JP2002195912A - Method and apparatus for measuring optical property, exposure apparatus and method for producing device - Google Patents

Method and apparatus for measuring optical property, exposure apparatus and method for producing device

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JP2002195912A
JP2002195912A JP2000397069A JP2000397069A JP2002195912A JP 2002195912 A JP2002195912 A JP 2002195912A JP 2000397069 A JP2000397069 A JP 2000397069A JP 2000397069 A JP2000397069 A JP 2000397069A JP 2002195912 A JP2002195912 A JP 2002195912A
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JP
Japan
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optical system
measurement
projection optical
pattern
illumination
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JP2000397069A
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Japanese (ja)
Inventor
Naohito Kondo
尚人 近藤
Sachiko Mishima
幸子 三嶋
Koji Saito
浩司 齋藤
Tsuneyuki Hagiwara
恒幸 萩原
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591Testing optical components

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately calculate the best focus position in a projection optical system, regardless of the condition of illumination. SOLUTION: A slit 22 is relatively scanned with respect to a spatial image of a pattern PM formed near the image plane of the projection optical system PL by an illuminating light, and a signal corresponding to the strength of the illuminating light passing through the slit is obtained at each of plural positions of a slit plate 90 in the optical axis direction. A tentative position as the best focus position is determined from a first contrast curve that is calculated based on the contrast values of these signals. A second contrast curve is obtained from the tentative position set as the central point by weighting the contrast values using a weighting function including weighting parameters in accordance with the condition of illumination, thereby determines the true best focus position. Accordingly, the weighting parameters are determined beforehand so that the measurement accuracy is not deteriorated in each condition of illumination. As a result, the best focus position can be accurately calculated, regardless of the condition of illumination.

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、光学特性計測方法
及び装置、露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、
更に詳しくは、投影光学系の光学特性を計測する光学特
性計測方法及び装置、マスクに形成された回路パターン
を投影光学系を介して基板に転写する露光装置、並びに
該露光装置を用いて露光を行うデバイス製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical characteristic measuring method and apparatus, an exposure apparatus, and a device manufacturing method.
More specifically, an optical characteristic measuring method and apparatus for measuring optical characteristics of a projection optical system, an exposure apparatus for transferring a circuit pattern formed on a mask to a substrate via a projection optical system, and an exposure apparatus using the exposure apparatus The present invention relates to a device manufacturing method to be performed.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体素子又は液晶表示素子
等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フォトマ
スク又はレチクル(以下、「レチクル」と総称する)の
パターンを、投影光学系を介して表面にフォトレジスト
等の感光剤が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の
基板上に転写する投影露光装置、例えばステップ・アン
ド・リピート方式の縮小投影露光装置(いわゆるステッ
パ)や、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影
露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ)等が用い
られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, when a semiconductor element or a liquid crystal display element is manufactured by a photolithography process, a pattern of a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as “reticle”) is formed on a surface through a projection optical system. Exposure apparatus for transferring onto a substrate such as a wafer or a glass plate on which a photosensitive agent such as a photoresist is coated, for example, a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus (so-called stepper), a step-and-scan method (A so-called scanning stepper) or the like is used.

【0003】しかるに、投影露光装置を用いて半導体素
子等を製造する際には、デフォーカスに起因する露光不
良の発生を極力抑制するために、基板上の露光領域(照
明光が照射される領域)を投影光学系の最良結像面の焦
点深度の範囲内に一致させる必要がある。このために
は、投影光学系の最良結像面ないしはベストフォーカス
位置を精度良く計測するとともに、その計測結果に基づ
いて焦点位置検出系(フォーカス検出系)をキャリブレ
ーションすることが重要である。
However, when a semiconductor device or the like is manufactured using a projection exposure apparatus, an exposure region (a region irradiated with illumination light) on a substrate is required to minimize the occurrence of exposure failure due to defocus. ) Must be within the range of the depth of focus of the best imaging plane of the projection optical system. For this purpose, it is important to accurately measure the best imaging plane or the best focus position of the projection optical system and to calibrate the focus position detection system (focus detection system) based on the measurement result.

【0004】投影光学系のベストフォーカス位置の計測
方法の一つとして、レチクル上に形成された計測マー
ク、例えばラインアンドスペースマークを照明光により
照明し投影光学系によって形成された計測マークの空間
像(投影像)を空間像計測装置を用いて計測し、この計
測結果に基づいてベストフォーカス位置を算出する方法
がある。
As one method of measuring the best focus position of a projection optical system, a measurement mark formed on a reticle, for example, a line and space mark, is illuminated with illumination light and a spatial image of the measurement mark formed by the projection optical system is illuminated. There is a method of measuring a (projected image) using an aerial image measurement device and calculating a best focus position based on the measurement result.

【0005】従来の空間像計測によるベストフォーカス
位置の算出は、概ね次のようにして行われていた。すな
わち、投影光学系の像面近傍に形成された計測マークの
空間像に対して投影光学系の像面側に配置された矩形開
口パターン又はスリット状の開口パターン(以下、「計
測用パターン」と総称する)を相対的に走査し、計測用
パターンを介した照明光を光電変換素子によって受光し
て光電変換することにより、計測マークの空間像を計測
する。このような計測マークの空間像計測を、投影光学
系の光軸方向に関する計測用パターンの位置を、ベスト
フォーカス位置と推定される位置(例えば前回計測時の
ベストフォーカス位置)を中心として、所定ステップピ
ッチ、例えば0.15μm間隔で、15ステップ程度変
化させながら繰り返し行う。そして、計測用パターンの
光軸方向に関する位置毎に得られた各光電変換信号の例
えば基本周波数成分についてのコントラスト値をそれぞ
れ求め、これらのコントラスト値を所定の高次関数(例
えば6次関数)でフィッティングし、その得られたコン
トラストカーブのピーク点に対応する計測用パターンの
光軸方向位置をベストフォーカス位置として算出してい
た。
[0005] The calculation of the best focus position by the conventional aerial image measurement is generally performed as follows. That is, for a spatial image of a measurement mark formed near the image plane of the projection optical system, a rectangular aperture pattern or a slit-shaped aperture pattern (hereinafter, referred to as a “measurement pattern”) arranged on the image plane side of the projection optical system. (Collectively referred to as "scan"), and the illumination light passing through the measurement pattern is received by the photoelectric conversion element and photoelectrically converted to measure the spatial image of the measurement mark. The aerial image measurement of such a measurement mark is performed in a predetermined step by centering the position of the measurement pattern in the optical axis direction of the projection optical system around the position estimated as the best focus position (for example, the best focus position at the previous measurement). The process is repeated at a pitch, for example, at an interval of 0.15 μm while changing about 15 steps. Then, for example, a contrast value for, for example, a fundamental frequency component of each photoelectric conversion signal obtained for each position in the optical axis direction of the measurement pattern is obtained, and these contrast values are determined by a predetermined higher-order function (for example, a sixth-order function). The fitting was performed, and the position in the optical axis direction of the measurement pattern corresponding to the peak point of the obtained contrast curve was calculated as the best focus position.

【0006】また、ノイズ等による影響を除去して更に
高精度にベストフォーカス位置を算出する方法として、
最近では、上述の如くして得られたベストフォーカス位
置(仮のベストフォーカス位置)を中心とする適当な重
み付け関数(例えば、ガウス関数など)を用いてコント
ラスト値に重み付けを行って再度高次関数(例えば4次
関数)でフィッティングし、その得られたコントラスト
カーブのピーク点に対応する計測用パターンの光軸方向
位置をベストフォーカス位置として算出することも行わ
れている。
As a method of calculating the best focus position with higher accuracy by removing the influence of noise or the like,
Recently, the contrast value is weighted using an appropriate weighting function (for example, Gaussian function) centered on the best focus position (temporary best focus position) obtained as described above, and the higher-order function is again performed. (For example, a quadratic function), and the position of the measurement pattern corresponding to the peak point of the obtained contrast curve in the optical axis direction is calculated as the best focus position.

【0007】ところで、装置が初期化されて投影光学系
のベストフォーカス位置を喪失した場合、又は外的な要
因により装置の状態が大きく変動してベストフォーカス
位置が大きく変動した場合には、前述したように前回計
測時のベストフォーカス位置を中心として、上述したベ
ストフォーカス位置の計測を行ってもベストフォーカス
位置を検出できないことがある。このような場合には、
通常の計測時のステップピッチの2倍(例えば0.3μ
m)程度の比較的大きな間隔で、投影光学系の光軸方向
に計測用パターンをステップしながら前述と同様の15
ステップの空間像計測を行い、大きな計測レンジ(通常
の2倍の計測レンジ)をカバーすることで、ベストフォ
ーカス位置を大まかに探索する計測(「ラフ計測」とも
呼ばれる)を行った後に、得られたそのベストフォーカ
ス位置を中心に、前述した通常の計測(以下、適宜「フ
ァイン計測」と呼ぶ)を行うことで、ベストフォーカス
位置を精度良く検出することがなされていた。
Incidentally, when the apparatus is initialized and loses the best focus position of the projection optical system, or when the state of the apparatus fluctuates greatly due to an external factor and the best focus position fluctuates greatly, the above-mentioned situation occurs. As described above, the best focus position may not be detected even when the above-described best focus position is measured centering on the best focus position at the time of the previous measurement. In such a case,
Twice the step pitch during normal measurement (for example, 0.3 μm)
m) at a relatively large interval of about m) in the optical axis direction of the projection optical system while stepping the measurement pattern in the same manner as described above.
By performing aerial image measurement of steps and covering a large measurement range (measurement range twice as large as usual), after performing measurement (also called "rough measurement") to roughly search for the best focus position, it is obtained. By performing the above-described normal measurement (hereinafter, appropriately referred to as “fine measurement”) around the best focus position, the best focus position is detected with high accuracy.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年のステ
ッパ等の投影露光装置では、パターンの微細化に対応し
て解像力を向上することが要請されており、そのための
種々の高解像技術が採用されている。その1つとして、
対象パターンに対応した照明条件の変更がある。露光装
置における照明条件は、照明光学系の開口数(N.
A.)と投影光学系の開口数との比であるコヒーレンス
ファクタ(σ値)を変更することによって変更される。
これは、照明光学系内の照明系開口絞りを変更すること
により、瞳面における照明光の分布が変更されるからで
ある。現状の露光装置では、通常照明(大σ照明)、小
σ照明、輪帯照明、変形照明(例えば、四重極照明な
ど)の照明条件が、対象パターンに応じて選択的に設定
されるようになっている。
In recent years, projection exposure apparatuses such as steppers have been required to improve the resolution in accordance with the miniaturization of patterns, and various high-resolution techniques have been adopted for that purpose. Have been. As one of them,
There is a change in lighting conditions corresponding to the target pattern. The illumination conditions in the exposure apparatus are determined by the numerical aperture (N.
A. ) And the numerical aperture of the projection optical system are changed by changing the coherence factor (σ value).
This is because the distribution of the illumination light on the pupil plane is changed by changing the illumination system aperture stop in the illumination optical system. In the current exposure apparatus, illumination conditions of normal illumination (large σ illumination), small σ illumination, annular illumination, deformed illumination (for example, quadrupole illumination, etc.) are selectively set according to the target pattern. It has become.

【0009】ところで、発明者等が、いろいろな実験
(シミュレーションを含む)を行った結果、前述したベ
ストフォーカス位置の計測に際してその精度向上を目的
として行われる重み付け関数による重み付けが、照明条
件によっては、却ってその計測精度を低下させる場合の
あることが判明した。
As a result of various experiments (including simulations) performed by the inventors, weighting by a weighting function performed for the purpose of improving the accuracy in measuring the best focus position described above depends on the lighting conditions. On the contrary, it has been found that the measurement accuracy may be reduced.

【0010】具体的に説明すると、例えば、通常照明
や、輪帯照明、変形照明の場合には、ベストフォーカス
位置から離れるにつれて空間像計測により得られる光電
変換信号の基本周波数のコントラスト値が減少するので
あるが、小σ照明の場合には、ベストフォーカス位置を
中心とするある一定の範囲では、ベストフォーカス位置
から離れるにつれてコントラスト値が徐々に減少する
が、その一定の範囲外ではコントラストが再び増加す
る。このため、コントラスト値を関数フィッティングし
て得られるコントラストカーブに中央のピークの他、両
端部にサブピークが表れる。この場合において、投影光
学系に収差が存在しないのであれば、両端部のサブピー
クがベストフォーカス位置に関して対称となるので大き
な問題はない。しかし、現実の投影光学系には少なから
ず収差が存在(残存)するため、その収差の影響によ
り、図14中に、点線で示されるように、左右のサブピ
ークがベストフォーカス位置に関して非対称となる。こ
のため、コントラスト値を重み付けし、最小自乗法を用
いて関数フィッティングすると、図14中に実線で示さ
れる近似曲線Puが導き出され、実際のベストフォーカ
ス位置BFからずれた位置BF’をベストフォーカス位
置として算出することとなる。
More specifically, for example, in the case of normal illumination, annular illumination, and deformed illumination, the contrast value of the fundamental frequency of the photoelectric conversion signal obtained by aerial image measurement decreases as the distance from the best focus position increases. However, in the case of small σ illumination, in a certain range centered on the best focus position, the contrast value gradually decreases as the distance from the best focus position increases, but outside the certain range, the contrast increases again. I do. For this reason, a contrast curve obtained by function-fitting the contrast value has sub-peaks at both ends in addition to the central peak. In this case, if there is no aberration in the projection optical system, there is no major problem since the sub-peaks at both ends are symmetric with respect to the best focus position. However, since a considerable amount of aberration exists (remains) in an actual projection optical system, the left and right sub-peaks are asymmetric with respect to the best focus position as shown by a dotted line in FIG. 14 due to the influence of the aberration. Therefore, when the contrast value is weighted and function fitting is performed using the least squares method, an approximate curve Pu indicated by a solid line in FIG. 14 is derived, and the position BF ′ deviated from the actual best focus position BF is determined as the best focus position. It will be calculated as

【0011】また、前述した従来のラフ計測を行う場合
には、ファイン計測の際の中心位置を見つけ出すためだ
けの目的で、ファイン計測に加えて、ファイン計測と同
等あるいはそれ以上の余計な計測時間が掛かってしま
う。しかるに、空間像計測によるベストフォーカス位置
の計測は、通常の露光の合間に行われるものであるか
ら、その計測に要する時間はスループット低下の要因と
なる。従って、ベストフォーカス位置の計測に要する時
間を可能な限り削減することが要請されている。
When performing the above-described conventional rough measurement, in addition to the fine measurement, an extra measurement time equivalent to or longer than the fine measurement is used only for finding the center position in the fine measurement. Will be hung. However, since the measurement of the best focus position by the aerial image measurement is performed between normal exposures, the time required for the measurement causes a decrease in throughput. Therefore, it is required to reduce the time required for measuring the best focus position as much as possible.

【0012】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第1の目的は、投影光学系のベストフォーカス
位置の計測に際して、精度面及び時間的な面の少なくと
も一方の面で計測能力の向上に寄与する新たな光学特性
計測方法及び光学特性計測装置を提供することにある。
The present invention has been made under such circumstances, and a first object of the present invention is to measure the best focus position of a projection optical system by using at least one of an accuracy surface and a time surface. It is an object of the present invention to provide a new optical characteristic measuring method and an optical characteristic measuring device which contribute to improvement of optical characteristics.

【0013】また、本発明の第2の目的は、高精度な露
光を実現することが可能な露光装置を提供することにあ
る。
It is a second object of the present invention to provide an exposure apparatus capable of realizing highly accurate exposure.

【0014】また、本発明の第3の目的は、高集積度の
マイクロデバイスの生産性の向上に寄与するデバイス製
造方法を提供することにある。
A third object of the present invention is to provide a device manufacturing method which contributes to improvement in productivity of a highly integrated microdevice.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の光学特
性計測方法は、投影光学系(PL)の光学特性を計測す
る光学特性計測方法であって、照明光(IL)により所
定のパターン(PM)を照明し、該パターンの空間像
(PM’)を前記投影光学系を介して像面近傍に形成す
る工程と;前記投影光学系の像面側に配置された計測用
パターン(22)を前記空間像に対して相対的に走査す
るとともに、前記計測用パターンを介した前記照明光の
強度に応じた光電変換信号を前記計測用パターンの前記
光軸方向の複数の位置毎に得る工程と;前記複数の位置
毎に得られた光電変換信号のコントラスト値をカーブフ
ィットして得られる第1のコントラストカーブに基づい
て前記投影光学系の仮のベストフォーカス位置を求める
工程と;前記投影光学系を照明する照明条件に応じて定
まる重みパラメータを含み、前記仮のベストフォーカス
位置を中心とする重み付け関数を用いて前記コントラス
ト値を重み付けして第2のコントラストカーブを算出
し、該第2のコントラストカーブに基づいて前記投影光
学系の真のベストフォーカス位置を算出する工程と;を
含む。
An optical characteristic measuring method according to claim 1 is an optical characteristic measuring method for measuring an optical characteristic of a projection optical system (PL), wherein a predetermined pattern is measured by illumination light (IL). (PM), and forming a spatial image (PM ′) of the pattern near the image plane via the projection optical system; and a measurement pattern (22) arranged on the image plane side of the projection optical system. ) Is relatively scanned with respect to the aerial image, and a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the illumination light via the measurement pattern is obtained for each of a plurality of positions in the optical axis direction of the measurement pattern. Obtaining a temporary best focus position of the projection optical system based on a first contrast curve obtained by curve fitting the contrast values of the photoelectric conversion signals obtained for each of the plurality of positions; Optics A second contrast curve including a weighting parameter determined according to an illumination condition for illuminating the system, weighting the contrast value using a weighting function centered on the temporary best focus position, and calculating a second contrast curve; Calculating a true best focus position of the projection optical system based on a contrast curve.

【0016】これによれば、照明光により所定のパター
ンを照明し、投影光学系を介して像面近傍に形成された
該パターンの空間像に対して、投影光学系の像面側に配
置された計測用パターンを相対的に走査するとともに、
計測用パターンを介した照明光の強度に応じた光電変換
信号を計測用パターンの光軸方向の複数の位置毎に得
る。そして、得られた複数の光電変換信号のコントラス
ト値をカーブフィットして得られる第1のコントラスト
カーブに基づいて投影光学系の仮のベストフォーカス位
置を求め、この仮のベストフォーカス位置を中心とし、
かつ投影光学系を照明する照明条件に応じて定まる重み
パラメータを含む重み付け関数を用いてコントラスト値
を重み付けして第2のコントラストカーブを算出し、こ
の第2のコントラストカーブに基づいて投影光学系の真
のベストフォーカス位置を算出する。このように、仮の
ベストフォーカス位置を中心とし、照明条件に応じて定
まる重みパラメータを含む重み付け関数を用いてコント
ラスト値を重み付けして、真のベストフォーカス位置を
算出するための第2のコントラストカーブを算出するの
で、照明条件毎に、それぞれの照明条件下での計測精度
が低下しないような重みパラメータを予め定めることが
でき、これにより照明条件の如何にかかわらず、投影光
学系のベストフォーカス位置を精度良く算出することが
可能となる。特に小σ照明条件下でのベストフォーカス
位置の計測精度の向上が可能である。
According to this, a predetermined pattern is illuminated by the illumination light, and is arranged on the image plane side of the projection optical system with respect to the spatial image of the pattern formed near the image plane via the projection optical system. Relative scanning of the measurement pattern
A photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of illumination light via the measurement pattern is obtained for each of a plurality of positions in the optical axis direction of the measurement pattern. Then, a temporary best focus position of the projection optical system is obtained based on a first contrast curve obtained by curve-fitting the obtained contrast values of the plurality of photoelectric conversion signals, with the temporary best focus position as a center,
Further, a second contrast curve is calculated by weighting a contrast value using a weighting function including a weight parameter determined according to an illumination condition for illuminating the projection optical system, and the projection optical system is calculated based on the second contrast curve. Calculate the true best focus position. As described above, the second contrast curve for calculating the true best focus position by weighting the contrast value using the weighting function including the weight parameter determined according to the lighting condition centering on the temporary best focus position Is calculated, a weighting parameter can be determined in advance for each illumination condition so that the measurement accuracy under each illumination condition does not decrease. This allows the best focus position of the projection optical system to be determined regardless of the illumination condition. Can be calculated with high accuracy. In particular, it is possible to improve the measurement accuracy of the best focus position under a small σ illumination condition.

【0017】この場合において、重み付け関数としては
種々のものが考えられる。例えば請求項2に記載の光学
特性計測方法の如く、前記重み付け関数は、前記重みパ
ラメータとして標準偏差を含むガウス関数であることと
しても良いし、あるいは、例えば請求項3に記載の光学
特性計測方法の如く、前記重み付け関数は、重みの値
が、前記照明条件に応じて定まる所定幅の中央部では
1、その両側では0となるステップ関数であることとし
ても良い。
In this case, various weighting functions can be considered. For example, the weighting function may be a Gaussian function including a standard deviation as the weight parameter, as in the optical characteristic measuring method according to claim 2, or the optical characteristic measuring method according to claim 3, for example. As described above, the weighting function may be a step function in which the value of the weight is 1 at a central portion of a predetermined width determined according to the illumination condition, and is 0 at both sides.

【0018】上記請求項1〜3に記載の各光学特性計測
方法において、請求項4に記載の光学特性計測方法の如
く、前記照明条件は、前記パターンを照明する照明光学
系(12)の開口数を前記投影光学系の開口数で除した
コヒーレンスファクタに対応する条件であることとする
ことができる。
In each of the optical characteristic measuring methods according to any one of the first to third aspects, as in the optical characteristic measuring method according to the fourth aspect, the illumination condition may include an aperture of an illumination optical system (12) for illuminating the pattern. The condition may correspond to a coherence factor obtained by dividing the number by the numerical aperture of the projection optical system.

【0019】請求項5に記載の光学特性計測方法は、投
影光学系(PL)の光学特性を計測する光学特性計測方
法であって、照明光(IL)により所定のパターン(P
M)を照明し、該パターンの空間像(PM’)を前記投
影光学系を介して像面近傍に形成する工程と;前記投影
光学系の像面側に配置された計測用パターン(22)を
前記空間像に対して相対的に走査するとともに、前記計
測用パターンを介した前記照明光の強度に応じた光電変
換信号を前記計測用パターンの前記光軸方向の少なくと
も2つの位置でそれぞれ得る工程と;前記得られた光電
変換信号にそれぞれ対応する少なくとも2点のコントラ
スト値を、予め用意した基準コントラストカーブと比較
して、前記少なくとも2点のコントラスト値をカーブフ
ィットして得られる第1のコントラストカーブ上のピー
ク点を算出し、そのピーク点に対応する前記計測用パタ
ーンの光軸方向の位置を前記投影光学系の第1のベスト
フォーカス位置として算出する工程と;を含む。
An optical characteristic measuring method according to a fifth aspect is an optical characteristic measuring method for measuring an optical characteristic of a projection optical system (PL), wherein a predetermined pattern (P) is measured by illumination light (IL).
Illuminating M) to form an aerial image (PM ') of the pattern near the image plane via the projection optical system; and a measurement pattern (22) arranged on the image plane side of the projection optical system. Relative to the aerial image, and obtain a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the illumination light via the measurement pattern at at least two positions in the optical axis direction of the measurement pattern. And comparing a contrast value of at least two points respectively corresponding to the obtained photoelectric conversion signal with a reference contrast curve prepared in advance, and a first curve obtained by curve fitting the contrast values of the at least two points. A peak point on a contrast curve is calculated, and a position in the optical axis direction of the measurement pattern corresponding to the peak point is set as a first best focus position of the projection optical system. And calculating.

【0020】これによれば、照明光により所定のパター
ンを照明し、投影光学系を介して像面近傍に形成される
パターンの空間像に対して、投影光学系の像面側に配置
された計測用パターンを相対的に走査するとともに、計
測用パターンを介した前記照明光の強度に応じた光電変
換信号を前記計測用パターンの前記光軸方向の少なくと
も2つの位置でそれぞれ得る。そして、得られた光電変
換信号にそれぞれ対応する少なくとも2点のコントラス
ト値を、予め用意した基準コントラストカーブと比較し
て、少なくとも2点のコントラスト値をカーブフィット
して得られる第1のコントラストカーブ上のピーク点を
算出するとともに、そのピーク点に対応する前記計測用
パターンの光軸方向の位置を投影光学系の第1のベスト
フォーカス位置として算出する。
According to this, a predetermined pattern is illuminated by the illumination light, and is arranged on the image plane side of the projection optical system with respect to the spatial image of the pattern formed near the image plane via the projection optical system. The measurement pattern is relatively scanned, and a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the illumination light via the measurement pattern is obtained at at least two positions in the optical axis direction of the measurement pattern. Then, the contrast values of at least two points respectively corresponding to the obtained photoelectric conversion signals are compared with a reference contrast curve prepared in advance, and the first contrast curve obtained by curve-fitting the contrast values of at least two points is obtained. And a position in the optical axis direction of the measurement pattern corresponding to the peak point is calculated as a first best focus position of the projection optical system.

【0021】すなわち、計測用パターンの光軸方向の位
置を少なくとも2つの位置に順次設定して、それぞれの
位置でパターンの空間像計測を行い、計測用パターンの
光軸方向の少なくとも2つの位置で計測した空間像に対
応する光電変換信号をそれぞれ得、各光電変換信号のコ
ントラスト値(最少2点におけるコントラスト値)と基
準コントラストカーブとを比較することで、その最少2
点におけるコントラスト値を含む基準コントラストカー
ブと同一形状の第1のコントラストカーブをフィッティ
ングにより得て、その第1のコントラストカーブ上のピ
ーク点に基づいて投影光学系の第1のベストフォーカス
位置を算出する。従って、2回の空間像計測により第1
のベストフォーカス位置を従来のラフ計測に比べて極め
て短時間で算出することが可能である。特に、ベストフ
ォーカス位置が大きく変動した場合等のベストフォーカ
ス位置の計測時間の短縮に貢献する。
That is, the position of the measurement pattern in the optical axis direction is sequentially set to at least two positions, and the aerial image measurement of the pattern is performed at each position, and at least two positions in the optical axis direction of the measurement pattern are measured. A photoelectric conversion signal corresponding to the measured aerial image is obtained, and a contrast value (contrast value at a minimum of two points) of each photoelectric conversion signal is compared with a reference contrast curve.
A first contrast curve having the same shape as a reference contrast curve including a contrast value at a point is obtained by fitting, and a first best focus position of the projection optical system is calculated based on a peak point on the first contrast curve. . Therefore, the first aerial image is obtained by two aerial image measurements.
Can be calculated in an extremely short time as compared with the conventional rough measurement. In particular, this contributes to shortening the measurement time of the best focus position when the best focus position greatly changes.

【0022】この場合において、請求項6に記載の光学
特性計測方法の如く、前記計測用パターンを前記空間像
に対して相対的に走査するとともに、前記計測用パター
ンを介した前記照明光の強度に応じた光電変換信号を前
記第1のベストフォーカス位置を含む所定幅の範囲内の
前記計測用パターンの前記光軸方向の複数位置毎に得る
工程と;前記得られた複数位置毎の光電変換信号のコン
トラスト値をカーブフィットして得られる第2のコント
ラストカーブのピーク点に対応する前記計測用パターン
の光軸方向の位置を前記投影光学系の第2のベストフォ
ーカス位置として算出する工程と;を更に含むこととす
ることができる。
In this case, as in the optical characteristic measuring method according to claim 6, the measurement pattern is scanned relative to the aerial image and the intensity of the illumination light through the measurement pattern is measured. Obtaining a photoelectric conversion signal corresponding to each of a plurality of positions in the optical axis direction of the measurement pattern within a range of a predetermined width including the first best focus position; and a photoelectric conversion for each of the obtained plurality of positions. Calculating a position in the optical axis direction of the measurement pattern corresponding to a peak point of a second contrast curve obtained by curve fitting the contrast value of the signal as a second best focus position of the projection optical system; May be further included.

【0023】請求項7に記載の光学特性計測装置は、投
影光学系(PL)の光学特性を計測する光学特性計測装
置であって、所定のパターン(PM)の空間像(P
M’)を前記投影光学系を介して像面上に形成するた
め、前記パターンを照明する照明装置(12,14)
と;前記投影光学系の像面側に配置され、計測用パター
ンが形成されたパターン形成部材(90)と;前記計測
用パターンを介した前記照明光を光電変換して、前記計
測用パターンを介した前記照明光の強度に応じた光電変
換信号を出力する光電変換素子(24)と;前記照明装
置により前記所定のパターンが照明され、前記像面上に
前記空間像が形成された状態で、前記パターン形成部材
を、前記空間像に対して相対的に走査するとともに、前
記空間像に対応する前記光電変換素子からの光電変換信
号を前記投影光学系の光軸方向に関する前記パターン形
成部材の複数の位置毎に計測する計測処理装置(50)
と;前記複数の位置毎に得られた光電変換信号のコント
ラスト値をカーブフィットして得られる第1のコントラ
ストカーブに基づいて前記投影光学系の仮のベストフォ
ーカス位置を算出し、前記照明装置の照明条件に応じて
定まる重みパラメータを含み、前記仮のベストフォーカ
ス位置を中心とする重み付け関数を用いて前記コントラ
スト値を重み付けして第2のコントラストカーブを算出
し、該第2のコントラストカーブに基づいて前記投影光
学系の真のベストフォーカス位置を算出する算出装置
(50)と;を備える。
An optical characteristic measuring device according to a seventh aspect of the present invention is an optical characteristic measuring device for measuring an optical characteristic of a projection optical system (PL), and comprises a spatial image (P) of a predetermined pattern (PM).
M ') is formed on the image plane via the projection optical system, so as to illuminate the pattern (12, 14).
A pattern forming member (90) arranged on the image plane side of the projection optical system and having a measurement pattern formed thereon; and photoelectrically converting the illumination light via the measurement pattern to convert the measurement pattern. A photoelectric conversion element (24) for outputting a photoelectric conversion signal according to the intensity of the illumination light transmitted therethrough; and the predetermined pattern is illuminated by the illumination device and the aerial image is formed on the image plane. Scanning the pattern forming member relative to the aerial image, and applying a photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element corresponding to the aerial image to the pattern forming member in the optical axis direction of the projection optical system. Measurement processing device for measuring at each of a plurality of positions (50)
Calculating a temporary best focus position of the projection optical system based on a first contrast curve obtained by curve-fitting the contrast values of the photoelectric conversion signals obtained for each of the plurality of positions; A second contrast curve is calculated by weighting the contrast value using a weighting function centered on the temporary best focus position, including a weight parameter determined according to the lighting condition, and based on the second contrast curve. A calculating device (50) for calculating a true best focus position of the projection optical system.

【0024】これによれば、計測処理装置では、照明装
置により所定のパターンが照明され、投影光学系の像面
上に所定のパターンの空間像が形成された状態で、パタ
ーン形成部材(計測用パターン)を、空間像に対して相
対的に走査するとともに、空間像に対応する光電変換素
子からの光電変換信号を投影光学系の光軸方向に関する
パターン形成部材の複数の位置毎に計測する。そして、
算出装置では、前記複数の位置毎に得られた光電変換信
号のコントラスト値をカーブフィットして得られる第1
のコントラストカーブに基づいて投影光学系の仮のベス
トフォーカス位置を算出し、照明装置の照明条件に応じ
て定まる重みパラメータを含み、仮のベストフォーカス
位置を中心とする重み付け関数を用いてコントラスト値
を重み付けして第2のコントラストカーブを算出し、該
第2のコントラストカーブに基づいて投影光学系の真の
ベストフォーカス位置を算出する。このように、仮のベ
ストフォーカス位置を中心とし、照明条件に応じて定ま
る重みパラメータを含む重み付け関数を用いてコントラ
スト値を重み付けして、真のベストフォーカス位置を算
出するための第2のコントラストカーブを算出するの
で、照明条件毎に、それぞれの照明条件下での計測精度
が低下しないような重みパラメータを予め定めることに
より照明条件の如何にかかわらず、ベストフォーカス位
置を精度良く算出することが可能となる。特に小σ照明
条件下でのベストフォーカス位置の計測精度の向上が可
能である。
According to this, in the measurement processing apparatus, a predetermined pattern is illuminated by the illuminating device, and a pattern forming member (measurement for measurement) is formed in a state where a spatial image of the predetermined pattern is formed on the image plane of the projection optical system. ) Is scanned relative to the aerial image, and a photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element corresponding to the aerial image is measured at each of a plurality of positions of the pattern forming member in the optical axis direction of the projection optical system. And
In the calculation device, a first value obtained by curve-fitting a contrast value of the photoelectric conversion signal obtained for each of the plurality of positions is obtained.
Calculates the temporary best focus position of the projection optical system based on the contrast curve of the projection optical system, includes a weight parameter determined according to the lighting conditions of the lighting device, and calculates the contrast value using a weighting function centered on the temporary best focus position. A second contrast curve is calculated by weighting, and a true best focus position of the projection optical system is calculated based on the second contrast curve. As described above, the second contrast curve for calculating the true best focus position by weighting the contrast value using the weighting function including the weight parameter determined according to the lighting condition centering on the temporary best focus position , The best focus position can be calculated with high accuracy regardless of the lighting conditions by pre-determining weighting parameters for each lighting condition so that the measurement accuracy under each lighting condition does not decrease. Becomes In particular, it is possible to improve the measurement accuracy of the best focus position under a small σ illumination condition.

【0025】この場合において、算出装置による重み付
けは種々の重み付け関数を用いて行うことができるが、
例えば請求項8に記載の光学特性計測装置の如く、前記
算出装置は、前記重み付け関数として、前記重みパラメ
ータとして標準偏差を含むガウス関数を用いて前記重み
付けを行うこととしても良いし、あるいは、請求項9に
記載の光学特性計測装置の如く、前記算出装置は、前記
重み付け関数として、重みの値が、前記照明条件に応じ
て定まる所定幅の中央部では1、その両側では0となる
ステップ関数を用いて前記重み付けを行うこととしても
良い。
In this case, the weighting by the calculation device can be performed using various weighting functions.
For example, as in the optical characteristic measuring device according to claim 8, the calculating device may perform the weighting using a Gaussian function including a standard deviation as the weighting parameter as the weighting function, or As in the optical characteristic measuring device according to item 9, the calculating device includes a step function in which a weight value is 1 at a central portion of a predetermined width determined according to the illumination condition and is 0 at both sides as the weighting function. May be used to perform the weighting.

【0026】請求項10に記載の露光装置は、マスク
(R)に形成された回路パターンを投影光学系(PL)
を介して基板(W)に転写する露光装置であって、前記
基板を保持して移動する基板ステージ(WST)と;前
記パターン形成部材が前記基板ステージの一部に設けら
れた請求項7〜9のいずれか一項に記載の光学特性計測
装置と;を備える。
In the exposure apparatus according to the present invention, the circuit pattern formed on the mask (R) is projected onto the projection optical system (PL).
10. An exposure apparatus for transferring an image onto a substrate (W) via a substrate stage (WST) holding and moving the substrate; and wherein the pattern forming member is provided on a part of the substrate stage. 9. The optical characteristic measuring device according to any one of 9.

【0027】これによれば、パターン形成部材が基板ス
テージの一部に設けられた請求項7〜9に記載の各光学
特性計測装置を備えているので、特別な駆動装置を用い
ることなく、基板ステージを介して、所定のパターンの
空間像に対して計測用パターンを走査して、投影光学系
のベストフォーカス位置を、照明条件に影響されること
なく、精度良く計測することができる。そして、その計
測結果を考慮して露光の際、基板表面を投影光学系の最
良結像面に実質的に合致させることが可能である。従っ
て、デフォーカスに起因する露光不良の発生が極力抑制
された高精度な露光が可能となる。
According to this, since each of the optical characteristic measuring devices according to claim 7 is provided with the pattern forming member provided on a part of the substrate stage, the substrate can be formed without using a special driving device. By scanning a measurement pattern with respect to a predetermined pattern aerial image via a stage, the best focus position of the projection optical system can be accurately measured without being affected by illumination conditions. Then, it is possible to make the substrate surface substantially coincide with the best imaging plane of the projection optical system at the time of exposure in consideration of the measurement result. Therefore, it is possible to perform high-precision exposure in which the occurrence of exposure failure due to defocus is suppressed as much as possible.

【0028】請求項11に記載のデバイス製造方法は、
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、前
記リソグラフィ工程では、請求項10に記載の露光装置
を用いて露光を行うことを特徴とする。
A device manufacturing method according to claim 11 is
A device manufacturing method including a lithography step, wherein exposure is performed using the exposure apparatus according to claim 10 in the lithography step.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図1
〜図9に基づいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0030】図1には、一実施形態に係る露光装置10
の概略的な構成が示されている。この露光装置10は、
ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装
置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパである。
FIG. 1 shows an exposure apparatus 10 according to one embodiment.
Is schematically shown. This exposure apparatus 10
This is a step-and-scan type scanning projection exposure apparatus, that is, a so-called scanning stepper.

【0031】この露光装置10は、光源14及び照明光
学系12を含む照明装置としての照明系、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RST、投影
光学系PL、基板としてのウエハWを保持してXY平面
内を自在に移動可能な基板ステージとしてのウエハステ
ージWST、及びこれらを制御する制御系等を備えてい
る。
The exposure apparatus 10 holds an illumination system as an illumination device including a light source 14 and an illumination optical system 12, a reticle stage RST for holding a reticle R as a mask, a projection optical system PL, and a wafer W as a substrate. A wafer stage WST as a substrate stage that can freely move in the XY plane, and a control system for controlling these.

【0032】前記光源14としては、ここでは、一例と
して、KrFエキシマレーザ(出力波長248nm)又
はArFエキシマレーザ(出力波長193nm)等のエ
キシマレーザ光源が用いられるものとする。この光源1
4は、主制御装置50によってそのレーザ発光のオン・
オフや、中心波長、スペクトル半値幅、繰り返し周波数
などが制御される。
As the light source 14, here, for example, an excimer laser light source such as a KrF excimer laser (output wavelength 248 nm) or an ArF excimer laser (output wavelength 193 nm) is used. This light source 1
4 indicates that the main controller 50 turns on / off the laser emission.
Off, center wavelength, spectral half width, repetition frequency, and the like are controlled.

【0033】前記照明光学系12は、ビーム整形光学系
18、オプティカルインテグレータ(ホモジナイザ)と
してのフライアイレンズ22、照明系開口絞り板24、
第1リレーレンズ28A、第2リレーレンズ28B、固
定レチクルブラインド30A、可動レチクルブラインド
30B、光路折り曲げ用のミラーM、及びコンデンサレ
ンズ32等を備えている。
The illumination optical system 12 includes a beam shaping optical system 18, a fly-eye lens 22 as an optical integrator (homogenizer), an illumination system aperture stop plate 24,
It includes a first relay lens 28A, a second relay lens 28B, a fixed reticle blind 30A, a movable reticle blind 30B, a mirror M for bending an optical path, a condenser lens 32, and the like.

【0034】前記ビーム整形光学系18内には、光源1
4でパルス発光されたレーザビームLBの断面形状を、
該レーザビームLBの光路後方に設けられたフライアイ
レンズ22に効率良く入射するように整形するための、
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)等が含まれている。また、このビーム整形光
学系18内には、後述する照明系開口絞り板24による
照明開口絞りの設定に応じて、レーザビームの断面積を
連続的に変更可能なズーム光学系も含まれている。
In the beam shaping optical system 18, the light source 1
The sectional shape of the laser beam LB pulsed in step 4 is
For shaping the laser beam LB so that it efficiently enters a fly-eye lens 22 provided behind the optical path of the laser beam LB;
For example, a cylinder lens and a beam expander (both not shown) are included. The beam shaping optical system 18 also includes a zoom optical system that can continuously change the cross-sectional area of the laser beam according to the setting of an illumination aperture stop by an illumination system aperture stop plate 24 described later. .

【0035】前記フライアイレンズ22は、ビーム整形
光学系18から出たレーザビームLB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その
射出側焦点面に多数の点光源(光源像)から成る面光
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、「照明光I
L」とも呼ぶものとする。
The fly-eye lens 22 is arranged on the optical path of the laser beam LB emitted from the beam shaping optical system 18, and has a large number of point light sources on its exit-side focal plane to illuminate the reticle R with a uniform illuminance distribution. (A light source image), that is, a secondary light source is formed. In this specification, the laser beam emitted from the secondary light source is referred to as “illumination light I.
L ".

【0036】フライアイレンズ22の射出側焦点面の近
傍には、照明系開口絞り板24が配置されている。この
照明系開口絞り板24は、図2に示されるように、例え
ば通常の円形開口より成る通常照明用の大σ開口絞り2
3a、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小σ開口絞り23b、輪帯
照明用の輪帯状の開口絞り23c、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(四
重極絞り)23d等が、ほぼ等角度間隔で配置された円
板状部材によって構成される。この照明系開口絞り板2
4は、図1に示されるように、主制御装置50により制
御されるモータ等の駆動装置40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照明光
ILの光路上に選択的に設定される。なお、図1では、
上記の4種類の開口絞りのうちの2種類の開口絞りのみ
が図示されている。
An illumination system aperture stop plate 24 is arranged near the exit-side focal plane of the fly-eye lens 22. As shown in FIG. 2, the illumination system aperture stop plate 24 is, for example, a large illumination aperture stop 2 having a normal circular aperture for normal illumination.
3a, a small σ aperture stop 23b composed of a small circular aperture for reducing the σ value which is a coherence factor, an annular aperture stop 23c for annular illumination, and a plurality of eccentrically arranged apertures for a modified light source method The modified aperture stop (quadrupole stop) 23d and the like are constituted by disk-shaped members arranged at substantially equal angular intervals. This illumination system aperture stop plate 2
1 is rotated by a driving device 40 such as a motor controlled by a main controller 50, as shown in FIG. 1, so that one of the aperture stops is positioned on the optical path of the illumination light IL. Set selectively. In FIG. 1,
Only two of the above four aperture stops are shown.

【0037】照明系開口絞り板24から出た照明光IL
の光路上に、反射率が小さく透過率の大きなビームスプ
リッタ26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30A及び可動レチクルブラインド
30Bを介在させて第1リレーレンズ28A及び第2リ
レーレンズ28Bから成るリレー光学系が配置されてい
る。
Illumination light IL emitted from the illumination system aperture stop plate 24
A beam splitter 26 having a small reflectance and a large transmittance is disposed on the optical path of the first relay lens 28A and the second relay lens 28A on the optical path behind the fixed reticle blind 30A and the movable reticle blind 30B. A relay optical system including a lens 28B is provided.

【0038】固定レチクルブラインド30A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IAR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30Aの近傍に走査方向(ここではX
軸方向とする)及び非走査方向(Y軸方向)にそれぞれ
対応する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30B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30Bを介
して照明領域IAR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30Bは、後述
する空間像計測の際の照明領域の設定にも用いられる。
The fixed reticle blind 30A is disposed on a plane slightly defocused from a plane conjugate to the pattern plane of the reticle R, and has a rectangular opening defining an illumination area IAR on the reticle R. Also, in the scanning direction (here, X-direction) near the fixed reticle blind 30A.
A movable reticle blind 30B having an opening whose position and width are variable in directions respectively corresponding to the axial direction) and the non-scanning direction (Y-axis direction) is arranged, and the movable reticle blind is provided at the start and end of scanning exposure. By further restricting the illumination area IAR via 30B, exposure of unnecessary portions is prevented. In the present embodiment, the movable reticle blind 30B is also used for setting an illumination area at the time of aerial image measurement described later.

【0039】リレー光学系を構成する第2リレーレンズ
28B後方の照明光ILの光路上には、当該第2リレー
レンズ28Bを通過した照明光IL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、このミラーM
後方の照明光ILの光路上にコンデンサレンズ32が配
置されている。
On the optical path of the illumination light IL behind the second relay lens 28B constituting the relay optical system, a bending mirror M for reflecting the illumination light IL passing through the second relay lens 28B toward the reticle R is arranged. And this mirror M
A condenser lens 32 is arranged on the optical path of the rear illumination light IL.

【0040】一方、照明光学系12内のビームスプリッ
タ26で反射された照明光ILの光路上には、集光レン
ズ44、及び遠紫外域で感度が良く、且つ光源14のパ
ルス発光を検出するために高い応答周波数を有するPI
N型フォトダイオード等の受光素子から成るインテグレ
ータセンサ46が配置されている。
On the other hand, on the optical path of the illuminating light IL reflected by the beam splitter 26 in the illuminating optical system 12, a condenser lens 44 and a pulsed light emitted from the light source 14 having high sensitivity in the far ultraviolet region are detected. With high response frequency due to
An integrator sensor 46 including a light receiving element such as an N-type photodiode is provided.

【0041】このようにして構成された照明系の作用を
簡単に説明すると、光源14からパルス発光されたレー
ザビームLBは、ビーム整形光学系18に入射して、こ
こで後方のフライアイレンズ22に効率よく入射するよ
うにその断面形状が整形された後、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22の射
出側焦点面(照明光学系12の瞳面)に前述した2次光
源が形成される。この2次光源から射出された照明光I
Lは、照明系開口絞り板24上のいずれかの開口絞りを
通過した後、透過率が大きく反射率が小さなビームスプ
リッタ26に至る。このビームスプリッタ26を透過し
た照明光ILは、第1リレーレンズ28Aを経て固定レ
チクルブラインド30Aの矩形の開口部及び可動レチク
ルブラインド30Bを通過した後、第2リレーレンズ2
8B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32を経て、レチクル
ステージRST上に保持されたレチクルR上の照明領域
IARを均一な照度分布で照明する。
The operation of the illumination system configured as described above will be briefly described. The laser beam LB pulse-emitted from the light source 14 is incident on the beam shaping optical system 18 where the rear fly-eye lens 22 After the cross-sectional shape of the fly-eye lens 2 is
2 is incident. Thus, the above-described 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). Illumination light I emitted from this secondary light source
After passing through one of the aperture stops on the illumination system aperture stop plate 24, L reaches a beam splitter 26 having a large transmittance and a small reflectance. The illumination light IL transmitted through the beam splitter 26 passes through the first relay lens 28A, the rectangular opening of the fixed reticle blind 30A and the movable reticle blind 30B, and then the second relay lens 2B.
After passing through 8B, the optical path is bent vertically downward by the mirror M, and passes through the condenser lens 32 to illuminate the illumination area IAR on the reticle R held on the reticle stage RST with a uniform illuminance distribution.

【0042】一方、ビームスプリッタ26で反射された
照明光ILは、集光レンズ44を介してインテグレータ
センサ46で受光され、インテグレータセンサ46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
変換器を有する信号処理装置80を介して主制御装置5
0に供給される。
On the other hand, the illumination light IL reflected by the beam splitter 26 is received by an integrator sensor 46 via a condenser lens 44, and a photoelectric conversion signal of the integrator sensor 46 is converted to a peak hold circuit (not shown) and an A / D converter.
Main controller 5 via signal processor 80 with converter
0 is supplied.

【0043】前記レチクルステージRST上には、レチ
クルRが、例えば真空吸着(又は静電吸着)により固定
されている。レチクルステージRSTは、ここでは、リ
ニアモータ等を含む不図示のレチクルステージ駆動系に
より、後述する投影光学系PLの光軸AXに垂直なXY
平面内で2次元的に(X軸方向及びこれに直交するY軸
方向及びXY平面に直交するZ軸回りの回転方向(θz
方向)に)微少駆動可能であるとともに、不図示のレチ
クルベース上をX軸方向に指定された走査速度で移動可
能となっている。このレチクルステージRSTは、レチ
クルRの全面が少なくとも投影光学系PLの光軸AXを
横切ることができるだけのX軸方向の移動ストロークを
有している。
A reticle R is fixed on the reticle stage RST by, for example, vacuum suction (or electrostatic suction). Here, reticle stage RST is driven by an unillustrated reticle stage drive system including a linear motor or the like, and XY perpendicular to optical axis AX of projection optical system PL described later.
Two-dimensionally in the plane (the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal thereto, and the rotation direction (θz
Direction), and can be moved on a reticle base (not shown) at a designated scanning speed in the X-axis direction. The reticle stage RST has a moving stroke in the X-axis direction that allows the entire surface of the reticle R to cross at least the optical axis AX of the projection optical system PL.

【0044】レチクルステージRST上には、レチクル
レーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)54
Rからのレーザビームを反射する移動鏡52Rが固定さ
れており、レチクルステージRSTのXY面内の位置は
レチクル干渉計54Rによって、例えば0.5〜1nm
程度の分解能で常時検出される。ここで、実際には、レ
チクルステージRST上には走査露光時の走査方向(X
軸方向)に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向
(Y軸方向)に直交する反射面を有する移動鏡とが設け
られ、レチクル干渉計54RはX軸方向に少なくとも2
軸、Y軸方向に少なくとも1軸設けられているが、図1
ではこれらが代表的に移動鏡52R、レチクル干渉計5
4Rとして示されている。
On reticle stage RST, a reticle laser interferometer (hereinafter, referred to as “reticle interferometer”) 54
A movable mirror 52R that reflects the laser beam from R is fixed, and the position of the reticle stage RST in the XY plane is, for example, 0.5 to 1 nm by a reticle interferometer 54R.
It is always detected with a resolution of the order. Here, actually, the scanning direction (X
A moving mirror having a reflecting surface perpendicular to the non-scanning direction (Y-axis direction) and a moving mirror having a reflecting surface perpendicular to the non-scanning direction (Y-axis direction) are provided.
At least one axis is provided in the axis and the Y-axis direction.
These are typically the moving mirror 52R, the reticle interferometer 5
Shown as 4R.

【0045】レチクル干渉計54Rからのレチクルステ
ージRSTの位置情報は、ステージ制御装置70及びこ
れを介して、ワークステーション(又はマイクロコンピ
ュータ)から成る主制御装置50に送られ、主制御装置
50の指示の下、ステージ制御装置70は、不図示のレ
チクルステージ駆動系を介してレチクルステージRST
の移動を制御する。
The position information of the reticle stage RST from the reticle interferometer 54R is sent to the stage controller 70 and, via the stage controller 70, to the main controller 50 comprising a workstation (or microcomputer). Below, the reticle stage RST is controlled via a reticle stage drive system (not shown).
Control movement.

【0046】前記投影光学系PLは、レチクルステージ
RSTの図1における下方に配置され、その光軸AXの
方向がZ軸方向とされ、ここでは両側テレセントリック
な縮小系であり、光軸AX方向に沿って所定間隔で配置
された複数枚のレンズエレメントから成る屈折光学系が
使用されている。この投影光学系PLの投影倍率は、こ
こでは、一例として1/4となっている。このため、照
明光学系12からの照明光ILによってレチクルR上の
スリット状照明領域IARが照明されると、このレチク
ルRを通過した照明光ILにより、投影光学系PLを介
してそのスリット状照明領域IAR内のレチクルRの回
路パターンの縮小像(部分倒立像)が表面にフォトレジ
ストが塗布されたウエハW上の前記照明領域IARに共
役な露光領域IAに形成される。
The projection optical system PL is disposed below the reticle stage RST in FIG. 1 and its optical axis AX is in the Z-axis direction. Here, it is a reduction system that is telecentric on both sides, and extends in the optical axis AX direction. A refractive optical system including a plurality of lens elements arranged at predetermined intervals along the optical axis is used. Here, the projection magnification of the projection optical system PL is, for example, 1/4. Therefore, when the illumination light IL from the illumination optical system 12 illuminates the slit illumination area IAR on the reticle R, the illumination light IL passing through the reticle R causes the illumination of the slit illumination via the projection optical system PL. A reduced image (partially inverted image) of the circuit pattern of the reticle R in the area IAR is formed in an exposure area IA conjugate to the illumination area IAR on the wafer W having a surface coated with a photoresist.

【0047】前記ウエハステージWSTは、ステージベ
ース16上面に沿って例えば磁気浮上型2次元リニアア
クチュエータから成る不図示のウエハステージ駆動系に
より、XY2次元面内(θz回転を含む)で自在に駆動
されるようになっている。ここで、2次元リニアアクチ
ュエータは、X駆動コイル、Y駆動コイルの他、Z駆動
コイルをも有しているため、ウエハステージWSTは、
Z、X軸回りの回転方向(θx)、Y軸回りの回転方向
(θy)の3自由度方向にも微少駆動が可能な構成とな
っている。
The wafer stage WST is freely driven along the upper surface of the stage base 16 in an XY two-dimensional plane (including θz rotation) by a wafer stage drive system (not shown) composed of, for example, a magnetic levitation type two-dimensional linear actuator. It has become so. Here, since the two-dimensional linear actuator also has a Z drive coil in addition to the X drive coil and the Y drive coil, the wafer stage WST
The micro drive can be performed in three degrees of freedom, that is, a rotation direction (θx) around the Z and X axes and a rotation direction (θy) around the Y axis.

【0048】ウエハステージWST上には、ウエハホル
ダ25が載置され、このウエハホルダ25によってウエ
ハWが真空吸着(又は静電吸着)によって保持されてい
る。
A wafer holder 25 is mounted on wafer stage WST, and wafer W is held by wafer holder 25 by vacuum suction (or electrostatic suction).

【0049】なお、ウエハステージWSTに代えて、リ
ニアモータあるいは平面モータ等の駆動系によってXY
2次元面内でのみ駆動される2次元移動ステージを用い
る場合には、ウエハホルダ25を、Z、θx、θyの3
自由度方向にボイスコイルモータ等によって微少駆動さ
れるZ・レベリングテーブルを介してその2次元移動ス
テージ上に搭載すれば良い。
Incidentally, instead of wafer stage WST, XY is driven by a drive system such as a linear motor or a planar motor.
When a two-dimensional moving stage driven only in a two-dimensional plane is used, the wafer holder 25 is set to three of Z, θx, and θy.
It may be mounted on the two-dimensional moving stage via a Z-leveling table that is minutely driven by a voice coil motor or the like in the direction of freedom.

【0050】前記ウエハステージWST上には、ウエハ
レーザ干渉計(以下、「ウエハ干渉計」という)54W
からのレーザビームを反射する移動鏡52Wが固定さ
れ、外部に配置されたウエハ干渉計54Wにより、ウエ
ハステージWSTのXY面内の位置が例えば0.5〜1
nm程度の分解能で常時検出されている。
On wafer stage WST, a wafer laser interferometer (hereinafter referred to as "wafer interferometer") 54W
The movable mirror 52W for reflecting the laser beam from the wafer stage is fixed, and the position in the XY plane of the wafer stage WST is set to, for example, 0.5 to 1 by the wafer interferometer 54W arranged outside.
It is always detected with a resolution of about nm.

【0051】ここで、実際には、ウエハステージWST
上には、走査露光時の走査方向であるX軸方向に直交す
る反射面を有する移動鏡と非走査方向であるY軸方向に
直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、ウエハ干
渉計54WはX軸方向及びY軸方向にそれぞれ複数軸設
けられ、ウエハステージWSTのZ軸方向を除く、残り
の5自由度方向(X,Y,θx,θy,θz)の位置を
計測できるようになっているが、図1ではこれらが代表
的に移動鏡52W、ウエハ干渉計54Wとして示されて
いる。ウエハステージWSTの位置情報(又は速度情
報)は、ステージ制御装置70、及びこれを介して主制
御装置50に送られ、主制御装置50の指示の下、ステ
ージ制御装置70は、不図示のウエハステージ駆動系を
介してウエハステージWSTのXY面内の位置を制御す
る。
Here, actually, wafer stage WST
A moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the X-axis direction, which is the scanning direction at the time of scanning exposure, and a moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the Y-axis direction, which is the non-scanning direction, are provided on the upper side. 54W are provided in a plurality of axes in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively, so that the positions of the remaining five degrees of freedom (X, Y, θx, θy, θz) except the Z-axis direction of the wafer stage WST can be measured. However, in FIG. 1, these are typically shown as a moving mirror 52W and a wafer interferometer 54W. Position information (or speed information) of wafer stage WST is sent to stage controller 70 and main controller 50 via the same, and under the direction of main controller 50, stage controller 70 The position of wafer stage WST in the XY plane is controlled via a stage drive system.

【0052】また、ウエハステージWSTの内部には、
投影光学系PLの光学特性の計測に用いられる空間像計
測装置59を構成する光学系の一部が配置されている。
ここで、空間像計測装置59の構成について詳述する。
この空間像計測装置59は、図3に示されるように、ウ
エハステージWSTに設けられたステージ側構成部分、
すなわちパターン形成部材としてのスリット板90、レ
ンズ84、86から成るリレー光学系、光路折り曲げ用
のミラー88、送光レンズ87と、ウエハステージWS
T外部に設けられたステージ外構成部分、すなわちミラ
ー96、受光レンズ89、光電変換素子としての光セン
サ24等とを備えている。
Further, inside wafer stage WST,
A part of an optical system constituting the aerial image measuring device 59 used for measuring the optical characteristics of the projection optical system PL is arranged.
Here, the configuration of the aerial image measurement device 59 will be described in detail.
This aerial image measurement device 59 includes, as shown in FIG. 3, a stage-side component provided on wafer stage WST,
That is, a slit plate 90 as a pattern forming member, a relay optical system including lenses 84 and 86, a mirror 88 for bending an optical path, a light transmitting lens 87, and a wafer stage WS
A component outside the stage provided outside the T, that is, a mirror 96, a light receiving lens 89, an optical sensor 24 as a photoelectric conversion element, and the like are provided.

【0053】これを更に詳述すると、スリット板90
は、図3に示されるように、ウエハステージWSTの一
端部上面に設けられた上部が開口した突設部58に対
し、その開口を塞ぐ状態で上方から嵌め込まれている。
このスリット板90は、平面視長方形の受光ガラス82
の上面に遮光膜を兼ねる反射膜83が形成され、その反
射膜83の一部に計測用パターンとしての所定幅2Dの
スリット状の開口パターン(以下、「スリット」と呼
ぶ)22がパターンニングされて形成されている。
More specifically, the slit plate 90
As shown in FIG. 3, is fitted from above into a protruding portion 58 provided on the upper surface of one end of wafer stage WST and having an open top, in a state of closing the opening.
The slit plate 90 has a rectangular light receiving glass 82 in a plan view.
A reflection film 83 also serving as a light-shielding film is formed on the upper surface of the substrate, and a slit-shaped opening pattern (hereinafter, referred to as a “slit”) 22 having a predetermined width 2D as a measurement pattern is patterned on a part of the reflection film 83. It is formed.

【0054】前記受光ガラス82の素材としては、ここ
では、KrFエキシマレーザ光、あるいはArFエキシ
マレーザ光の透過性の良い、合成石英、あるいはホタル
石などが用いられる。
Here, as a material of the light receiving glass 82, synthetic quartz, fluorite, or the like, which has good transmittance of KrF excimer laser light or ArF excimer laser light, is used.

【0055】スリット22下方のウエハステージWST
内部には、スリット22を介して鉛直下向きに入射した
照明光束(像光束)の光路を水平に折り曲げるミラー8
8を介在させてレンズ84,86から成るリレー光学系
(84、86)が配置され、このリレー光学系(84、
86)の光路後方のウエハステージWSTの+X側の側
壁に、リレー光学系(84、86)によって所定光路長
分だけリレーされた照明光束をウエハステージWSTの
外部に送光する送光レンズ87が固定されている。
Wafer stage WST below slit 22
Inside, a mirror 8 for horizontally bending the optical path of the illumination light beam (image light beam) that has entered vertically downward through the slit 22.
8, a relay optical system (84, 86) composed of lenses 84, 86 is arranged, and the relay optical system (84, 86) is arranged.
A light transmitting lens 87 for transmitting an illumination light beam relayed by a predetermined optical path length by a relay optical system (84, 86) to the outside of the wafer stage WST is provided on the + X side wall of the wafer stage WST behind the optical path 86). Fixed.

【0056】送光レンズ87によってウエハステージW
STの外部に送り出される照明光束の光路上には、Y軸
方向に所定長さを有するミラー96が傾斜角45°で斜
設されている。このミラー96によって、ウエハステー
ジWSTの外部に送り出された照明光束の光路が鉛直上
方に向けて90°折り曲げられるようになっている。こ
の折り曲げられた光路上に送光レンズ87に比べて大径
の受光レンズ89が配置されている。この受光レンズ8
9の上方には、光センサ24が配置されている。これら
受光レンズ89及び光センサ24は、所定の位置関係を
保ってケース92内に収納され、該ケース92は取付け
部材93を介してベース16の上面に植設された支柱9
7の上端部近傍に固定されている。
The wafer stage W is moved by the light transmitting lens 87.
A mirror 96 having a predetermined length in the Y-axis direction is inclined at an inclination angle of 45 ° on the optical path of the illumination light beam sent out of the ST. By this mirror 96, the optical path of the illumination light beam sent out of wafer stage WST is bent 90 ° vertically upward. A light receiving lens 89 having a larger diameter than the light transmitting lens 87 is arranged on the bent optical path. This light receiving lens 8
Above 9, an optical sensor 24 is arranged. The light receiving lens 89 and the optical sensor 24 are housed in a case 92 while maintaining a predetermined positional relationship, and the case 92 is mounted on the upper surface of the base 16 via a mounting member 93.
7 is fixed near the upper end.

【0057】前記光センサ24としては、微弱な光を精
度良く検出することが可能な光電変換素子(受光素
子)、例えばフォト・マルチプライヤ・チューブ(PM
T、光電子増倍管)などが用いられる。光センサ24か
らの光電変換信号Pは、図1の信号処理装置80を介し
て主制御装置50に送られるようになっている。なお、
信号処理装置80は、例えば増幅器、サンプルホルダ、
A/Dコンバータ(通常16ビットの分解能のものが用
いられる)などを含んで構成することができる。
As the optical sensor 24, a photoelectric conversion element (light receiving element) capable of accurately detecting weak light, for example, a photomultiplier tube (PM)
T, photomultiplier tube, etc. are used. The photoelectric conversion signal P from the optical sensor 24 is sent to the main controller 50 via the signal processor 80 in FIG. In addition,
The signal processing device 80 includes, for example, an amplifier, a sample holder,
It can be configured to include an A / D converter (usually, one having a resolution of 16 bits is used).

【0058】なお、前述の如く、スリット22は反射膜
83に形成されているが、以下においては、便宜上スリ
ット板90にスリット22が形成されているものとして
説明を行う。
As described above, the slits 22 are formed in the reflection film 83, but the following description will be made on the assumption that the slits 22 are formed in the slit plate 90 for convenience.

【0059】上述のようにして構成された空間像計測装
置59によると、後述する、レチクルRに形成された計
測マークの投影光学系PLを介しての投影像(空間像)
の計測の際に、投影光学系PLを透過してきた照明光I
Lによって空間像計測装置59を構成するスリット板9
0が照明されると、そのスリット板90上のスリット2
2を透過した照明光ILがレンズ84、ミラー88及び
レンズ86、送光レンズ87を介してウエハステージW
STの外部に導き出される。そして、そのウエハステー
ジWSTの外部に導き出された光は、ミラー96によっ
て光路が鉛直上方に折り曲げられ、受光レンズ89を介
して光センサ24によって受光され、該光センサ24か
らその受光量に応じた光電変換信号(光量信号)Pが信
号処理装置80を介して主制御装置50に出力される。
According to the aerial image measuring device 59 configured as described above, a projection image (aerial image) of the measurement mark formed on the reticle R via the projection optical system PL, which will be described later.
Of the illumination light I transmitted through the projection optical system PL during the measurement of
The slit plate 9 constituting the aerial image measuring device 59 by L
When 0 is illuminated, the slit 2 on the slit plate 90
The illumination light IL that has passed through the wafer stage W passes through a lens 84, a mirror 88, a lens 86, and a light transmitting lens 87.
It is led out of ST. Then, the light guided to the outside of wafer stage WST has its optical path bent vertically upward by mirror 96, received by optical sensor 24 via light receiving lens 89, and responds to the amount of light received from optical sensor 24. The photoelectric conversion signal (light amount signal) P is output to the main controller 50 via the signal processor 80.

【0060】本実施形態の場合、計測マークの投影像
(空間像)の計測はスリットスキャン方式により行われ
るので、その際には、送光レンズ87が、受光レンズ8
9及び光センサ24に対して移動することになる。そこ
で、空間像計測装置59では、所定の範囲内で移動する
送光レンズ87を介した光がすべて受光レンズ89に入
射するように、各レンズ、及びミラー96の大きさが設
定されている。
In the case of the present embodiment, the measurement of the projected image (spatial image) of the measurement mark is performed by the slit scan method.
9 and the optical sensor 24. Therefore, in the aerial image measurement device 59, the size of each lens and the mirror 96 are set such that all light passing through the light transmitting lens 87 moving within a predetermined range enters the light receiving lens 89.

【0061】このように、空間像計測装置59では、ス
リット板90、レンズ84、86、ミラー88、及び送
光レンズ87により、スリット22を介した光をウエハ
ステージWST外に導出する光導出部が構成され、受光
レンズ89及び光センサ24によって、ウエハステージ
WST外へ導出された光を受光する受光部が構成されて
いる。この場合、これら光導出部と受光部とは、機械的
に分離されている。そして、空間像計測に際してのみ、
光導出部と受光部とは、ミラー96を介して光学的に接
続される。
As described above, in the aerial image measuring device 59, the light deriving section for guiding the light through the slit 22 to the outside of the wafer stage WST by the slit plate 90, the lenses 84 and 86, the mirror 88, and the light transmitting lens 87. , And a light receiving unit that receives the light led out of the wafer stage WST is formed by the light receiving lens 89 and the optical sensor 24. In this case, the light guiding section and the light receiving section are mechanically separated. And only for aerial image measurement,
The light guiding section and the light receiving section are optically connected via a mirror 96.

【0062】すなわち、空間像計測装置59では、光セ
ンサ24がウエハステージWSTの外部の所定位置に設
けられているため、光センサ24の発熱に起因してレー
ザ干渉計54Wの計測精度等に悪影響を与えたりするこ
とがない。また、ウエハステージWSTの外部と内部と
をライトガイド等により接続していないので、ウエハス
テージWSTの外部と内部とがライトガイドにより接続
された場合のようにウエハステージWSTの駆動精度が
悪影響を受けることもない。
That is, in the aerial image measurement device 59, since the optical sensor 24 is provided at a predetermined position outside the wafer stage WST, the heat generation of the optical sensor 24 adversely affects the measurement accuracy of the laser interferometer 54W. Or give. Further, since the outside and inside of wafer stage WST are not connected by a light guide or the like, the driving accuracy of wafer stage WST is adversely affected as in the case where the outside and inside of wafer stage WST are connected by a light guide. Not even.

【0063】勿論、熱の影響を排除できるような場合に
は、光センサ24をウエハステージWSTの内部に設け
ても良い。なお、空間像計測装置59を用いて行われる
空間像計測方法及び光学特性計測方法などについては、
後に詳述する。
Of course, if the influence of heat can be eliminated, optical sensor 24 may be provided inside wafer stage WST. In addition, regarding the aerial image measurement method and the optical characteristic measurement method performed using the aerial image measurement device 59,
Details will be described later.

【0064】図1に戻り、投影光学系PLの側面には、
ウエハW上のアライメントマーク(位置合わせマーク)
を検出するマーク検出系としてのオフアクシス・アライ
メント系ALGが設けられている。本実施形態では、こ
のアライメント系ALGとして、画像処理方式のアライ
メントセンサ、いわゆるFIA( Field Image Alignme
nt)系が用いられている。このアライメント系ALGの
検出信号は、主制御装置50に供給されるようになって
いる。
Returning to FIG. 1, on the side of the projection optical system PL,
Alignment mark (alignment mark) on wafer W
An off-axis alignment system ALG is provided as a mark detection system for detecting a mark. In the present embodiment, the alignment system ALG is an image processing type alignment sensor, so-called FIA (Field Image Alignment).
nt) system is used. The detection signal of alignment system ALG is supplied to main controller 50.

【0065】更に、本実施形態の露光装置10では、図
1に示されるように、主制御装置50によってオンオフ
が制御される光源を有し、投影光学系PLの結像面に向
けて多数のピンホール又はスリットの像を形成するため
の結像光束を、光軸AXに対して斜め方向より照射する
照射系60aと、それらの結像光束のウエハW表面での
反射光束を受光する受光系60bとから成る斜入射光式
の多点焦点位置検出系が設けられている。なお、本実施
形態の焦点位置検出系(60a、60b)と同様の多点
焦点位置検出系の詳細な構成は、例えば特開平6−28
3403号公報等に開示されている。
Further, as shown in FIG. 1, the exposure apparatus 10 of this embodiment has a light source whose ON / OFF is controlled by the main controller 50, and a large number of light sources are directed toward the image forming plane of the projection optical system PL. An irradiation system 60a for irradiating an imaging light beam for forming an image of a pinhole or a slit obliquely to the optical axis AX, and a light receiving system for receiving the reflected light beam of the imaging light beam on the surface of the wafer W 60b is provided. The detailed configuration of the multipoint focal position detection system similar to the focal position detection system (60a, 60b) of the present embodiment is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-28.
It is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 3403.

【0066】主制御装置50では、後述する走査露光時
等に、受光系60b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、不図示のウエハステージ駆動系を介してウ
エハステージWSTのZ軸方向への移動、及び2次元的
に傾斜(すなわち、θx,θy方向の回転)を制御す
る、すなわち多点焦点位置検出系(60a、60b)を
用いてウエハステージWSTの移動を制御することによ
り、照明光ILの照射領域(照明領域IARと結像関
係)内で投影光学系PLの結像面とウエハWの表面とを
実質的に合致させるオートフォーカス(自動焦点合わ
せ)及びオートレベリングを実行する。
The main controller 50 (not shown) operates such that the defocus becomes zero based on the defocus signal (defocus signal) from the light receiving system 60b, for example, the S-curve signal at the time of the scanning exposure to be described later. The movement of the wafer stage WST in the Z-axis direction and the two-dimensional inclination (that is, the rotation in the θx and θy directions) of the wafer stage WST are controlled via the wafer stage drive system, that is, the multipoint focal position detection system (60a, 60b) Is used to control the movement of the wafer stage WST so that the image plane of the projection optical system PL and the surface of the wafer W substantially match within the irradiation area of the illumination light IL (the imaging relation with the illumination area IAR). Execute auto focus (auto focus) and auto leveling.

【0067】次に、本実施形態の露光装置10における
露光工程の動作について簡単に説明する。
Next, the operation of the exposure step in the exposure apparatus 10 of the present embodiment will be briefly described.

【0068】まず、不図示のレチクル搬送系によりレチ
クルRが搬送され、ローディングポジションにあるレチ
クルステージRSTに吸着保持される。次いで、主制御
装置50の指示の下、ステージ制御装置70によりウエ
ハステージWST及びレチクルステージRSTの位置が
制御され、レチクルR上に形成された不図示のレチクル
アライメントマークの投影像(空間像)が空間像計測装
置59を用いて後述するようにして計測され、レチクル
パターン像の投影位置が求められる。すなわち、レチク
ルアライメントが行われる。
First, the reticle R is transported by a reticle transport system (not shown), and is held by suction on the reticle stage RST at the loading position. Next, under the instruction of main controller 50, the positions of wafer stage WST and reticle stage RST are controlled by stage controller 70, and a projection image (spatial image) of a reticle alignment mark (not shown) formed on reticle R is formed. Measurement is performed using the aerial image measurement device 59 as described later, and the projection position of the reticle pattern image is obtained. That is, reticle alignment is performed.

【0069】次に、主制御装置50の指示の下、ステー
ジ制御装置70により、スリット板90がアライメント
系ALGの直下へ位置するように、ウエハステージWS
Tが移動され、アライメント系ALGによって空間像計
測装置59の位置基準となるスリット22が検出され
る。主制御装置50では、このアライメント系ALGの
検出信号及びそのときのウエハ干渉計54Wの計測値、
並びに先に求めたレチクルパターン像の投影位置に基づ
いて、レチクルRのパターン像の投影位置とアライメン
ト系ALGとの相対位置、すなわちアライメント系AL
Gのベースライン量を求める。
Next, under the instruction of main controller 50, stage controller 70 controls wafer stage WS so that slit plate 90 is positioned immediately below alignment system ALG.
T is moved, and the slit 22 serving as the position reference of the aerial image measurement device 59 is detected by the alignment system ALG. Main controller 50 detects the detection signal of alignment system ALG and the measured value of wafer interferometer 54W at that time,
And a relative position between the projection position of the pattern image of the reticle R and the alignment system ALG, that is, the alignment system AL, based on the projection position of the reticle pattern image obtained previously.
The baseline amount of G is obtained.

【0070】かかるベースライン計測が終了すると、主
制御装置50により、例えば特開昭61−44429号
公報などに詳細に開示されるEGA(エンハンスト・グ
ローバル・アライメント)等のウエハアライメントが行
われ、ウエハW上の全てのショット領域の位置が求めら
れる。なお、このウエハアライメントに際して、ウエハ
W上の複数のショット領域のうちの予め定められた所定
のサンプルショットのウエハアライメントマークがアラ
イメント系ALGを用いて計測される。
When the baseline measurement is completed, the main controller 50 performs wafer alignment such as EGA (enhanced global alignment) disclosed in detail in, for example, JP-A-61-44429. The positions of all shot areas on W are determined. At the time of this wafer alignment, a wafer alignment mark of a predetermined sample shot of a plurality of shot areas on the wafer W is measured using the alignment system ALG.

【0071】次いで、主制御装置50では、上で求めた
ウエハW上の各ショット領域の位置情報及びベースライ
ン量に基づいて、ステージ制御装置70を介して干渉計
54W、54Rから送られる位置情報をモニタしつつ、
ステージ制御装置70を介してウエハステージWSTを
第1ショット領域の走査開始位置に位置決めするととも
に、レチクルステージRSTを走査開始位置に位置決め
して、その第1ショット領域の走査露光を行う。
Next, the main controller 50 sends the position information sent from the interferometers 54W and 54R via the stage controller 70 based on the position information of each shot area on the wafer W and the base line amount obtained above. While monitoring
The wafer stage WST is positioned at the scanning start position of the first shot area via the stage control device 70, and the reticle stage RST is positioned at the scanning start position, and scanning exposure of the first shot area is performed.

【0072】すなわち、主制御装置50では、レチクル
ステージRSTとウエハステージWSTとのX軸方向逆
向きの相対走査を開始する。両ステージRST、WST
がそれぞれの目標走査速度に達すると、照明光ILによ
ってレチクルRのパターン領域が照明され始め、走査露
光が開始される。
In other words, main controller 50 starts relative scanning of reticle stage RST and wafer stage WST in the direction opposite to the X-axis direction. Both stages RST, WST
Reaches the respective target scanning speeds, the pattern area of the reticle R starts to be illuminated by the illumination light IL, and scanning exposure is started.

【0073】主制御装置50では、特に上記の走査露光
時にレチクルステージRSTのX軸方向の移動速度Vr
とウエハステージWSTのX軸方向の移動速度Vwとが
投影光学系PLの投影倍率に応じた速度比に維持される
ように、ステージ制御装置70に指示を出し、レチクル
ステージRST及びウエハステージWSTを同期制御す
る。
The main controller 50 controls the moving speed Vr of the reticle stage RST in the X-axis direction especially during the above-described scanning exposure.
The reticle stage RST and the wafer stage WST are instructed so that the speed ratio of the wafer stage WST and the moving speed Vw in the X-axis direction are maintained at a speed ratio corresponding to the projection magnification of the projection optical system PL. Perform synchronous control.

【0074】そして、レチクルRのパターン領域の異な
る領域が照明光ILで逐次照明され、パターン領域全面
に対する照明が完了することにより、ウエハW上の第1
ショット領域の走査露光が終了する。これにより、レチ
クルRの回路パターンが投影光学系PLを介して第1シ
ョット領域に縮小転写される。
Then, different areas of the pattern area of the reticle R are sequentially illuminated with the illumination light IL, and the illumination of the entire pattern area is completed.
The scanning exposure of the shot area ends. Thus, the circuit pattern of the reticle R is reduced and transferred to the first shot area via the projection optical system PL.

【0075】こうして第1ショット領域の走査露光が終
了すると、ウエハステージWSTを第2ショット領域の
走査開始位置へ移動させるショット間のステッピング動
作を行う。そして、その第2ショット領域の走査露光を
上述と同様にして行う。以後、第3ショット領域以降も
同様の動作を行う。
When the scanning exposure of the first shot area is completed, a stepping operation between shots for moving wafer stage WST to the scanning start position of the second shot area is performed. Then, the scanning exposure of the second shot area is performed in the same manner as described above. Thereafter, the same operation is performed in the third shot area and thereafter.

【0076】このようにして、ショット間のステッピン
グ動作とショットの走査露光動作とが繰り返され、ステ
ップアンドスキャン方式でウエハW上の全てのショット
領域にレチクルRのパターンが転写される。
As described above, the stepping operation between shots and the scanning exposure operation for shots are repeated, and the pattern of the reticle R is transferred to all the shot areas on the wafer W by the step-and-scan method.

【0077】ここで、上記の走査露光中に、前述した多
点焦点位置検出系(60a、60b)の出力に基づくオ
ートフォーカス、オートレベリングが主制御装置50に
より実行される。
Here, during the above-mentioned scanning exposure, the main controller 50 executes the auto-focusing and the auto-leveling based on the output of the multi-point focal position detecting system (60a, 60b).

【0078】ところで、上記の走査露光中に、レチクル
RのパターンがウエハW上のショット領域に精度良く転
写されるためには、上記のオートフォーカス、オートレ
ベリングが精度良く行われ、ウエハWの露光領域が投影
光学系PLの結像面に実質的に一致した状態で露光が行
われる必要がある。そのためには、投影光学系PLのベ
ストフォーカス位置(最良結像面位置)が精度良く計測
されていること、及びその計測結果に基づいて多点焦点
位置検出系(60a、60b)のキャリブレーションが
行われていることが必要となる。本実施形態では、主制
御装置50が、ベストフォーカス位置(最良結像面位
置)の計測結果に基づいて、例えば多点焦点位置検出系
(60a、60b)の検出オフセットを設定するか、受
光系60b内の図示しない平行平板の反射光束の光軸に
対する傾きを制御して多点焦点位置検出系(60a、6
0b)の原点(検出基準点)の再設定を行うことによ
り、キャリブレーションを行うようになっている。これ
に限らず、検出信号に電気的オフセットを与えることに
より、キャリブレーションを行なうことも可能である。
In order to transfer the pattern of the reticle R to the shot area on the wafer W with high accuracy during the scanning exposure, the above-mentioned auto focus and auto leveling are performed with high accuracy. Exposure needs to be performed in a state where the region substantially matches the image plane of the projection optical system PL. For this purpose, the best focus position (best image plane position) of the projection optical system PL is measured with high accuracy, and the calibration of the multi-point focal position detection system (60a, 60b) is performed based on the measurement result. It needs to be done. In the present embodiment, the main controller 50 sets, for example, the detection offset of the multipoint focal position detection system (60a, 60b) based on the measurement result of the best focus position (best image plane position), or The inclination of the reflected light flux of the parallel plate (not shown) in the optical plate 60b with respect to the optical axis is controlled to control the multi-point focal position detection system (60a, 6b).
The calibration is performed by resetting the origin (detection reference point) of 0b). However, the present invention is not limited to this, and calibration can be performed by giving an electrical offset to the detection signal.

【0079】本実施形態では、上記の投影光学系のベス
トフォーカス位置の計測に、空間像計測装置59が用い
られる。以下、このベストフォーカス位置の計測につい
て説明するが、それに先立って、空間像計測装置59を
用いた空間像計測について説明する。
In the present embodiment, an aerial image measuring device 59 is used for measuring the best focus position of the projection optical system. Hereinafter, the measurement of the best focus position will be described. Prior to that, the aerial image measurement using the aerial image measurement device 59 will be described.

【0080】図3には、空間像計測装置59を用いて、
レチクルRに形成された計測マークPMの空間像が計測
されている最中の状態が示されている。レチクルRとし
ては、空間像計測専用のもの、あるいはデバイスの製造
に用いられるデバイスレチクルに専用の計測用マークを
形成したものなどが用いられる。これらのレチクルの代
わりに、レチクルステージRSTにレチクルと同材質の
ガラス素材から成る固定のマーク板(レチクルフィデュ
ーシャルマーク板とも呼ばれる)を設け、このマーク板
に計測用マーク(計測マーク)を形成したものを用いて
も良い。
FIG. 3 shows an aerial image measuring device 59
The state in which the aerial image of the measurement mark PM formed on the reticle R is being measured is shown. As the reticle R, a reticle R dedicated to aerial image measurement, or a device reticle used for manufacturing a device in which a dedicated measurement mark is formed is used. Instead of these reticles, a fixed mark plate (also called a reticle fiducial mark plate) made of the same glass material as the reticle is provided on the reticle stage RST, and measurement marks (measurement marks) are formed on the mark plate. You may use what was done.

【0081】ここで、レチクルRには、所定の箇所にX
軸方向に周期性を有するライン部の幅とスペース部の幅
の比(デューティ比)が1:1のラインアンドスペース
(L/S)マークから成る計測マークPMが形成されて
いるものとする。また、空間像計測装置59を構成する
スリット板90には、図4(A)に示されるように、Y
軸方向に伸びる所定幅2Dのスリット22が形成されて
いるものとする。
Here, the reticle R has X
It is assumed that a measurement mark PM composed of a line-and-space (L / S) mark having a ratio (duty ratio) of the width of the line portion to the width of the space portion having a periodicity in the axial direction (duty ratio) of 1: 1 is formed. In addition, as shown in FIG. 4A, the slit plate 90 constituting the aerial image measuring device 59 has Y
It is assumed that a slit 22 having a predetermined width 2D extending in the axial direction is formed.

【0082】空間像の計測にあたり、主制御装置50に
より、図1に示される可動レチクルブラインド30Bが
不図示のブラインド駆動装置を介して駆動され、照明光
ILの照明領域が計測マークPM部分を含む所定領域に
制限される(図3参照)。この状態で、主制御装置50
により光源14の発光が開始され、照明光ILが計測マ
ークPMに照射されると、計測マークPMによって回
折、散乱した光(照明光IL)は投影光学系PLにより
屈折され、該投影光学系PLの像面に計測マークPMの
空間像(投影像)が形成される。このとき、ウエハステ
ージWSTは、図4(A)に示されるように、スリット
板90上のスリット22の+X側(又は−X側)に計測
マークPMの空間像PM’が形成される位置に設定され
ているものとする。
In measuring the aerial image, the movable reticle blind 30B shown in FIG. 1 is driven by the main controller 50 via a blind drive device (not shown), and the illumination area of the illumination light IL includes the measurement mark PM. It is limited to a predetermined area (see FIG. 3). In this state, main controller 50
When the illumination light IL is irradiated on the measurement mark PM, the light (illumination light IL) diffracted and scattered by the measurement mark PM is refracted by the projection optical system PL, and the projection optical system PL A spatial image (projection image) of the measurement mark PM is formed on the image plane of. At this time, as shown in FIG. 4A, wafer stage WST is at a position where spatial image PM ′ of measurement mark PM is formed on + X side (or −X side) of slit 22 on slit plate 90. It has been set.

【0083】そして、主制御装置50の指示の下、ステ
ージ制御装置70により、ウエハステージWSTが図4
(A)中に矢印Fで示されるように+X方向に駆動され
ると、スリット22が空間像PM’に対してX軸方向に
走査される。この走査中に、スリット22を通過する光
(照明光IL)がウエハステージWST内の受光光学
系、ウエハステージWST外部の反射ミラー96及び受
光レンズ89を介して光センサ24で受光され、その光
電変換信号Pが図1に示される信号処理装置80に供給
される。信号処理装置80では、その光電変換信号に所
定の処理を施して、空間像PM’に対応する光強度信号
を主制御装置50に供給する。なお、この際、信号処理
装置80では、光源14からの照明光ILの発光強度の
ばらつきを抑えるために、図1に示されるインテグレー
タセンサ46の信号により光センサ24からの信号を規
格化した信号を主制御装置50に供給するようになって
いる。
Then, under the instruction of main controller 50, stage controller 70 moves wafer stage WST to the position shown in FIG.
When driven in the + X direction as shown by the arrow F in (A), the slit 22 scans the aerial image PM ′ in the X-axis direction. During this scanning, the light (illumination light IL) passing through the slit 22 is received by the optical sensor 24 via the light receiving optical system in the wafer stage WST, the reflection mirror 96 and the light receiving lens 89 outside the wafer stage WST, and the light The converted signal P is supplied to the signal processing device 80 shown in FIG. The signal processing device 80 performs predetermined processing on the photoelectric conversion signal, and supplies a light intensity signal corresponding to the aerial image PM ′ to the main control device 50. At this time, in the signal processing device 80, in order to suppress the variation in the emission intensity of the illumination light IL from the light source 14, a signal obtained by standardizing the signal from the optical sensor 24 based on the signal from the integrator sensor 46 shown in FIG. Is supplied to the main controller 50.

【0084】図4(B)には、上記の空間像計測の際に
得られる光電変換信号(光強度信号)Pの一例が示され
ている。
FIG. 4B shows an example of a photoelectric conversion signal (light intensity signal) P obtained at the time of the aerial image measurement.

【0085】以下、本実施形態の露光装置10における
空間像計測装置59を用いたベストフォーカス位置の検
出について、図5のフローチャートに従って説明する。
この図5は、主制御装置50の制御の流れを簡略化して
示すものである。また、前提として、主制御装置50の
メモリ内には、図7(A)(又は図7(B))に示され
るσ値に応じた重み減衰率のテーブルデータが予め格納
されているものとする。また、レチクルRには計測パタ
ーンとして、例えば0.8μmL/Sパターンが形成さ
れ、スリット22の幅2Dは例えば0.3μmであるも
のとする。また、投影光学系PLの投影倍率が前述の如
く1/4であるのでレチクルR上の計測パターンはスリ
ット板90上で0.2μmL/Sパターン像となる。
Hereinafter, detection of the best focus position using the aerial image measuring device 59 in the exposure apparatus 10 of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
FIG. 5 shows a simplified control flow of main controller 50. It is assumed that table data of the weight attenuation rate corresponding to the σ value shown in FIG. 7A (or FIG. 7B) is stored in advance in the memory of main controller 50. I do. Further, a reticle R is formed with, for example, a 0.8 μmL / S pattern as a measurement pattern, and the width 2D of the slit 22 is, for example, 0.3 μm. Since the projection magnification of the projection optical system PL is 1/4 as described above, the measurement pattern on the reticle R becomes a 0.2 μmL / S pattern image on the slit plate 90.

【0086】まず、主制御装置50は、ステップ102
において、メモリ内に記憶してあるベストフォーカス位
置をファイン計測の計測中心として設定する。このファ
イン計測の計測中心として設定されるベストフォーカス
位置は、通常の場合は、前回の計測値が用いられる。但
し、前回の計測が行われていない場合、あるいはその計
測値が失われた場合には、露光装置10の調整段階にて
設定された設計値が用いられる。但し、前回の計測値が
失われていない場合であっても設計値を用いても構わな
い。
First, main controller 50 executes step 102
, The best focus position stored in the memory is set as the measurement center of the fine measurement. As the best focus position set as the measurement center of the fine measurement, in the normal case, the previous measurement value is used. However, if the previous measurement has not been performed or the measured value has been lost, the design value set in the adjustment stage of the exposure apparatus 10 is used. However, the design value may be used even when the previous measurement value is not lost.

【0087】次のステップ104では、主制御装置50
は、ステップ102で設定されたファイン計測中心を中
心として、ファイン計測を行う。具体的には、主制御装
置50では、投影光学系PLの視野内でベストフォーカ
ス位置を計測すべき所定点、例えば光軸上にレチクルR
上の計測マークPMが位置決めされるように、レチクル
ステージRSTを移動する。次に、主制御装置50で
は、照明光ILが計測マークPM部分のみに照射される
ように可動レチクルブラインド30Bを駆動制御して照
明領域を規定する。この状態で、主制御装置50では、
照明光ILをレチクルRに照射して、ウエハステージW
STをX軸方向に走査しながら空間像計測装置59を用
いて、計測マークPMの空間像計測を前述と同様にスリ
ットスキャン方式により行う。この際、主制御装置50
では、スリット板90のZ軸方向の位置(すなわち、ウ
エハステージWSTのZ位置)をステップ102で設定
されたファイン計測中心を中心とする所定幅の範囲で例
えば0.15μmピッチで15ステップ程度変化させつ
つ、複数回繰り返し、各回の光強度信号(光電変換信
号)を内部のメモリに記憶する。
In the next step 104, main controller 50
Performs fine measurement around the fine measurement center set in step 102. Specifically, main controller 50 sets a reticle R at a predetermined point in the field of view of projection optical system PL where the best focus position should be measured, for example, reticle R on the optical axis.
The reticle stage RST is moved so that the upper measurement mark PM is positioned. Next, the main controller 50 controls the driving of the movable reticle blind 30B so as to irradiate only the measurement mark PM with the illumination light IL, thereby defining an illumination area. In this state, main controller 50
Irradiation light IL is applied to reticle R, and wafer stage W
While scanning ST in the X-axis direction, the aerial image measurement of the measurement mark PM is performed by the slit scan method using the aerial image measurement device 59 in the same manner as described above. At this time, the main controller 50
Then, the position of the slit plate 90 in the Z-axis direction (that is, the Z position of the wafer stage WST) is changed by, for example, about 15 steps at a pitch of 0.15 μm within a predetermined width centered on the fine measurement center set in step 102. The light intensity signal (photoelectric conversion signal) of each time is stored in an internal memory.

【0088】次のステップ106では、主制御装置50
は、投影光学系PLの仮のベストフォーカス位置(第1
のベストフォーカス位置)を次のようにして算出する。
In the next step 106, main controller 50
Is the temporary best focus position of the projection optical system PL (first
Is calculated as follows.

【0089】まず、ステップ104の計測でスリット板
90のZ軸方向の各位置毎に得られた光電変換信号のコ
ントラスト値を、各信号波形をフーリエ変換し、その係
数からそれぞれ算出する。以下、これを更に詳述する。
First, the contrast value of the photoelectric conversion signal obtained at each position in the Z-axis direction of the slit plate 90 in the measurement in step 104 is calculated from the coefficient by Fourier transforming each signal waveform. Hereinafter, this will be described in more detail.

【0090】計測により得られた光電変換信号をI
(x)とし、それを基本周波数成分と高次の周波数成分
として表すと、次式(1)のように表せる。
The photoelectric conversion signal obtained by the measurement is represented by I
If (x) is expressed as a fundamental frequency component and a higher-order frequency component, it can be expressed as the following equation (1).

【0091】[0091]

【数1】 (Equation 1)

【0092】ここで、a0、an、bnは、それぞれ以下
の(2)〜(4)式のようになる。
Here, a 0 , a n , and b n are represented by the following equations (2) to (4), respectively.

【0093】[0093]

【数2】 (Equation 2)

【0094】また、Pは信号の周期であり、ω0=2π
/Pである。
P is the period of the signal, and ω 0 = 2π
/ P.

【0095】また、コントラスト値(Cont)は、次
式(5)で表される。 Cont=(Max−Min)/(Max+Min) …(5)
The contrast value (Cont) is expressed by the following equation (5). Cont = (Max−Min) / (Max + Min) (5)

【0096】ここで、波形がフーリエ級数展開の0次成
分と1次成分だけで形成されているとすると、波形の直
流成分の振幅c0と、基本周波数成分の振幅c1は、次式
(6),(7)にて表すことができる。 c0=a0 …(6)
[0096] Here, the waveform is assumed to be formed only by 0-order component and the first-order component of the Fourier series expansion, the amplitude c 0 of the DC component of the waveform, the amplitude c 1 of the fundamental frequency component, the following equation ( 6) and (7). c 0 = a 0 (6)

【0097】[0097]

【数3】 (Equation 3)

【0098】この場合、 Max=c0+c1/2 …(8) Min=c0−c1/2 …(9) と表せるので、(5)式は、上式(8)、(9)より、
次式(5)’として表される。 Cont=c1/(2c0) …(5)’
In this case, Max = c 0 + c 1/2 (8) Min = c 0 -c 1/2 (9) Therefore, the expression (5) can be expressed by the above expressions (8) and (9). Than,
It is expressed as the following equation (5) ′. Cont = c 1 / (2c 0 ) (5) ′

【0099】ここでベストフォーカス位置を求めるに際
し、(1次/0次)の振幅比が含まれたコントラスト値
を用いるのは、コントラスト値はフォーカス位置(Z位
置)に応じて敏感に変化するため、これを利用して、コ
ントラスト値が最大となるフォーカス位置(Z位置)を
ベストフォーカス位置として容易にかつ確実に求めるこ
とができるからである。
When the best focus position is obtained, the contrast value including the (first order / zero order) amplitude ratio is used because the contrast value changes sensitively according to the focus position (Z position). By using this, the focus position (Z position) at which the contrast value becomes maximum can be easily and reliably determined as the best focus position.

【0100】図6(A)には、上記のようにして、スリ
ット板90の各Z位置について得られた光電変換それぞ
れのコントラスト値を求め、その求めたコントラスト値
を、横軸をZ位置、縦軸をコントラスト値とする直交座
標系上にプロットしたデータの一例(大σ照明絞りによ
る通常照明条件下での例)が示されている。
In FIG. 6A, the contrast values of the respective photoelectric conversions obtained at the respective Z positions of the slit plate 90 are obtained as described above. An example of data plotted on an orthogonal coordinate system having a vertical axis as a contrast value (an example under normal illumination conditions with a large σ illumination stop) is shown.

【0101】主制御装置50は、各プロット点に基づい
て最小自乗法により関数フィッティングを行い図6
(B)に示されるような6次近似曲線から成る第1のコ
ントラストカーブP1を求め、該第1のコントラストカ
ーブP1上でのコントラスト値を、計測レンジの間で例
えば0.05μm刻みで比較し、その最大値を仮の最大
値Maと設定する。次に、主制御装置50は、図6
(C)に示されるように、仮の最大値Maから所定量S
だけ下がったところに、Cont=aの直線(スライス
ライン)SLを設定するとともに、前述の6次近似曲線
P1との2つの交点座標Ja,Kaを求める。更に、主
制御装置50では、求められた2点Ja,Kaの直線S
L上の中点Oaを算出するとともに、この中点Oaに対
応するZ位置を投影光学系PLの仮のベストフォーカス
位置(Z’)として決定する。
Main controller 50 performs function fitting by the least squares method based on each plot point, and
A first contrast curve P1 consisting of a sixth-order approximation curve as shown in (B) is obtained, and the contrast values on the first contrast curve P1 are compared between measurement ranges at, for example, 0.05 μm intervals. , Is set as a temporary maximum value Ma. Next, the main control device 50
As shown in (C), a predetermined amount S is calculated from the provisional maximum value Ma.
A straight line (slice line) SL of Cont = a is set at the position where the distance is lowered, and two intersection coordinates Ja and Ka with the above-described sixth-order approximation curve P1 are obtained. Further, in the main controller 50, a straight line S of the obtained two points Ja and Ka is obtained.
The midpoint Oa on L is calculated, and the Z position corresponding to the midpoint Oa is determined as a temporary best focus position (Z ′) of the projection optical system PL.

【0102】図5に戻り、次のステップ108におい
て、主制御装置50は、ステップ106で仮のベストフ
ォーカス位置Z’が算出できたかどうかを判断する。こ
の判断が肯定されると、次のステップ110に移行し
て、主制御装置50では、設定されている照明条件を確
認する。この照明条件の確認は、照明光学系12内の照
明系開口絞り板24の絞りの設定状態、すなわち、図2
に示されるいずれの開口絞りが使用中であるか(照明光
の光路上に設定されているか)に基づいて行われる。
Returning to FIG. 5, in the next step 108, main controller 50 determines whether or not temporary best focus position Z 'has been calculated in step 106. If this determination is affirmed, the process proceeds to the next step 110, where main controller 50 checks the set lighting conditions. The confirmation of the illumination condition is performed by checking the setting state of the aperture of the illumination system aperture stop plate 24 in the illumination optical system 12, that is, FIG.
Is performed based on which of the aperture stops is being used (whether the aperture stop is set on the optical path of the illumination light).

【0103】次いで、主制御装置50では、ステップ1
12において、ステップ110の確認結果に基づいて、
レチクルR上のパターンを照明する照明光学系12の開
口数を投影光学系の開口数で除した値である照明のコヒ
ーレンスファクタσ(=照明光学系の開口数/投影光学
系の開口数)を求めるとともに、このコヒーレンスファ
クタσと、メモリ内に記憶しているテーブルデータ(図
7(A)参照)とに基づいて、重み減衰率γを決定す
る。なお、本実施形態では、コヒーレンスファクタσ
は、開口絞り毎に予め計算され、開口絞りの情報と対応
付けてメモリ内に記憶されている。従って、ステップ1
12においてコヒーレンスファクタσを計算することは
ないが、計算することも可能である。例えば、大σ開口
絞りの場合は、コヒーレンスファクタσ=0.8、小σ
開口絞りの場合は、コヒーレンスファクタσ=0.3な
どとなっている。
Next, main controller 50 executes step 1
At 12, based on the confirmation result of step 110,
The illumination coherence factor σ (= the numerical aperture of the illumination optical system / the numerical aperture of the projection optical system), which is a value obtained by dividing the numerical aperture of the illumination optical system 12 that illuminates the pattern on the reticle R by the numerical aperture of the projection optical system, At the same time, the weight attenuation rate γ is determined based on the coherence factor σ and the table data stored in the memory (see FIG. 7A). In the present embodiment, the coherence factor σ
Is calculated in advance for each aperture stop, and is stored in the memory in association with information on the aperture stop. Therefore, step 1
At 12, the coherence factor σ is not calculated, but may be calculated. For example, in the case of a large σ aperture stop, the coherence factor σ = 0.8 and the small σ
In the case of the aperture stop, the coherence factor σ = 0.3 or the like.

【0104】ここで、重み減衰率γとは、次式(10)
で示される重み付け関数の重みパラメータを意味する。
Here, the weight decay rate γ is given by the following equation (10).
Means the weight parameter of the weighting function represented by.

【0105】 η=exp{−0.5{(Z−Z’)/γ}2} …(10)Η = exp {−0.5 {(Z−Z ′) / γ} 2 } (10)

【0106】この式(10)において、Zは計測が行わ
れたZ位置、Z’は重み付けの中心(前述した仮のベス
トフォーカス位置)、γが重み減衰率(Weight Dumping
Rate)である。この式(10)の重み付け関数ηは、
式(10)中のγを標準偏差sに置き換えると明らかな
ように、ガウス関数に他ならない。
In the equation (10), Z is the measured Z position, Z ′ is the center of weighting (the above-mentioned temporary best focus position), and γ is the weight damping rate (Weight Dumping).
Rate). The weighting function η in this equation (10) is
As is clear when γ in the equation (10) is replaced by the standard deviation s, there is nothing but a Gaussian function.

【0107】ここで、例えば照明系開口絞り板24の大
σ開口絞り23aが使用中である場合には、投影光学系
PLの開口数にもよるが、通常σ値=0.8であるた
め、図7(A)のテーブルデータに基づいて、重み減衰
率γ=1.0に決定される。また、輪帯開口絞り23
c、変形開口絞り23d等が使用中である場合も、σ値
が0.6以上となるため、重み減衰率γ=1.0に決定
される。
Here, for example, when the large σ aperture stop 23a of the illumination system aperture stop plate 24 is in use, the σ value is usually 0.8, although it depends on the numerical aperture of the projection optical system PL. , And the weight attenuation rate γ is determined to be 1.0 based on the table data of FIG. Also, the annular aperture stop 23
c, when the modified aperture stop 23d and the like are in use, the σ value is 0.6 or more, so the weight attenuation rate γ is determined to be 1.0.

【0108】一方、例えば照明系開口絞り板24の大σ
開口絞り23bが使用中である場合には、σ値=0.3
であるため、図7(A)のテーブルデータに基づいて、
重み減衰率γ=0.3に決定される。
On the other hand, for example, the large σ of the illumination system aperture stop plate 24
When the aperture stop 23b is in use, the σ value = 0.3
Therefore, based on the table data of FIG.
The weight decay rate γ = 0.3 is determined.

【0109】なお、σ値に応じた重み減衰率のテーブル
データは、上述した2段階の分類が可能なものに限ら
ず、図7(B)に示されるような3段階の分類が可能な
テーブルデータを採用しても良く、あるいは、照明条件
毎に予め定めた重み減衰率の値がそれぞれ設定された多
段階の分類が可能なテーブルデータを採用しても良い。
要は、照明条件に応じて重み減衰率(重みパラメータ)
が設定されたテーブルデータを用いれば良い。
Note that the table data of the weight decay rate according to the σ value is not limited to the data that can be classified into the two stages described above, and the table data that can be classified into the three stages as shown in FIG. 7B. Data may be used, or table data that can be classified in multiple stages in which values of the weight attenuation rate predetermined for each lighting condition are set may be used.
In short, weight decay rate (weight parameter) according to lighting conditions
May be used.

【0110】次のステップ114では、上式(10)の
γにステップ112で決定した値を代入した重み付け関
数ηを用いて、仮のベストフォーカス位置Z’を中心と
して各コントラスト値を重み付けし、その重み付け後の
各コントラスト値に対して最小自乗法によるフィッティ
ングを行い、例えば4次近似曲線から成る第2のコント
ラストカーブを算出する。
In the next step 114, each contrast value is weighted around the temporary best focus position Z 'using a weighting function η obtained by substituting the value determined in step 112 for γ in the above equation (10). The least squares fitting is performed on each of the weighted contrast values, and a second contrast curve composed of, for example, a fourth-order approximation curve is calculated.

【0111】次のステップ116では、主制御装置50
は、上記ステップ114で求められた第2のコントラス
トカーブに基づいて、投影光学系PLの真のベストフォ
ーカス位置(第2のベストフォーカス位置)Zbestを算
出する。具体的には、第2のコントラストカーブ上のコ
ントラスト値を例えば0.05μm刻みで比較し、その
最大値(第2のコントラストカーブのピーク点)を求
め、この最大値に対応するZ位置を真のベストフォーカ
ス位置Zbestとして算出し、メモリ内に記憶する。これ
により、ベストフォーカス位置の検出が終了する。
In the next step 116, main controller 50
Calculates the true best focus position (second best focus position) Z best of the projection optical system PL based on the second contrast curve obtained in step 114. Specifically, the contrast values on the second contrast curve are compared at, for example, 0.05 μm intervals, the maximum value (peak point of the second contrast curve) is obtained, and the Z position corresponding to this maximum value is set to true. Is calculated as the best focus position Z best and stored in the memory. Thus, the detection of the best focus position ends.

【0112】ここで、一例として、大σ開口絞り23a
が使用中である場合について説明する。この場合、前述
の如く、上記ステップ112において、重み減衰率γが
1.0と決定されるので、重み付け関数ηとしては、次
式(11)で表されるものが用いられる。 η=exp{−0.5×(Z−Z’)2} …(11)
Here, as an example, a large σ aperture stop 23a
The case where is being used will be described. In this case, as described above, in step 112, the weight decay rate γ is determined to be 1.0, so that the weighting function η represented by the following equation (11) is used. η = exp {−0.5 × (Z−Z ′) 2 … (11)

【0113】そして、上記ステップ114では、上式
(11)の重み付け関数を用いて、前述の如く、仮のベ
ストフォーカス位置Z’を中心として各コントラスト値
を重み付けし、その重み付け後の各コントラスト値に対
して最小自乗法によるフィッティングが行われ、図6
(D)に示されるような4次近似曲線から成る第2のコ
ントラストカーブP2が算出される。そして、ステップ
116で、図6(D)に示される真のベストフォーカス
位置(第2のベストフォーカス位置)Zbestが算出され
る。
In step 114, as described above, each contrast value is weighted around the temporary best focus position Z 'using the weighting function of the above equation (11), and each weighted contrast value is used. The fitting by the least squares method is performed for
A second contrast curve P2 composed of a fourth-order approximation curve as shown in (D) is calculated. Then, in step 116, the true best focus position (second best focus position) Z best shown in FIG. 6D is calculated.

【0114】また、例えば輪帯開口絞り23cあるいは
変形開口絞り23d等が使用中である場合には、ステッ
プ104のファイン計測の結果、図6(B)に示される
第1のコントラストカーブP1よりもピークが緩やかな
第1のコントラストカーブが得られるので、大σ開口絞
り23aの場合と全く同様にして真のベストフォーカス
位置が算出される。
If the annular aperture stop 23c or the modified aperture stop 23d is in use, for example, as a result of the fine measurement in step 104, the first contrast curve P1 shown in FIG. Since the first contrast curve having a gentle peak is obtained, the true best focus position is calculated in the same manner as in the case of the large σ aperture stop 23a.

【0115】また、小σ開口絞り23bが使用中である
場合には、ステップ104のファイン計測の結果、例え
ば図8(A)に示されるような、メインピークの両側に
サブピークのある第1のコントラストカーブP3が得ら
れる。この図8(A)における、両側のサブピークの偏
り(非対称性)は、投影光学系PLの収差の影響による
ものである。
When the small σ aperture stop 23b is in use, as a result of the fine measurement in step 104, for example, as shown in FIG. A contrast curve P3 is obtained. The deviation (asymmetry) of the sub-peaks on both sides in FIG. 8A is due to the influence of the aberration of the projection optical system PL.

【0116】この場合、上記ステップ112において、
重み減衰率γが0.3と決定されるので、重み付け関数
ηとしては、次式(12)で表されるものが用いられ
る。 η=exp〔−0.5×{(Z−Z’)/0.3}2〕 …(12)
In this case, in step 112,
Since the weight decay rate γ is determined to be 0.3, a function expressed by the following equation (12) is used as the weighting function η. η = exp [−0.5 × {(Z−Z ′) / 0.3} 2 ] (12)

【0117】上式(12)で表される重み付け関数によ
ると、前述の式(11)で表される大σ開口絞りのとき
の重み付け関数と比べ、重み付け中心付近の重み(重み
付け関数の値)が大きく中心からある程度離れた位置の
重みが非常に小さくなる。従って、上記(12)式の重
み付け関数を用いることにより、真のベストフォーカス
位置算出の際のピークから離れた位置のコントラスト値
による影響を低減することができる。
According to the weighting function expressed by the above equation (12), the weight near the center of the weight (the value of the weighting function) is larger than the weighting function at the time of the large σ aperture stop expressed by the above equation (11). Is large, and the weight at a position distant from the center to some extent becomes very small. Therefore, by using the weighting function of the above equation (12), it is possible to reduce the influence of the contrast value at a position away from the peak when calculating the true best focus position.

【0118】この結果、ステップ116において算出さ
れる第2のコントラストカーブは、例えば図8(B)に
示されるようなコントラストカーブP4となり、結果的
に実際のベストフォーカス位置Z0とほぼ一致する位置
bestが真のベストフォーカス位置として算出されるこ
ととなる。この図8(B)と前述した図14とを比較す
ると明らかなように、本実施形態では、小σ照明条件下
における投影光学系PLの真のベストフォーカス位置の
計測精度が格段向上していることがわかる。
[0118] As a result, second contrast curve calculated in step 116, for example, the contrast curve P4 becomes as shown in FIG. 8 (B), resulting in fact substantially coincident position and best focus position Z 0 of the Z best is calculated as the true best focus position. As is apparent from a comparison between FIG. 8B and FIG. 14 described above, in the present embodiment, the measurement accuracy of the true best focus position of the projection optical system PL under the small σ illumination condition is significantly improved. You can see that.

【0119】この一方、上記ステップ108において、
仮のベストフォーカス位置Z’が算出できなかったと判
断された場合には、主制御装置50は、ステップ118
の処理を行う。ここで、仮のベストフォーカス位置Z’
が算出できない場合とは、算出した15点のコントラス
トが図9(A)に示されるように、単調増加(あるいは
単調減少)を示す場合が挙げられる。このような現象が
生じるのは、1つは、前回計測時からのフォーカス変動
が異常に大きい場合、あるいは、装置が初期化され、調
整時にメモリ内に記憶していたベストフォーカス位置と
真のベストフォーカス位置とが大きく相違していた場合
などが考えられる。装置が初期化された場合であって
も、調整時にメモリ内に記憶していたベストフォーカス
位置と真のベストフォーカス位置との差が小さい場合に
は、ステップ104において、ファイン計測中心を調整
時にメモリ内に記憶していたベストフォーカス位置とす
ることにより、仮のベストフォーカス位置は、容易に算
出されるからである。
On the other hand, in step 108,
If it is determined that the provisional best focus position Z ′ cannot be calculated, the main control device 50 proceeds to step 118
Is performed. Here, the temporary best focus position Z '
Is not calculated when the calculated contrast of the 15 points indicates a monotonic increase (or a monotonous decrease) as shown in FIG. 9A. One of the reasons why such a phenomenon occurs is when the focus fluctuation from the previous measurement is abnormally large, or when the apparatus is initialized and the best focus position stored in the memory at the time of adjustment is different from the true best position. It is possible that the focus position is greatly different from the focus position. Even when the apparatus is initialized, if the difference between the best focus position stored in the memory at the time of adjustment and the true best focus position is small, in step 104, the fine measurement center is stored in the memory at the time of adjustment. This is because the provisional best focus position can be easily calculated by setting the best focus position stored in the above.

【0120】ステップ118では、主制御装置50は、
上記ステップ104で計測した15点の計測結果のうち
の、例えば2点、例えば図9(A)中のZ,Zを選
択し、その2点とメモリ内に記憶してあるコントラスト
カーブ(例えば前回のベストフォーカス位置を計測した
際のコントラストカーブや、調整時にメモリ内に記憶し
ていたコントラストカーブ、あるいは設計上のコントラ
ストカーブ)とを比較する。そして、主制御装置50で
は、この比較結果に基づいて、次のようにして、図9
(B)中に点線で示されるようなコントラストカーブP
(Z)のピーク位置を推測し、ファイン計測中心
(Z0’)を求める。
At step 118, main controller 50
Of the 15 points measured in step 104, for example, two points, for example, Z 1 and Z 2 in FIG. 9A are selected, and the two points and the contrast curve ( For example, a comparison is made between a contrast curve obtained when the best focus position was measured last time, a contrast curve stored in a memory at the time of adjustment, or a designed contrast curve. Then, main controller 50 performs the following based on the comparison result as shown in FIG.
(B) Contrast curve P as shown by the dotted line in FIG.
The peak position of (Z) is estimated to determine the fine measurement center (Z 0 ′).

【0121】すなわち、メモリに記憶してあるコントラ
ストカーブの関数(P(Z)とする)は、最小自乗近似
の結果求められているものであるから、例えばフォーカ
ス方向の位置Zの関数P(Z)=f(Z−Z0’)とし
て表すことができるものとすると、主制御装置50で
は、上記の計測の結果得られたコントラストの計測値C
(Z1)、C(Z2)が、 C(Z1)=f(Z1−Z0’) …(13) C(Z2)=f(Z2−Z0’) …(14) をともに満たすような値Z0’(ファイン計測中心)を
最小自乗法によって決定する。これにより、メモリ内に
記憶してあるコントラストカーブをどれだけフォーカス
方向に変化させれば、f(Z−Z0)をf(Z−Z0’)
にできるか、すなわち、メモリ内に記憶してあるコント
ラストカーブが先に選択した2点(例えば図9(A)中
のZ,Z)を含むコントラストカーブと重なるかが
わかる。
That is, since the function of the contrast curve (P (Z)) stored in the memory is obtained as a result of least squares approximation, for example, the function P (Z) of the position Z in the focus direction is obtained. ) = F (Z−Z 0 ′), the main controller 50 sets the contrast measurement value C obtained as a result of the above measurement.
(Z 1 ) and C (Z 2 ) are: C (Z 1 ) = f (Z 1 −Z 0 ′) (13) C (Z 2 ) = f (Z 2 −Z 0 ′) (14) the value Z 0 that satisfies both 'the (fine measurement center) is determined by the minimum square method. By changing the contrast curve stored in the memory in the focusing direction, f (Z−Z 0 ) can be changed to f (Z−Z 0 ′).
That is, it can be determined whether the contrast curve stored in the memory overlaps with the contrast curve including the two points (for example, Z 1 and Z 2 in FIG. 9A) selected earlier.

【0122】なお、上記のほか、15点の内の2点の大
小を比較することで、単調増加、単調減少の判断を行う
とともに、いずれか1点に基づいて記憶してあるコント
ラストカーブがどれだけシフトしているかを判断するこ
とも可能である。
In addition to the above, by comparing the magnitude of two points out of 15 points, it is possible to determine whether the contrast is monotonically increasing or monotonically decreasing, and to determine which contrast curve is stored based on one point. It is also possible to determine whether only the shift has occurred.

【0123】上述のようにしてファイン計測中心Z0
が推定されると、ステップ104に戻り、上記ステップ
118で計測されたファイン計測中心(Z0’)を中心
としてファイン計測を行い、以降、前述と同様にして仮
のベストフォーカス位置Z’、真のベストフォーカス位
置Zbestを求める。
As described above, the fine measurement center Z 0
Is estimated, the process returns to step 104, and fine measurement is performed around the fine measurement center (Z 0 ′) measured in step 118. Thereafter, the temporary best focus position Z ′ and true Of the best focus position Z best is obtained.

【0124】なお、推定されたファイン計測中心Z0
を中心としてファイン計測を行う際に、前回の計測で計
測した15点(図9(A)、(B)に示される点)と同
じZ位置、又はその近傍のZ位置が計測予定位置である
場合、例えばファイン計測の計測予定Z位置と前回の計
測Z位置の差の絶対値が計測間隔の1/2未満となる場
合は、その最近傍のZ位置でのファイン計測を省略する
ことで、計測の回数を削減することができ、ひいては、
スループットを向上することが可能となる。
The estimated fine measurement center Z 0
When performing fine measurement centering on, the same Z position as the 15 points (points shown in FIGS. 9A and 9B) measured in the previous measurement, or a Z position in the vicinity thereof is a measurement scheduled position. In the case, for example, when the absolute value of the difference between the measurement scheduled Z position of the fine measurement and the previous measurement Z position is less than の of the measurement interval, the fine measurement at the nearest Z position is omitted, The number of measurements can be reduced, which in turn
Throughput can be improved.

【0125】なお、上記の説明では、前回の計測点のう
ちの2点を選択し、記憶してあるコントラストカーブと
比較するものとしたが、これに限らず、3点以上を選択
することで、その計測精度を向上させることも可能であ
る。
In the above description, two of the previous measurement points are selected and compared with the stored contrast curve. However, the present invention is not limited to this, and three or more points can be selected. It is also possible to improve the measurement accuracy.

【0126】なお、コントラストカーブがサブピークを
有する小σ開口絞りを用いる場合には、上記ステップ1
18では、計測点(15点)から選択する点数を多くす
ることが望ましい。
When a small σ aperture stop having a contrast curve with a sub-peak is used, the above step 1 is used.
In 18, it is desirable to increase the number of points selected from the measurement points (15 points).

【0127】なお、露光装置が初期化され、記憶してい
る前回計測時のベストフォーカス位置(及びコントラス
トカーブ)が失われた場合には、前述の如く、上記ステ
ップ104において調整時に記憶しているベストフォー
カス位置を中心としてファイン計測を行うのに先立っ
て、図10(A)に示されるように、その調整段階での
ベストフォーカス位置Zfを中心として、例えば光軸方
向に0.6μm離れた2点(Zs,Zt)で空間像計測
(以下「ラフ計測」と呼ぶ)を行い、このラフ計測の計
測結果に基づいて該2点(Zs,Zt)のコントラスト値
を算出することとしても良い(図10(B)参照)。そ
して、このとき得られた2つのコントラスト値と、図1
0(B)中に2点鎖線で示される調整時にメモリに記憶
しているコントラストカーブPiとを比較し、コントラ
ストカーブPiがZ軸方向に平行移動した1点鎖線で示
されるコントラストカーブPi’のピーク位置をファイ
ン計測中心Z0として推定することとしても良い。
If the exposure apparatus is initialized and the stored best focus position (and contrast curve) at the time of the previous measurement is lost, it is stored at the time of adjustment in step 104 as described above. prior to performing the fine measuring about the best focus position, as shown in FIG. 10 (a), around the best focus position Z f in the adjustment step, apart 0.6μm, for example, in the optical axis direction for 2-point (Z s, Z t) (hereinafter referred to as "rough measurement") aerial image measurement, the said two points on the basis of the measurement result of the rough measurement (Z s, Z t) for calculating a contrast value of (FIG. 10B). Then, the two contrast values obtained at this time and FIG.
0 (B) is compared with the contrast curve Pi stored in the memory at the time of the adjustment indicated by the two-dot chain line, and the contrast curve Pi ′ indicated by the one-dot chain line in which the contrast curve Pi is translated in the Z-axis direction is compared. it is also possible to estimate the peak location as a fine measure center Z 0.

【0128】そして、その後ステップ104において、
そのZ0をファイン計測中心として、ファイン計測を行
うこととすれば良い。
Then, in step 104,
The Z 0 as fine measurement center, may be set to be performed fine measurement.

【0129】このようにすると、装置が初期化された場
合において、例えば、詳細な計測(例えば0.15μm
間隔)の1/2の精度(0.30μm間隔)で計測を広
い範囲で行うような、通常のラフ計測を行わずに、ファ
イン計測中心を得ることが可能となっているので、スル
ープットの向上が期待される。
Thus, when the apparatus is initialized, for example, a detailed measurement (for example, 0.15 μm
Since the center of fine measurement can be obtained without performing ordinary rough measurement, such as performing measurement over a wide range with an accuracy (interval) of μ (0.30 μm interval), the throughput is improved. There is expected.

【0130】なお、この場合においても前述と同様に、
ファイン計測中心を求める際に計測した位置と同じ位
置、またはその近傍の位置、例えばファイン計測の計測
予定位置とファイン計測中心を求める際に計測した位置
との差の絶対値が計測間隔の1/2未満となる場合は、
その最近傍のフォーカス位置でのファイン計測を省略す
れば、ファイン計測の回数自体も削減することができ
る。
In this case, as described above,
The absolute value of the difference between the position measured at the time of obtaining the fine measurement center or a position in the vicinity thereof, for example, the position at which the fine measurement is to be measured and the position measured at the time of obtaining the fine measurement center is 1 / of the measurement interval. If less than 2,
If the fine measurement at the closest focus position is omitted, the number of fine measurements itself can be reduced.

【0131】以上のようにして、本実施形態では、照明
条件の如何にかかわらず、また、装置が初期化された場
合、あるいはフォーカスの大きな変動があった場合な
ど、いずれの場合であっても、投影光学系PLのベスト
フォーカス位置を精度良く求めることができる。従っ
て、主制御装置では、このようにして求められた、ベス
トフォーカス位置に基づいて、多点焦点位置検出系(6
0a,60b)のキャリブレーションを行い、このキャ
リブレーション後の多点焦点位置検出系(60a,60
b)を用いて、走査露光中に前述したオートフォーカ
ス、オートレベリングを実行することにより、デフォー
カスの殆どない高精度な露光を実現することができる。
As described above, in the present embodiment, regardless of the lighting conditions, whether the apparatus is initialized, or if there is a large change in the focus, the present embodiment is applicable. In addition, the best focus position of the projection optical system PL can be obtained with high accuracy. Therefore, the main control device uses the multi-point focus position detection system (6) based on the best focus position thus obtained.
0a, 60b), and the multi-point focal position detection system (60a, 60b) after the calibration is performed.
By executing the above-described auto-focusing and auto-leveling during the scanning exposure using b), it is possible to realize high-precision exposure with almost no defocus.

【0132】また、本実施形態では、特に装置が初期化
された場合など、少なくとも2点のZ位置で空間像計測
を行うラフ計測が採用されているので、ラフ計測に要す
る時間、ひいてはベストフォーカス位置の計測に要する
時間が短縮できるので、その分スループットの向上が可
能となっている。
Further, in the present embodiment, especially when the apparatus is initialized, the rough measurement for performing the aerial image measurement at at least two Z positions is employed, so that the time required for the rough measurement and, consequently, the best focus Since the time required for the position measurement can be reduced, the throughput can be improved accordingly.

【0133】これまでの説明から明らかなように、本実
施形態では主制御装置50により、計測処理装置及び算
出装置が構成されている。
As is clear from the above description, in the present embodiment, the main control device 50 constitutes a measurement processing device and a calculation device.

【0134】なお、上記実施形態では、重み付け関数と
して、標準偏差を重みパラメータに置換したガウス関数
を用いる場合について説明したが、本発明が、これに限
定されるものではない。すなわち、重み付け関数として
は、例えば図11に示されるような、0と1の値を有す
るステップ関数を用い、仮のベストフォーカス位置(第
1のベストフォーカス位置)近傍の計測値については
1、仮のベストフォーカス位置から所定量離れた位置の
計測値については0とし、その照明条件に応じて1(重
みパラメータ)の範囲Rgを広げたり狭めたりすること
としても良い。これにより、小σ照明の場合に投影光学
系PLに収差が存在していても、そのサブピークの影響
を受けることなく、真のベストフォーカス位置を算出す
ることが可能となる。
In the above embodiment, a case has been described in which a Gaussian function in which the standard deviation is replaced by a weight parameter is used as the weighting function, but the present invention is not limited to this. That is, as the weighting function, for example, a step function having values of 0 and 1 as shown in FIG. 11 is used, and the measured value near the temporary best focus position (first best focus position) is 1 and the temporary value is 1. It is also possible to set the measured value at a position away from the best focus position by a predetermined amount to 0, and to widen or narrow the range Rg of 1 (weight parameter) according to the lighting conditions. Thereby, even when aberration is present in the projection optical system PL in the case of small σ illumination, the true best focus position can be calculated without being affected by the sub-peak.

【0135】なお、上記実施形態では、0次、1次の周
波数成分の振幅を用いるものとしたが、2次以上の高次
の次数の周波数成分の振幅は一般に小さく、電気的なノ
イズ、光学的なノイズに対する振幅が十分に取れない場
合もあるが、S/N(シグナル/ノイズ)比の点で問題
がない場合には高次の周波数成分の振幅比の変化を観測
してもベストフォーカス位置を求めることは可能であ
る。
In the above embodiment, the amplitudes of the 0th-order and 1st-order frequency components are used. However, the amplitudes of the second-order and higher-order frequency components are generally small, and electrical noise and optical noise In some cases, it is not possible to obtain sufficient amplitude with respect to periodic noise, but if there is no problem with respect to the S / N (signal / noise) ratio, the best focus can be obtained by observing changes in the amplitude ratio of higher-order frequency components. It is possible to determine the position.

【0136】また、上記実施形態では、照明系開口絞り
板の状態に基づいて、重み付けパラメータである重み減
衰率を決定することとしていたが、投影光学系PLの開
口数が変更可能とされた場合、あるいは更に高N.A.
化した場合等についても、同様に、投影光学系PLの開
口数と照明光学系の開口数とに基づいて、コヒーレンス
ファクタσを算出し、これに応じて最適な重み減衰率を
設定できるようにすることも可能である。
In the above embodiment, the weight decay rate, which is a weighting parameter, is determined based on the state of the illumination system aperture stop plate. However, when the numerical aperture of the projection optical system PL can be changed. Or even higher N.D. A.
Similarly, the coherence factor σ is calculated based on the numerical aperture of the projection optical system PL and the numerical aperture of the illumination optical system, and the optimum weight attenuation factor can be set accordingly. It is also possible.

【0137】なお、上記実施形態ではZ方向の15点で
計測するものとしたが、これに限らず、計測にかかる時
間と、計測精度とを考慮した上で、任意に決定すること
が可能である。
In the above embodiment, the measurement is performed at 15 points in the Z direction. However, the present invention is not limited to this. The measurement can be arbitrarily determined in consideration of the time required for the measurement and the measurement accuracy. is there.

【0138】なお、投影光学系PLの像面、すなわち、
最良結像面は、光軸からの距離が異なる無数の点(すな
わち、いわゆる像の高さが異なる無数の点)におけるベ
ストフォーカス点の集合から成る面であるから、上述の
手法を用いることで、像面形状をも容易にかつ正確に求
めることができる。
Note that the image plane of the projection optical system PL, that is,
The best imaging plane is a plane composed of a set of best focus points at innumerable points at different distances from the optical axis (that is, so-called innumerable points at different image heights). Also, the image plane shape can be easily and accurately obtained.

【0139】なお、上記各実施形態では、本発明がステ
ップ・アンド・スキャン方式の投影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、マスクと基
板とを静止した状態でマスクのパターンを基板に転写す
るとともに、基板を順次ステップ移動させるステップ・
アンド・リピート型の露光装置にも本発明は適用するこ
とができる。
In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to the step-and-scan type projection exposure apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this. Transferring the pattern onto the substrate and moving the substrate step by step
The present invention can be applied to an AND-repeat type exposure apparatus.

【0140】また、上記各実施形態では、本発明が半導
体製造用の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、例えば、角型のガラスプレートに液
晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、薄
膜磁気へッド、撮像素子、マイクロマシン、DNAチッ
プ、及びレチクルやマスクなどを製造するための露光装
置などにも本発明は広く適用できる。
In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a liquid crystal display element pattern is transferred to a square glass plate. The present invention can be widely applied to an exposure apparatus for a liquid crystal, an exposure apparatus for manufacturing a thin film magnetic head, an image sensor, a micromachine, a DNA chip, a reticle, a mask, and the like.

【0141】また、上記各実施形態では、露光用照明光
としてKrFエキシマレーザ光(248nm)、ArF
エキシマレーザ光(193nm)などを用いる場合につ
いて説明したが、これに限らず、g線(436nm)、
i線(365nm)、F2レーザ光(157nm)、銅
蒸気レーザ、YAGレーザの高調波等を露光用照明光と
して用いることができる。
In each of the above embodiments, KrF excimer laser light (248 nm) and ArF
The case where excimer laser light (193 nm) or the like is used has been described.
i-line (365 nm), F 2 laser light (157 nm), harmonics of a copper vapor laser, a YAG laser, and the like can be used as illumination light for exposure.

【0142】また、上記各実施形態では、投影光学系と
して縮小系かつ屈折系を用いる場合について説明した
が、これに限らず、投影光学系として等倍あるいは拡大
系を用いても良いし、屈折系、反射屈折系、あるいは反
射系のいずれを用いても良い。
In each of the above embodiments, the case where a reduction system and a refraction system are used as the projection optical system has been described. However, the present invention is not limited to this, and an equal magnification or enlargement system may be used as the projection optical system. System, a catadioptric system, or a reflective system may be used.

【0143】複数のレンズから構成される照明光学系、
投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をすると
ともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウ
エハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を
接続し、更に総合調整(電気調整、動作確認等)をする
ことにより本実施形態の露光装置を製造することができ
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。
An illumination optical system composed of a plurality of lenses;
The projection optical system is incorporated into the exposure apparatus main body to perform optical adjustment, and a reticle stage and wafer stage consisting of many mechanical parts are attached to the exposure apparatus main body to connect wiring and piping, and are further adjusted (electrical adjustment, operation confirmation, etc.) 2), the exposure apparatus of the present embodiment can be manufactured. It is desirable that the manufacture of the exposure apparatus be performed in a clean room in which the temperature, cleanliness, and the like are controlled.

【0144】《デバイス製造方法》次に上述した露光装
置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。
<< Device Manufacturing Method >> Next, an embodiment of a device manufacturing method using the above-described exposure apparatus in a lithography process will be described.

【0145】図12には、デバイス(ICやLSI等の
半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、
マイクロマシン等)の製造例のフローチャートが示され
ている。図12に示されるように、まず、ステップ20
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202(マスク製作ステップ)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、ステップ203(ウエハ製造ステップ)において、
シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
FIG. 12 shows devices (semiconductor chips such as ICs and LSIs, liquid crystal panels, CCDs, thin film magnetic heads,
The flowchart of the example of manufacture of a micromachine etc. is shown. As shown in FIG.
In 1 (design step), a function / performance design of a device (for example, a circuit design of a semiconductor device) is performed, and a pattern design for realizing the function is performed. 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.

【0146】次に、ステップ204(ウエハ処理ステッ
プ)において、ステップ201〜ステップ203で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成
する。次いで、ステップ205(デバイス組立てステッ
プ)において、ステップ204で処理されたウエハを用
いてデバイス組立てを行う。このステップ205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。
Next, in step 204 (wafer processing step), using the mask and the wafer prepared in steps 201 to 203, an actual circuit or the like is formed on the wafer by a lithography technique or the like as described later. . Next, in step 205 (device assembly step), device assembly is performed using the wafer processed in step 204. In this step 205,
Steps such as a dicing step, a bonding step, and a packaging step (chip encapsulation) are included as necessary.

【0147】最後に、ステップ206(検査ステップ)
において、ステップ205で作成されたデバイスの動作
確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。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。
Finally, step 206 (inspection step)
In step S205, inspections such as an operation check test and a durability test of the device created in step 205 are performed. After these steps, the device is completed and shipped.

【0148】図13には、半導体デバイスにおける、上
記ステップ204の詳細なフロー例が示されている。図
13において、ステップ211(酸化ステップ)におい
てはウエハの表面を酸化させる。ステップ212(CV
Dステップ)においてはウエハ表面に絶縁膜を形成す
る。ステップ213(電極形成ステップ)においてはウ
エハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ214
(イオン打ち込みステップ)においてはウエハにイオン
を打ち込む。以上のステップ211〜ステップ214そ
れぞれは、ウエ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。
FIG. 13 shows a detailed flow example of step 204 in the semiconductor device. In FIG. 13, in step 211 (oxidation step), the surface of the wafer is oxidized. Step 212 (CV
In step D), an insulating film is formed on the wafer surface. In step 213 (electrode formation step), electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. Step 214
In the (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Each of the above steps 211 to 214 constitutes a pre-processing step in each stage of wafer processing, and is selected and executed according to a necessary process in each stage.

【0149】ウエ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
15(レジスト形成ステップ)において、ウエハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップ216(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
ウエハに転写する。次に、ステップ218(エッチング
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219(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トを取り除
く。
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
In 15 (resist forming step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step 216 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred onto the wafer by the lithography system (exposure apparatus) and the exposure method described above. Next, in step 218 (etching step), the exposed members other than the portion where the resist remains are removed by etching. Then, in step 219 (resist removing step), unnecessary resist after etching is removed.

【0150】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、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。
By repeatedly performing the pre-process and the post-process, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

【0151】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216)において上
記実施形態の露光装置が用いられるので、精度良くレチ
クルのパターンをウエハ上に転写することができる。こ
の結果、高集積度のデバイスの生産性(歩留まりを含
む)を向上させることが可能になる。
By using the device manufacturing method of this embodiment described above, the exposure apparatus of the above embodiment is used in the exposure step (step 216), so that the reticle pattern can be transferred onto the wafer with high accuracy. As a result, it is possible to improve the productivity (including the yield) of a highly integrated device.

【0152】[0152]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光学
特性計測方法及び装置によれば、投影光学系のベストフ
ォーカス位置の計測に際して、精度面及び時間的な面の
少なくとも一方の面で計測能力の向上に寄与するという
効果がある。
As described above, according to the optical characteristic measuring method and apparatus according to the present invention, when measuring the best focus position of the projection optical system, measurement is performed on at least one of the precision surface and the temporal surface. This has the effect of improving the ability.

【0153】また、本発明に係る露光装置によれば、高
精度な露光を実現することができるという効果がある。
Further, according to the exposure apparatus of the present invention, there is an effect that highly accurate exposure can be realized.

【0154】また、本発明に係るデバイス製造方法は、
高集積度のマイクロデバイスの生産性の向上に寄与する
ことができるという効果がある。
In addition, the device manufacturing method according to the present invention
This has the effect of contributing to an improvement in the productivity of highly integrated microdevices.

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

【図1】一実施形態に係る露光装置の概略的な構成を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment.

【図2】照明光学系を構成する照明系開口絞り板の構成
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an illumination system aperture stop plate constituting an illumination optical system.

【図3】図1の空間像計測装置の内部構成を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing an internal configuration of the aerial image measurement device of FIG. 1;

【図4】図4(A)は、空間像の計測に際してスリット
板上に空間像PM’が形成された状態を示す平面図、図
4(B)はその空間像計測の際に得られる光電変換信号
(光強度信号)Pの一例を示す線図である。
FIG. 4A is a plan view showing a state where a spatial image PM ′ is formed on a slit plate at the time of measuring an aerial image, and FIG. 4B is a photoelectric image obtained at the time of measuring the aerial image; FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a converted signal (light intensity signal) P.

【図5】空間像計測装置を用いた投影光学系のベストフ
ォーカス位置の検出方法を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of detecting a best focus position of a projection optical system using the aerial image measurement device.

【図6】図6(A)〜図6(D)は、大σ開口絞りを用
いた場合の、投影光学系の真のベストフォーカスの算出
を説明するための図である。
FIGS. 6A to 6D are diagrams for explaining calculation of a true best focus of the projection optical system when a large σ aperture stop is used.

【図7】図7(A)は、本実施形態に係る重み付け分類
表を示す図であり、図7(B)は、重み付け分類表の変
形例である。
FIG. 7A is a diagram illustrating a weighting classification table according to the present embodiment, and FIG. 7B is a modified example of the weighting classification table.

【図8】図8(A)、図8(B)は、小σ開口絞りを用
いた場合の、投影光学系の真のベストフォーカス位置の
算出を説明するための図である。
FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining calculation of a true best focus position of the projection optical system when a small σ aperture stop is used.

【図9】図9(A),図9(B)は、図5のステップ1
18の処理を説明するための図である。
9 (A) and 9 (B) show Step 1 of FIG. 5;
FIG. 18 is a diagram for explaining the process of No. 18;

【図10】図10(A)、図10(B)は、装置が初期
化された場合のラフ計測を表す図である。
FIGS. 10A and 10B are diagrams illustrating rough measurement when the apparatus is initialized. FIG.

【図11】重み付け関数としてステップ関数を用いたベ
ストフォーカス位置計測を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing best focus position measurement using a step function as a weighting function.

【図12】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ャートである。
FIG. 12 is a flowchart illustrating an embodiment of a device manufacturing method according to the present invention.

【図13】図12のステップ204の詳細を示すフロー
チャートである。
FIG. 13 is a flowchart showing details of step 204 in FIG.

【図14】従来技術を説明するための図である。FIG. 14 is a diagram for explaining a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12…照明光学系(照明装置の一部)、14…光源(照
明装置の一部)、22…スリット(計測マーク)、24
…光センサ(光電変換素子)、50…主制御装置(計測
処理装置、算出装置)、59…空間像計測装置(光学特
性計測装置)、90…スリット板(パターン形成部
材)、100…露光装置、IL…照明光、PL…投影光
学系、PM…パターン、PM’…空間像、R…レチクル
(マスク)、W…ウエハ(基板)、WST…ウエハステ
ージ(基板ステージ)。
12: illumination optical system (part of illumination device), 14: light source (part of illumination device), 22: slit (measurement mark), 24
... Optical sensor (photoelectric conversion element), 50 ... Main control device (measurement processing device, calculation device), 59 ... Aerial image measurement device (optical characteristic measurement device), 90 ... Slit plate (pattern forming member), 100 ... Exposure device , IL: illumination light, PL: projection optical system, PM: pattern, PM ': aerial image, R: reticle (mask), W: wafer (substrate), WST: wafer stage (substrate stage).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 浩司 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 萩原 恒幸 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 Fターム(参考) 2G086 HH01 5F046 AA25 BA04 BA05 CB17 CC01 CC03 CC05 DA14 DB01 DB05 DC10 DC12  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Koji Saito 3-2-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nikon Corporation (72) Inventor Tsuneyuki Hagiwara 3-2-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Stock Company F term in Nikon Corporation (reference) 2G086 HH01 5F046 AA25 BA04 BA05 CB17 CC01 CC03 CC05 DA14 DB01 DB05 DC10 DC12

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 投影光学系の光学特性を計測する光学特
性計測方法であって、 照明光により所定のパターンを照明し、該パターンの空
間像を前記投影光学系を介して像面近傍に形成する工程
と;前記投影光学系の像面側に配置された計測用パター
ンを前記空間像に対して相対的に走査するとともに、前
記計測用パターンを介した前記照明光の強度に応じた光
電変換信号を前記計測用パターンの前記光軸方向の複数
の位置毎に得る工程と;前記複数の位置毎に得られた光
電変換信号のコントラスト値をカーブフィットして得ら
れる第1のコントラストカーブに基づいて前記投影光学
系の仮のベストフォーカス位置を求める工程と;前記投
影光学系を照明する照明条件に応じて定まる重みパラメ
ータを含み、前記仮のベストフォーカス位置を中心とす
る重み付け関数を用いて前記コントラスト値を重み付け
して第2のコントラストカーブを算出し、該第2のコン
トラストカーブに基づいて前記投影光学系の真のベスト
フォーカス位置を算出する工程と;を含む光学特性計測
方法。
An optical characteristic measuring method for measuring an optical characteristic of a projection optical system, wherein a predetermined pattern is illuminated by illumination light, and a spatial image of the pattern is formed near an image plane via the projection optical system. And scanning the measurement pattern arranged on the image plane side of the projection optical system relative to the aerial image, and performing photoelectric conversion according to the intensity of the illumination light via the measurement pattern. Obtaining a signal at each of a plurality of positions in the optical axis direction of the measurement pattern; based on a first contrast curve obtained by curve-fitting a contrast value of a photoelectric conversion signal obtained at each of the plurality of positions. Obtaining a temporary best focus position of the projection optical system by using the weighting parameter determined according to an illumination condition for illuminating the projection optical system. Calculating a second contrast curve by weighting the contrast value using a weighting function to be calculated, and calculating a true best focus position of the projection optical system based on the second contrast curve. Characteristics measurement method.
【請求項2】 前記重み付け関数は、前記重みパラメー
タとして標準偏差を含むガウス関数であることを特徴と
する請求項1に記載の光学特性計測方法。
2. The method according to claim 1, wherein the weighting function is a Gaussian function including a standard deviation as the weight parameter.
【請求項3】 前記重み付け関数は、重みの値が、前記
照明条件に応じて定まる所定幅の中央部では1、その両
側では0となるステップ関数であることを特徴とする請
求項1に記載の光学特性計測方法。
3. The weighting function according to claim 1, wherein the weighting function is a step function in which a weight value is 1 at a central portion of a predetermined width determined according to the illumination condition, and is 0 at both sides. Optical property measurement method.
【請求項4】 前記照明条件は、前記パターンを照明す
る照明光学系の開口数を前記投影光学系の開口数で除し
たコヒーレンスファクタに対応する条件であることを特
徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学特性
計測方法。
4. The illumination condition according to claim 1, wherein the illumination condition is a condition corresponding to a coherence factor obtained by dividing a numerical aperture of an illumination optical system for illuminating the pattern by a numerical aperture of the projection optical system. The optical characteristic measuring method according to any one of the above.
【請求項5】 投影光学系の光学特性を計測する光学特
性計測方法であって、 照明光により所定のパターンを照明し、該パターンの空
間像を前記投影光学系を介して像面近傍に形成する工程
と;前記投影光学系の像面側に配置された計測用パター
ンを前記空間像に対して相対的に走査するとともに、前
記計測用パターンを介した前記照明光の強度に応じた光
電変換信号を前記計測用パターンの前記光軸方向の少な
くとも2つの位置でそれぞれ得る工程と;前記得られた
光電変換信号にそれぞれ対応する少なくとも2点のコン
トラスト値を、予め用意した基準コントラストカーブと
比較して、前記少なくとも2点のコントラスト値をカー
ブフィットして得られる第1のコントラストカーブ上の
ピーク点を算出し、そのピーク点に対応する前記計測用
パターンの光軸方向の位置を前記投影光学系の第1のベ
ストフォーカス位置として算出する工程と;を含む光学
特性計測方法。
5. An optical characteristic measuring method for measuring an optical characteristic of a projection optical system, wherein a predetermined pattern is illuminated by illuminating light, and a spatial image of the pattern is formed near an image plane via the projection optical system. And scanning the measurement pattern arranged on the image plane side of the projection optical system relative to the aerial image, and performing photoelectric conversion according to the intensity of the illumination light via the measurement pattern. Obtaining a signal at each of at least two positions in the optical axis direction of the measurement pattern; comparing at least two contrast values respectively corresponding to the obtained photoelectric conversion signals with a reference contrast curve prepared in advance. Calculating a peak point on a first contrast curve obtained by curve fitting the at least two contrast values, and calculating the peak value corresponding to the peak point. Step and calculating the position of the optical axis of the use pattern as the first best focus position of said projection optical system; optical characteristic measuring method comprising.
【請求項6】 前記計測用パターンを前記空間像に対し
て相対的に走査するとともに、前記計測用パターンを介
した前記照明光の強度に応じた光電変換信号を前記第1
のベストフォーカス位置を含む所定幅の範囲内の前記計
測用パターンの前記光軸方向の複数位置毎に得る工程
と;前記得られた複数位置毎の光電変換信号のコントラ
スト値をカーブフィットして得られる第2のコントラス
トカーブのピーク点に対応する前記計測用パターンの光
軸方向の位置を前記投影光学系の第2のベストフォーカ
ス位置として算出する工程と;を更に含むことを特徴と
する請求項5に記載の光学特性計測方法。
6. The method according to claim 1, wherein the measurement pattern is relatively scanned with respect to the aerial image, and a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the illumination light via the measurement pattern is transmitted to the first image.
Obtaining the measurement pattern for each of a plurality of positions in the optical axis direction within a range of a predetermined width including the best focus position; and obtaining the obtained contrast value of the photoelectric conversion signal for each of the plurality of positions by curve fitting. Calculating a position in the optical axis direction of the measurement pattern corresponding to a peak point of the second contrast curve to be obtained as a second best focus position of the projection optical system. 6. The optical characteristic measuring method according to 5.
【請求項7】 投影光学系の光学特性を計測する光学特
性計測装置であって、 所定のパターンの空間像を前記投影光学系を介して像面
上に形成するため、前記パターンを照明する照明装置
と;前記投影光学系の像面側に配置され、計測用パター
ンが形成されたパターン形成部材と;前記計測用パター
ンを介した前記照明光を光電変換して、前記計測用パタ
ーンを介した前記照明光の強度に応じた光電変換信号を
出力する光電変換素子と;前記照明装置により前記所定
のパターンが照明され、前記像面上に前記空間像が形成
された状態で、前記パターン形成部材を、前記空間像に
対して相対的に走査するとともに、前記空間像に対応す
る前記光電変換素子からの光電変換信号を前記投影光学
系の光軸方向に関する前記パターン形成部材の複数の位
置毎に計測する計測処理装置と;前記複数の位置毎に得
られた光電変換信号のコントラスト値をカーブフィット
して得られる第1のコントラストカーブに基づいて前記
投影光学系の仮のベストフォーカス位置を算出し、前記
照明装置の照明条件に応じて定まる重みパラメータを含
み、前記仮のベストフォーカス位置を中心とする重み付
け関数を用いて前記コントラスト値を重み付けして第2
のコントラストカーブを算出し、該第2のコントラスト
カーブに基づいて前記投影光学系の真のベストフォーカ
ス位置を算出する算出装置と;を備える光学特性計測装
置。
7. An illumination device for measuring an optical characteristic of a projection optical system, the illumination device illuminating the pattern for forming a spatial image of a predetermined pattern on an image plane via the projection optical system. An apparatus; a pattern forming member disposed on the image plane side of the projection optical system and having a measurement pattern formed thereon; and a photoelectric conversion of the illumination light passing through the measurement pattern to pass through the measurement pattern. A photoelectric conversion element for outputting a photoelectric conversion signal according to the intensity of the illumination light; and the pattern forming member in a state where the predetermined pattern is illuminated by the illumination device and the aerial image is formed on the image plane. Is scanned relative to the aerial image, a plurality of the pattern forming member in the optical axis direction of the projection optical system from the photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element corresponding to the aerial image A measurement processing device for measuring each position; a temporary best focus position of the projection optical system based on a first contrast curve obtained by curve-fitting the contrast values of the photoelectric conversion signals obtained for the plurality of positions. And a weighting parameter determined according to the lighting conditions of the lighting device, and weighting the contrast value using a weighting function centered on the temporary best focus position.
And a calculating device for calculating a true best focus position of the projection optical system based on the second contrast curve.
【請求項8】 前記算出装置は、前記重み付け関数とし
て、前記重みパラメータとして標準偏差を含むガウス関
数を用いて前記重み付けを行うことを特徴とする請求項
7に記載の光学特性計測装置。
8. The optical characteristic measuring device according to claim 7, wherein the calculating device performs the weighting using a Gaussian function including a standard deviation as the weighting parameter as the weighting function.
【請求項9】 前記算出装置は、前記重み付け関数とし
て、重みの値が、前記照明条件に応じて定まる所定幅の
中央部では1、その両側では0となるステップ関数を用
いて前記重み付けを行うことを特徴とする請求項7に記
載の光学特性計測装置。
9. The calculation device performs the weighting using a step function in which a weight value is 1 at a central portion of a predetermined width determined according to the illumination condition and is 0 on both sides as the weighting function. The optical characteristic measuring device according to claim 7, wherein:
【請求項10】 マスクに形成された回路パターンを投
影光学系を介して基板に転写する露光装置であって、 前記基板を保持して移動する基板ステージと;前記パタ
ーン形成部材が前記基板ステージの一部に設けられた請
求項7〜9のいずれか一項に記載の光学特性計測装置
と;を備える露光装置。
10. An exposure apparatus for transferring a circuit pattern formed on a mask to a substrate via a projection optical system, wherein the substrate stage moves while holding the substrate; An optical device comprising: the optical characteristic measuring device according to any one of claims 7 to 9 provided in a part thereof.
【請求項11】 リソグラフィ工程を含むデバイス製造
方法であって、 前記リソグラフィ工程では、請求項10に記載の露光装
置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方
法。
11. A device manufacturing method including a lithography step, wherein in the lithography step, exposure is performed using the exposure apparatus according to claim 10.
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