光路中に
挿脱可能に設けられた切換えミラーで、不図示の駆動装
置によって光路外へ退避できるようになっている。ま
た、実際にはミラー面に反射率数%のビームスプリッタ
ー部と全反射ミラー部とを設け、本実施例における焦点
位置検出時には全反射ミラーに、ウエハWの反射率検出
時にはビームスプリッターに切換えられるように構成す
ることが望ましい。
The beam splitter 2 is a switching mirror provided in the illumination optical path so as to be insertable and removable, and can be retracted out of the optical path by a driving device (not shown). Further, actually, a beam splitter section having a reflectance of several percent and a total reflection mirror section are provided on the mirror surface, and are switched to the total reflection mirror at the time of detecting the focal position in this embodiment, and to the beam splitter at the time of detecting the reflectance of the wafer W. It is desirable to configure as follows.

【0013】次に、本実施例のように構成された装置の
動作について説明する。図1において、主制御装置30
は図2(b)に示したテストレチクルTRを用い、適当
な熱蓄積量毎にその熱蓄積量に応じた投影レンズ6の結
像面の所定位置における焦点位置、即ち焦点位置の変動
特性を検出する。まず、図3に示したレチクルマークR
bを用いた焦点位置検出、即ちレチクルマークRb(テ
ストレチクルTR)とフィデューシャル・マークFM
(基準部材20)との投影レンズ6の光軸方向の位置ず
れ量(デフォーカス量)を検出する。この際、露光用照
明光の光路中に設けられ、光路の閉鎖、開放を行うロー
タリーシャッター(不図示)を用い光路を閉鎖して露光
光が投影レンズ6に入射するのを防止しておく。
Next, the operation of the apparatus constructed as in this embodiment will be described. In FIG. 1, main controller 30
FIG. 2B shows, using the test reticle TR shown in FIG. 2B, for each appropriate heat accumulation amount, the focal position at a predetermined position on the imaging surface of the projection lens 6 corresponding to the heat accumulation amount, that is, the fluctuation characteristic of the focal position. To detect. First, the reticle mark R shown in FIG.
b, focus position detection using reticle mark Rb (test reticle TR) and fiducial mark FM
The amount of positional deviation (defocus amount) of the projection lens 6 with respect to the (reference member 20) in the optical axis direction is detected. At this time, a rotary shutter (not shown) provided in the optical path of the illumination light for exposure and closing and opening the optical path is used to close the optical path to prevent the exposure light from entering the projection lens 6.

【0014】そこで、主制御装置30は駆動部11を介
してウエハステージ9をZ方向に移動し、焦点検出系3
1を用いて基準部材20を所定の位置(座標値Z1 )に
位置決めする。そして、基準部材20をファイバー21
で伝送された照明光で下方から照明し、投影レンズ6を
介してテストレチクルTRのパターン面にマークFMx
の投影像FMx′を結像させる。つぎに、図5(a)に
示すように投影像FMx′がマークRbxを相対的にX
方向に走査するように、ウエハステージ9をX方向に微
動させる。この際、マークRbxに遮られることなく、
テストレチクルTRを透過した照明光は、コンデンサー
レンズ4、ミラー3及びビームスプリッター2を介して
ハーフミラー24に入射する。そして、ハーフミラー2
4において反射された照明光は第一焦点位置検出系25
に入射し、光分割器25xによってX軸方向に関して2
分割され、それぞれディテクター25a、25bに受光
される。この際、投影像FMx′とマークRbxとが合
致した時にテストレチクルTRを通過する光量が最も少
なくなり、順次そのずれに応じて光量が増加する。次
に、ディテクター25a、25bから出力される光電信
号は波形処理装置27へ出力され、波形処理装置27に
おいて光電信号がレーザ干渉計10によるウエハステー
ジ9の位置信号に同期して処理される。この結果、図5
(b)に示すような波形信号S1 、S2 が検出され、波
形処理装置27はこの波形信号S1 、S 2 を主制御装置
30に出力する。ここで、光分割器25xを用いて投影
レンズ6の瞳面Epと略共役な位置Epxで照明光を2
分割(所謂、瞳分割)するので、この分割された照明光
Exa、Exbの主光線は、それぞれ投影レンズ6の光
軸に対して傾斜(以下、この傾きをテレセン傾きと呼
ぶ)する。従って、基準部材20を所定位置(座標値Z
1 )にセットすると、投影レンズ6のレチクル側結像位
置がレチクルRのパターンにおいてX軸方向にシフトす
る。そこで、主制御装置30は光分割器25xによって
2分割される照明光Exa、Exbによる投影像FM
x′と、マークRbxとがそれぞれ合致する位置、即ち
波形信号S1 、S 2 がボトムとなる位置a、bのX軸方
向の位置を検出し、その値を座標値X1 、X2 として記
憶する。
Therefore, main controller 30 is driven by drive unit 11.
To move the wafer stage 9 in the Z direction,
1 to a predetermined position (coordinate value Z).1)
Position. Then, the reference member 20 is connected to the fiber 21.
From below with the illumination light transmitted by
Mark FMx on the pattern surface of test reticle TR
Is formed. Next, in FIG.
As shown, the projected image FMx ′ relatively moves the mark Rbx by X
The wafer stage 9 is finely moved in the X direction so as to scan in the X direction.
Move. At this time, without being blocked by the mark Rbx,
The illumination light transmitted through the test reticle TR is
Via lens 4, mirror 3 and beam splitter 2
The light enters the half mirror 24. And half mirror 2
The illumination light reflected at 4 is the first focal position detection system 25
To the X-axis direction by the beam splitter 25x.
Divided and received by detectors 25a and 25b respectively
Is done. At this time, the projected image FMx ′ and the mark Rbx are combined.
Light passing through the test reticle TR
And the amount of light increases sequentially according to the shift. Next
The photoelectric signals output from the detectors 25a and 25b
The signal is output to the waveform processing device 27,
In this case, the photoelectric signal is transferred to the wafer stay by the laser interferometer 10.
Processing is performed in synchronization with the position signal of the edge 9. As a result, FIG.
Waveform signal S as shown in (b)1, STwoIs detected and the wave
The shape processor 27 generates the waveform signal S1, S TwoThe main controller
Output to 30. Here, projection is performed using the light splitter 25x.
At a position Epx substantially conjugate to the pupil plane Ep of the lens 6, the illumination light
Since the light is divided (so-called pupil division), the divided illumination light
The principal rays of Exa and Exb are the light of the projection lens 6 respectively.
Tilt with respect to the axis (hereinafter this tilt is called telecentric tilt)
). Therefore, the reference member 20 is moved to a predetermined position (coordinate value Z).
1), The image forming position of the projection lens 6 on the reticle side
Is shifted in the X-axis direction in the pattern of the reticle R.
You. Therefore, the main controller 30 is controlled by the light splitter 25x.
Projection image FM by illumination light Exa and Exb divided into two
x ′ and the position where the mark Rbx matches, that is,
Waveform signal S1, S TwoX axis of the positions a and b where
Direction is detected, and its value is represented by a coordinate value X.1, XTwoNote as
Remember

【0015】次に、駆動部11を介してウエハステージ
9をZ方向に移動し、焦点検出系31を用いて基準部材
20を所定の位置(座標値Z2 )に位置決めする。そし
て、上述と同様の動作で座標値Z2 において照明光Ex
a、Exbによる投影像FMx′とマークRbxが合致
する位置を検出し、その値を座標値X1 ′、X2 ′とし
て記憶する。この結果得られた焦点位置と合致位置との
関係を図5(c)に示す。図5(c)において、2本の
直線の交点は投影像FMx′の像シフトが生じない位
置、即ちレチクルRと基準部材20のデフォーカス量が
零となる位置(合焦位置Z0 )を表し、各直線の傾きは
照明光Exa、Exbのテレセン傾きに対応している。
そこで、主制御装置30は投影像FMx′とマークRb
xとが合致する位置と、照明光Exa、Exbのテレセ
ン傾きに基づいて、レチクルRと基準部材20とのデフ
ォーカス量を算出し、その値をΔZbsとして記憶す
る。尚、このデフォーカス量の検出は精度向上の点から
上述の計測を複数回行い、その結果得られた平均的な直
線から算出したデフォーカス量を記憶しておくと良い。
Next, the wafer stage 9 is moved in the Z direction via the drive unit 11, and the reference member 20 is positioned at a predetermined position (coordinate value Z 2 ) using the focus detection system 31. Then, the illumination light Ex at the coordinate value Z 2 by the same operation as described above.
The position where the mark Rbx matches the projected image FMx ′ by a and Exb is detected, and the detected value is stored as coordinate values X 1 ′ and X 2 ′. FIG. 5C shows the relationship between the focus position and the matching position obtained as a result. In FIG. 5C, the intersection of the two straight lines is the position where the image shift of the projected image FMx 'does not occur, that is, the position where the defocus amount between the reticle R and the reference member 20 becomes zero (the in-focus position Z 0 ). And the inclination of each straight line corresponds to the telecentric inclination of the illumination light Exa, Exb.
Therefore, main controller 30 sets projected image FMx ′ and mark Rb
The defocus amount between the reticle R and the reference member 20 is calculated based on the position where x matches and the telecentric inclination of the illumination lights Exa and Exb, and the value is stored as ΔZbs. In order to improve the accuracy of the defocus amount detection, the above-described measurement is preferably performed a plurality of times, and the defocus amount calculated from the average straight line obtained as a result is preferably stored.

【0016】次に、主制御装置30はマークRbyを用
い、上述の動作と同様にテストレチクルTRと基準部材
20とのY方向でのデフォーカス量ΔZbmを第2焦点
位置検出系26を用いて検出する。そして、主制御装置
30はマークRbx、Rbyを用いて検出されたS方向
(例えば、X軸方向)及びM方向(例えば、Y軸方向)
のデフォーカス量ΔZbs、ΔZbmに基づいて、例え
ばその平均値をとってレチクルマークRbの位置でのデ
フォーカス量を決定する。さらに、主制御装置30はレ
チクルマークRa、Rc、Rd、Reを用い、上述の動
作と同様に各レチクルマークでのS方向とM方向のデフ
ォーカス量をそれぞれ検出し、それらの値及びこの各値
からレチクルマークの位置での正確なデフォーカス量Δ
Za、ΔZc、ΔZd、ΔZeを決定する。そして、こ
れらの検出結果を投影レンズ6の熱蓄積量が略零の時の
デフォーカス量として記憶する。
Next, the main controller 30 uses the mark Rby to determine the defocus amount ΔZbm between the test reticle TR and the reference member 20 in the Y direction using the second focal position detection system 26 in the same manner as the above operation. To detect. The main controller 30 detects the S direction (for example, the X-axis direction) and the M direction (for example, the Y-axis direction) detected using the marks Rbx and Rby.
For example, based on the defocus amounts ΔZbs and ΔZbm, an average value thereof is taken to determine the defocus amount at the position of the reticle mark Rb. Further, main controller 30 uses reticle marks Ra, Rc, Rd, and Re to detect the defocus amounts in the S and M directions at each reticle mark in the same manner as in the above-described operation, and to determine the values and the values thereof. From the value, the exact defocus amount Δ at the position of the reticle mark
Za, ΔZc, ΔZd, and ΔZe are determined. Then, these detection results are stored as defocus amounts when the heat accumulation amount of the projection lens 6 is substantially zero.

【0017】次に、主制御装置30はロータリーシャッ
ターを駆動して光路を開放し、露光光を投影レンズ6に
入射させる。そして、上述したレチクルマークの位置で
のデフォーカス量の検出をテストレチクルTRのレチク
ルマークRa〜Reの各々について、露光光による投影
レンズ6の照射を行いつつ適当な熱蓄積量毎に行い、各
熱蓄積量に応じたレチクルマークRa〜Reの位置での
デフォーカス量を検出する。尚、主制御装置30は投影
レンズ6の熱蓄積量をディテクター12の出力信号(単
位時間当たりの照射エネルギー量)と、露光光が投影レ
ンズ6に入射している時間(即ち、ロータリーシャッタ
ーの開放時間)に基づいて算出する。その結果、図6に
示すようなレチクルマークRa〜Reの位置での熱蓄積
量とデフォーカス量との関係を表す曲線A(t)、B
(t)、C(t)、D(t)、E(t)が得られる。主
制御装置30は、例えば各曲線を関数で近似できる場合
にはグラフを数式化してメモリ28に記憶させ、近似で
きない場合には各計測点毎に、その関係をメモリ28に
記憶させる。そして、少なくとも1つのレチクルマーク
の位置でのデフォーカス量、例えばマークRbxでのデ
フォーカス量ΔZbsを検出し、このマーク位置での投
影レンズ6の非点収差によるオフセットを考慮したデフ
ォーカス量ΔZbを検出できるようにすると共に、他の
4つのレチクルマークRa、Rc、Rd、Reの位置で
のデフォーカス量ΔZa、ΔZc、ΔZd、ΔZeも同
様に検出できるようにする。
Next, the main controller 30 drives the rotary shutter to open the optical path, and causes the exposure light to enter the projection lens 6. Then, the above-described detection of the defocus amount at the position of the reticle mark is performed for each of the reticle marks Ra to Re of the test reticle TR for each appropriate amount of heat accumulation while irradiating the projection lens 6 with exposure light. The amount of defocus at the position of the reticle marks Ra to Re corresponding to the amount of heat accumulation is detected. The main controller 30 determines the amount of heat accumulated in the projection lens 6 by the output signal of the detector 12 (the amount of irradiation energy per unit time) and the time during which the exposure light is incident on the projection lens 6 (that is, the opening of the rotary shutter). Time). As a result, curves A (t) and B representing the relationship between the amount of heat accumulation and the amount of defocus at the positions of reticle marks Ra to Re as shown in FIG.
(T), C (t), D (t) and E (t) are obtained. For example, when each curve can be approximated by a function, the main control device 30 formulates a graph and stores it in the memory 28. When the curve cannot be approximated, the main controller 30 stores the relationship in the memory 28 for each measurement point. Then, the defocus amount at the position of at least one reticle mark, for example, the defocus amount ΔZbs at the mark Rbx is detected, and the defocus amount ΔZb at this mark position considering the offset due to astigmatism of the projection lens 6 is calculated. In addition to the detection, the defocus amounts ΔZa, ΔZc, ΔZd, and ΔZe at the positions of the other four reticle marks Ra, Rc, Rd, and Re can be similarly detected.

【0018】以上の動作によりZ軸方向の位置合わせ
(焦点合わせ)に用いるデータ(焦点位置の変動特
性)、即ち図6に示したような熱蓄積量Eに応じた各レ
チクルマークの位置でのデフォーカス量ΔZのメモリ2
8への格納が終了する。尚、パターン領域Paに形成さ
れる回路パターンの形状によって、テストレチクルTR
及び各レチクルR毎に透過率が異なり、この透過率の違
いや露光用照明光源の減衰等のため、投影レンズ6に入
射する露光光の単位時間当たりの照射エネルギー量が変
化し得る。このため、実際の露光時には上述のように検
出した焦点位置の変動特性にオフセットが生じる。そこ
で、テストレチクルTR使用時にディテクター12を用
いて投影レンズ6に入射する露光光の単位時間当たりの
照射エネルギー量を検出し、この値をK1 としてメモリ
28に格納しておく。
By the above operation, data (variation characteristics of the focal position) used for the positioning (focusing) in the Z-axis direction, that is, at the position of each reticle mark corresponding to the heat accumulation amount E as shown in FIG. Memory 2 for defocus amount ΔZ
8 is completed. Incidentally, depending on the shape of the circuit pattern formed in the pattern area Pa, the test reticle TR
The transmittance differs for each reticle R, and the amount of irradiation energy per unit time of the exposure light incident on the projection lens 6 may change due to the difference in the transmittance and the attenuation of the exposure illumination light source. Therefore, at the time of actual exposure, an offset occurs in the fluctuation characteristic of the focal position detected as described above. Therefore, to detect the radiation energy per unit of exposure light time enters the projection lens 6 by using a detector 12 when the test reticle TR use, stores the read value in the memory 28 as K 1.

【0019】次に、上述したテストレチクルTRの代わ
りに、図2(a)に示したアライメントマークRMa〜
RMeを有するレチクルRを、レチクルステージ5にセ
ットする。ここで、レチクルRをセットした後にディテ
クター12を用いて投影レンズ6に入射する露光光の単
位時間当たりの照射エネルギー量を検出し、この値K 2
とメモリ28に記憶された値K1 との比(K2 /K1
を補正定数Kとして算出し、メモリ28に格納してお
く。さらに、この補正定数Kを用いてメモリ28に記憶
された変動特性の変動量を補正、即ち変動量をK倍し、
このK倍した焦点位置の変動特性をメモリ28に格納し
ておく。そして、テストレチクルTRのレチクルマーク
Rbに対応するレチクルRのアライメントマークRMb
を用い、上述と同様の動作でアライメントマークRM
b、即ちY軸方向に伸びた矩形状マーク部でのデフォー
カス量ΔZbsを検出する。そして、このデフォーカス
量ΔZbsとメモリ28のデータ(K倍された焦点位置
の変動特性)に基づいて、アライメントマークRc、R
d、Reの位置でのデフォーカス量ΔZc、ΔZd、Δ
Zeと、レチクルRの中心位置でのデフォーカス量ΔZ
aとを、メモリ28上の値から求める。次に、この各位
置でのデフォーカス量ΔZa〜ΔZeに基づいて、投影
レンズ6の像面湾曲を考慮した最適な焦点位置に対する
デフォーカス量ΔZを以下の式(1)から算出する。
Next, instead of the above-described test reticle TR,
In addition, the alignment marks RMa to RMa shown in FIG.
Reticle R having RMe is placed on reticle stage 5.
Cut. Here, after setting reticle R,
Exposure light incident on the projection lens 6 using the
The amount of irradiation energy per unit time is detected, and this value K Two
And the value K stored in the memory 281And the ratio (KTwo/ K1)
Is calculated as a correction constant K and stored in the memory 28.
Good. Further, it is stored in the memory 28 using the correction constant K.
The variation amount of the variation characteristic is corrected, that is, the variation amount is multiplied by K,
The variation characteristic of the focal position multiplied by K is stored in the memory 28.
Keep it. And the reticle mark of the test reticle TR
Alignment mark RMb of reticle R corresponding to Rb
And the alignment mark RM is operated in the same manner as described above.
b, that is, deformation at a rectangular mark extending in the Y-axis direction.
The waste amount ΔZbs is detected. And this defocus
The amount ΔZbs and the data in the memory 28 (K times the focal position
Of the alignment marks Rc, R
Defocus amounts ΔZc, ΔZd, Δ at positions d and Re
Ze and the defocus amount ΔZ at the center position of the reticle R
a is obtained from the value on the memory 28. Next,
Projection based on the defocus amounts ΔZa to ΔZe
Optimal focus position considering field curvature of lens 6
The defocus amount ΔZ is calculated from the following equation (1).

【0020】[0020]

【数1】 (Equation 1)

【0021】また、X軸、Y軸方向への像面傾斜量Δθ
x、Δθyを以下の式(2)、(3)から算出する。但
し、レチクルRの中心から各アライメントマークRMb
〜RMeまでの距離をlとする。
Further, the image plane tilt amount Δθ in the X-axis and Y-axis directions
x and Δθy are calculated from the following equations (2) and (3). However, each alignment mark RMb from the center of reticle R
Let l be the distance from RMe to.

【0022】[0022]

【数2】 (Equation 2)

【0023】次に、主制御装置30は焦点検出系31に
よるウエハWの露光領域の所定位置(座標値Z2 )での
検出値がΔZだけ変化するように、駆動部11を介して
ウエハステージ9をZ軸方向にデフォーカス量ΔZだけ
移動させる。さらに、水平位置検出系32によるウエハ
W上の露光領域でのX軸、Y軸方向の検出値がそれぞれ
像面傾斜量Δθx、Δθyと一致するように、駆動部8
を介してレベリングステージ7を傾ける。これより、レ
チクルRとウエハW上の露光領域とが投影レンズ6に関
して共役な位置にセットされると共に、投影レンズ6の
像面湾曲、像面傾斜等による解像不良の発生等が防止さ
れ、Z軸方向の位置合わせ(焦点合わせ)が終了する。
尚、上述の式(1)より算出されるデフォーカス量ΔZ
を、アライメントマークRMa〜RMeでのデフォーカ
ス量ΔZa〜ΔZeから平均化して求め、その値に応じ
てウエハW上の露光領域の位置を調整すれば、より精度
良くZ軸方向の位置合わせを行うことができる。
Next, main controller 30 drives wafer stage 11 via drive unit 11 so that the detection value at a predetermined position (coordinate value Z 2 ) of the exposure area of wafer W by focus detection system 31 changes by ΔZ. 9 is moved by the defocus amount ΔZ in the Z-axis direction. Further, the drive unit 8 controls the horizontal position detection system 32 so that the detection values in the X-axis and Y-axis directions in the exposure area on the wafer W coincide with the image plane tilt amounts Δθx and Δθy, respectively.
The leveling stage 7 is tilted through. Accordingly, the reticle R and the exposure area on the wafer W are set at conjugate positions with respect to the projection lens 6, and the occurrence of poor resolution due to the curvature of the field of the projection lens 6, the tilt of the field, and the like is prevented. Positioning (focusing) in the Z-axis direction ends.
Note that the defocus amount ΔZ calculated from the above equation (1)
Are averaged from the defocus amounts ΔZa to ΔZe at the alignment marks RMa to RMe, and the position of the exposure area on the wafer W is adjusted in accordance with the average value, thereby performing more accurate alignment in the Z-axis direction. be able to.

【0024】さて、露光を長時間連続して行うと、熱蓄
積量に応じて投影レンズ6の結像面の状態が変動し、解
像不良等が発生し得る。そこで、長時間連続して露光を
行う場合には、適宜任意のアライメントマーク、例えば
アライメントマークRMbのY軸方向に伸びた矩形状マ
ーク部を用い、上述と同様の動作でデフォーカス量ΔZ
bsを検出する。そして、このデフォーカス量ΔZbs
が所定の許容範囲を越える時には、デフォーカス量ΔZ
bsとメモリ28上のデータから、各アライメントマー
ク位置でのデフォーカス量を求め、この各位置でのデフ
ォーカス量に基づいて、式(1)〜(3)からデフォー
カス量ΔZと像面傾斜量Δθx、Δθyを算出する。次
に、主制御装置30はこの結果に応じて駆動部8、11
に所定の駆動指令を出力し、ウエハW上の露光領域を最
適な露光位置にセットする。この動作を適宜繰り返して
行うことにより、投影レンズ6の熱蓄積量Eに応じた結
像面の状態の変動に追従して、Z軸方向の位置合わせを
行うことができる。
If the exposure is continuously performed for a long time, the state of the image forming surface of the projection lens 6 fluctuates according to the amount of accumulated heat, and poor resolution may occur. Therefore, when exposure is performed continuously for a long time, an arbitrary alignment mark, for example, a rectangular mark portion extending in the Y-axis direction of the alignment mark RMb is used, and the defocus amount ΔZ
bs. Then, the defocus amount ΔZbs
Exceeds the predetermined allowable range, the defocus amount ΔZ
bs and the data on the memory 28, the defocus amount at each alignment mark position is obtained, and based on the defocus amount at each position, the defocus amount ΔZ and the image plane tilt are calculated from Expressions (1) to (3). The amounts Δθx and Δθy are calculated. Next, main controller 30 responds to this result to drive units 8 and 11.
, A predetermined drive command is output to set an exposure area on the wafer W to an optimal exposure position. By repeating this operation as appropriate, it is possible to perform positioning in the Z-axis direction while following a change in the state of the imaging surface according to the heat accumulation amount E of the projection lens 6.

【0025】また、ウエハWにレジストの厚みムラ等が
生じている場合には、上述の式(1)で算出されるデフ
ォーカス量ΔZだけオフセットが生じる、即ち最適焦点
位置が零点基準となるように、受光光学系31bの内部
に設けられた平行平板ガラス(プレーンパラレル)の角
度を調整し、焦点検出系31のキャリブレーションを行
う。そして、この焦点検出系31を用いて露光領域毎に
ウエハW上の露光領域のZ軸方向の位置を検出し、この
位置と零点基準との差が零となるように、焦点検出系3
1の出力信号に基づいてウエハステージ9をZ軸方向に
移動させることにより、レジストの厚みムラ等による解
像不良等の発生が防止できる。また、焦点検出系31に
よる焦点合わせと並行して、露光領域毎に水平位置検出
系32を用い、この水平位置検出系32の出力信号に基
づいて露光領域面の傾きが像面傾斜量Δθx、Δθyと
一致するようにレベリングステージ7を駆動すれば、同
様に解像不良等の発生が防止され、ウエハW全面で高精
度の露光を行うことができる。
When the thickness unevenness of the resist or the like occurs on the wafer W, the offset is generated by the defocus amount ΔZ calculated by the above equation (1), that is, the optimum focus position is set to the zero point reference. Then, the angle of the parallel flat glass (plane parallel) provided inside the light receiving optical system 31b is adjusted, and the focus detection system 31 is calibrated. Then, the position of the exposure area on the wafer W in the Z-axis direction is detected for each exposure area using the focus detection system 31, and the focus detection system 3 is adjusted so that the difference between this position and the zero point reference becomes zero.
By moving the wafer stage 9 in the Z-axis direction based on the output signal of No. 1, it is possible to prevent the occurrence of poor resolution or the like due to unevenness in the thickness of the resist. Further, in parallel with the focusing by the focus detection system 31, a horizontal position detection system 32 is used for each exposure area, and based on an output signal of the horizontal position detection system 32, the inclination of the exposure area surface is determined by the image plane inclination amount Δθx, If the leveling stage 7 is driven so as to coincide with Δθy, occurrence of poor resolution or the like is similarly prevented, and high-precision exposure can be performed on the entire surface of the wafer W.

【0026】尚、本実施例では第1焦点位置検出系25
と第2焦点位置検出系26とを設けて焦点位置検出を行
っていたが、特に2組の焦点位置検出系を用いる必要は
なく、例えば投影レンズ6の瞳像Ep′を座標系XYの
面内で45度傾いた方向に波面分割するように、光分割
器を投影レンズ6の瞳面Epと略共役な位置に設け、こ
の光分割器によって2分割される照明光をそれぞれ受光
するように2つのディテクターを配置すれば、1組の焦
点位置検出系でも同様の効果を得られることは明らかで
ある。
In this embodiment, the first focus position detecting system 25 is used.
And the second focus position detection system 26 are provided to perform the focus position detection. However, it is not necessary to use two sets of focus position detection systems. For example, the pupil image Ep ′ of the projection lens 6 is converted to a surface of the coordinate system XY. The light splitter is provided at a position substantially conjugate to the pupil plane Ep of the projection lens 6 so as to split the wavefront in a direction inclined by 45 degrees within the direction of the projection lens 6 so as to receive the illumination light split by the light splitter. If two detectors are arranged, it is clear that the same effect can be obtained even with one set of focus position detection systems.

【0027】また、本実施例では少なくとも1つのアラ
イメントマーク(例えば、RMb)の位置でのS方向
(或いはM方向)のデフォーカス量ΔZbs(ΔZb
m)を検出し、このデフォーカス量ΔZbsとメモリ2
8のデータとに基づいて、式(1)〜(3)からデフォ
ーカス量ΔZ及び像面湾曲量Δθx、Δθyを算出して
いた。しかし、ディテクター12の出力信号(単位時間
当たりの照射エネルギー量)と、ロータリーシャッター
の閉鎖、開放時間から熱蓄積量Eを算出し、上述のデフ
ォーカス量の代わりに熱蓄積量Eを用い、この熱蓄積量
Eとメモリ28のデータに基づいて、式(1)〜(3)
からデフォーカス量ΔZ及び像面湾曲量Δθx、Δθy
を求めても同様の効果を得ることができる。
In this embodiment, the defocus amount ΔZbs (ΔZb) in the S direction (or M direction) at the position of at least one alignment mark (for example, RMb).
m) is detected, and the defocus amount ΔZbs and the memory 2
8, the defocus amount ΔZ and the field curvature amounts Δθx and Δθy are calculated from the equations (1) to (3). However, the heat accumulation amount E is calculated from the output signal of the detector 12 (irradiation energy amount per unit time) and the closing and opening times of the rotary shutter, and the heat accumulation amount E is used instead of the above-described defocus amount. Based on the heat accumulation amount E and the data in the memory 28, the equations (1) to (3)
From the defocus amount ΔZ and the field curvature amounts Δθx and Δθy
, The same effect can be obtained.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上にように本発明によれば、露光光に
よる照射エネルギーの投影光学系への熱蓄積量に応じ
て、投影光学系の結像面の状態が変化しても、この結像
面の状態に追従して補正を行うため、投影光学系の実用
焦点深度に対する焦点位置制御の精度を高くすることが
でき、常に合焦状態(ベストフォーカス)で露光を行う
ことができる。
As described above, according to the present invention, even if the state of the imaging surface of the projection optical system changes in accordance with the amount of irradiation energy of the exposure light which is accumulated in the projection optical system, this image formation can be achieved. image
Since the correction is performed in accordance with the state of the surface, the precision of the focus position control with respect to the practical depth of focus of the projection optical system can be increased, and the exposure can always be performed in a focused state (best focus).

【0029】また、S方向及びM方向の焦点位置からそ
の位置での焦点位置を決定するようにすれば、投影レン
ズの非点収差によるオフセットが発生することなく、高
精度に焦点位置を検出することができる。
If the focal position at that position is determined from the focal positions in the S direction and the M direction, the focal position can be detected with high accuracy without causing an offset due to astigmatism of the projection lens. be able to.

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

【図1】本発明の第1の実施例による合焦機能を有する
ステッパーの概略的な構成を示す平面図。
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a stepper having a focusing function according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)デバイス用レチクルの概略的な構成を示
す図。 (b)テストレチクルの概略的な構成を示す図。
FIG. 2A is a diagram showing a schematic configuration of a device reticle. (B) The figure which shows the schematic structure of a test reticle.

【図3】焦点位置検出に用いるレチクルマークの概略的
な構成を示す平面図。
FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of a reticle mark used for focus position detection.

【図4】(a)Y軸方向に伸びたマークを用いて焦点位
置を検出する際に用いられる光分割器の配置の説明に供
する図。 (b)X軸方向に伸びたマークを用いて焦点位置を検出
する際に用いられる光分割器の配置の説明に供する図。
FIG. 4A is a diagram for explaining an arrangement of a light splitter used when detecting a focal position using a mark extending in a Y-axis direction. (B) A diagram for explaining the arrangement of a light splitter used when detecting a focal position using a mark extending in the X-axis direction.

【図5】(a)フィデューシャル・マークの投影像がレ
チクルマークを走査する際の説明に供す図。 (b)ウエハステージの位置信号と同期してディテクタ
ーの光量変化を検出する時に得られる波形信号を表す
図。 (c)デフォーカス量の検出の説明に供する図。
FIG. 5A is a diagram provided for explanation when a projected image of a fiducial mark scans a reticle mark. (B) A diagram showing a waveform signal obtained when detecting a change in the light amount of the detector in synchronization with the position signal of the wafer stage. FIG. 3C is a diagram for describing detection of a defocus amount.

【図6】投影レンズの温度変化による結像面の変化を示
す図。
FIG. 6 is a diagram illustrating a change in an image forming surface due to a change in temperature of a projection lens.

【主要部分の符号の説明】[Explanation of Signs of Main Parts]

7・・・レベリングステージ、9・・・ウエハステー
ジ、12・・・ディテクター(照射エネルギー量検出
器)、20・・・基準部材、24・・・ハーフミラー、
25x、26y・・・光分割器、25a、25b、26
a、26b・・・ディテクター、27・・・波形処理装
置、28・・・メモリ、30・・・主制御装置、31
a、31b・・・焦点検出系、32a、32b・・・水
平位置検出系、R・・・レチクル、W・・・ウエハ。
7: Leveling stage, 9: Wafer stage, 12: Detector (irradiation energy amount detector), 20: Reference member, 24: Half mirror,
25x, 26y ... light splitter, 25a, 25b, 26
a, 26b: detector, 27: waveform processing device, 28: memory, 30: main controller, 31
a, 31b: focus detection system; 32a, 32b: horizontal position detection system; R: reticle; W: wafer.

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】マスクに形成されたパターンを投影光学系
を介して基板上に投影する方法において、 前記投影光学系に入射するエネルギー線による照射エネ
ルギーによって前記投影光学系に蓄積される熱蓄積量に
応じて生じる前記投影光学系の結像面内での複数点の前
記投影光学系の光軸方向の変動特性を記憶する工程と;前記マスクを介して前記投影光学系に入射する照射エネ
ルギーによって前記投影光学系に蓄積される熱蓄積量を
算出する工程と; 前記変動特性と前記熱蓄積量とに基づいて、前記投影光
学系の結像面の状態を算出する工程と; 前記算出した結像面の状態に応じて、前記結像面と前記
基板との相対位置を調整する工程とを有することを特徴
とする投影露光方法。
1. A method of projecting a pattern formed on a mask onto a substrate via a projection optical system, comprising: irradiating energy with energy rays incident on the projection optical system.
Process and for storing the optical axis direction of the variation characteristic of the projection optical system at a plurality of points in the image plane of the projection optical system caused in accordance with the heat accumulated amount accumulated in the projection optical system by Energy; the mask Irradiation energy that enters the projection optical system through
The amount of heat accumulated in the projection optical system by energy
Calculating; and calculating a state of an imaging plane of the projection optical system based on the fluctuation characteristics and the heat accumulation amount ; and calculating the state of the imaging plane according to the calculated state of the imaging plane. Adjusting the relative position between the substrate and the substrate.
【請求項2】前記相対位置を調整する工程は、前記投影
光学系に対する前記基板の位置を調整する工程を含むこ
とを特徴とする請求項1に記載の投影露光方法。
2. The projection exposure method according to claim 1, wherein adjusting the relative position includes adjusting a position of the substrate with respect to the projection optical system.
【請求項3】前記投影光学系の結像面内の複数点での異
なる2方向に関する前記投影光学系の光軸方向の変動特
性を記憶することを特徴とする請求項1または2に記載
の投影露光方法。
3. The projection optical system according to claim 1, wherein the variation characteristics in the optical axis direction of the projection optical system in two different directions at a plurality of points in an image plane of the projection optical system are stored. Projection exposure method.
【請求項4】前記異なる2方向は、サジタル方向とメリ
ディオナル方向であることを特徴とする請求項3に記載
の投影露光方法。
4. The projection exposure method according to claim 3, wherein said two different directions are a sagittal direction and a meridional direction.
【請求項5】マスクに形成されたパターンを投影光学系
を介して基板上に投影する装置において、 前記投影光学系に入射するエネルギー線による照射エネ
ルギーによって前記投影光学系に蓄積される熱蓄積量に
応じて生じる前記投影光学系の結像面内での複数点の前
記投影光学系の光軸方向の変動特性を計測する計測手段
と;前記変動特性を記憶する手段と;前記マスクを介して前記投影光学系に入射する単位時間
当たりの照射エネルギーを計測する手段と; 前記単位時間当たりの照射エネルギーと、前記エネルギ
ー線が前記投影光学 系に入射する時間情報とに基いて、
前記投影光学系に蓄積される熱蓄積量を算出する工程
と; 前記変動特性と前記熱蓄積量とに基づいて、前記投影光
学系の結像面の状態を算出する算出手段と; 前記算出結果に基づいて、前記結像面と前記基板との相
対位置を調整する調整手段とを有することを特徴とする
投影露光装置。
5. An apparatus for projecting a pattern formed on a mask onto a substrate via a projection optical system, wherein the irradiation energy by an energy ray incident on the projection optical system is provided.
Measuring means for measuring the optical axis direction of the variation characteristic of the projection optical system at a plurality of points in the image plane of the projection optical system caused in accordance with the heat accumulated amount accumulated in the projection optical system by Energy; the Means for storing a variation characteristic; unit time for entering the projection optical system via the mask
Means for measuring irradiation energy per unit time ; irradiation energy per unit time ;
Based on the time information at which the ray enters the projection optical system,
Calculating the amount of heat stored in the projection optical system
If, on the basis of the variation characteristics and the heat storage amount, the calculation means for calculating a state of the focal plane of the projection optical system; based on the calculation result, the relative position between the substrate and the imaging plane A projection exposure apparatus, comprising: an adjusting unit that adjusts the distance.
【請求項6】前記調整手段は、前記投影光学系の光軸方
向に関して前記結像面と前記基板との相対位置の調整
と、前記結像面と前記基板との相対的な傾きの調整との
少なくとも一方を行う調整機構を含むことを特徴とする
請求項5に記載の投影露光装置。
6. An adjusting means for adjusting a relative position between the imaging surface and the substrate with respect to an optical axis direction of the projection optical system, and adjusting a relative inclination between the imaging surface and the substrate. The projection exposure apparatus according to claim 5, further comprising an adjustment mechanism that performs at least one of the following.
【請求項7】前記マスクは、複数の計測個所の各々に異
なる2方向に延びた2つの計測マークを有し、前記計測
手段は、該計測マークを用いて前記複数点の前記投影光
学系の光軸方向の変動特性を計測することを特徴とする
請求項5に記載の投影露光装置。
7. The mask has two measurement marks extending in two different directions at each of a plurality of measurement points, and the measurement means uses the measurement marks to measure the plurality of points of the projection optical system. The projection exposure apparatus according to claim 5, wherein a fluctuation characteristic in an optical axis direction is measured.
【請求項8】前記異なる2方向は、サジタル方向とメリ
ディオナル方向であることを特徴とする請求項7に記載
の投影露光装置。
8. The projection exposure apparatus according to claim 7, wherein said two different directions are a sagittal direction and a meridional direction.
【請求項9】マスクに形成されたパターンを投影光学系
を介して基板上に投影する回路製造方法において、 前記投影光学系に入射するエネルギー線による照射エネ
ルギーによって前記投影光学系に蓄積される熱蓄積量に
応じて生じる前記投影光学系の結像面内での複数点の前
記投影光学系の光軸方向の変動特性を記憶する工程と;前記マスクを介して前記投影光学系に入射する照射エネ
ルギーによって前記投影光学系に蓄積される熱蓄積量を
算出する工程と; 前記変動特性と前記熱蓄積量とに基づいて、前記投影光
学系の結像面の状態を算出する工程と; 前記算出した結像面の状態に応じて、前記結像面と前記
基板との相対位置を調整する工程とを有することを特徴
とする回路製造方法。
9. A circuit manufacturing method for projecting a pattern formed on a mask onto a substrate via a projection optical system, the method comprising: irradiating energy by an energy ray incident on the projection optical system.
Process and for storing the optical axis direction of the variation characteristic of the projection optical system at a plurality of points in the image plane of the projection optical system caused in accordance with the heat accumulated amount accumulated in the projection optical system by Energy; the mask Irradiation energy that enters the projection optical system through
The amount of heat accumulated in the projection optical system by energy
Calculating; and calculating a state of an imaging plane of the projection optical system based on the fluctuation characteristics and the heat accumulation amount ; and calculating the state of the imaging plane according to the calculated state of the imaging plane. Adjusting the relative position between the substrate and the substrate.
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