JP2002203763A - Optical characteristic measuring method and device, signal sensitivity setting method, exposure unit and device manufacturing method - Google Patents

Optical characteristic measuring method and device, signal sensitivity setting method, exposure unit and device manufacturing method

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JP2002203763A
JP2002203763A JP2000398902A JP2000398902A JP2002203763A JP 2002203763 A JP2002203763 A JP 2002203763A JP 2000398902 A JP2000398902 A JP 2000398902A JP 2000398902 A JP2000398902 A JP 2000398902A JP 2002203763 A JP2002203763 A JP 2002203763A
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photoelectric conversion
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pattern
area
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Tsuneyuki Hagiwara
恒幸 萩原
Shunichi Tohata
俊一 東畑
Naohito Kondo
尚人 近藤
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Nikon Corp
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • 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)
  • 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 measure the best focus position of a projection optical system regardless of the type of the measuring mark. SOLUTION: A specified measuring mark is irradiated with illumination light, and a space image of the measuring mark is formed on the image surface through the projection optical system. A pattern for measurement is relatively scanned with respect to the space image and a photoelectric transfer signal corresponding to the intensity of the illumination light through the pattern for measurement is obtained in every position in the direction of the optical axis of the pattern for measurement. Then the region which is surrounded by the photoelectric transfer signals obtained in the positions in the direction of the optical axis of the pattern for measurement, for example, the waveform of signals P1 and P2 and the scanning axis of the pattern for measurement is divided into a first region A (area A) indicating that it is near the best focus position of the projection optical system, and a second region B (area B) indicating that it is far from the best focus position. The best focus position is detected by regarding the area ratio between the first region and the second region A/B as an evaluation amount.

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、信号感度設定方法、露光装置、並びにデバイ
ス製造方法に係り、更に詳しくは、像面に所定パターン
の空間像を形成する投影光学系の光学特性計測方法及び
該光学特性計測方法を実行するための光学特性計測装
置、前記光学特性計測方法で空間像の計測に用いられる
信号処理系の信号感度設定方法、前記光学特性計測装置
を備える露光装置、並びに該露光装置を用いるデバイス
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for measuring optical characteristics, a method for setting signal sensitivity, an exposure apparatus, and a method for manufacturing a device. System optical characteristic measuring method, an optical characteristic measuring device for executing the optical characteristic measuring method, a signal sensitivity setting method of a signal processing system used for measuring an aerial image in the optical characteristic measuring method, and the optical characteristic measuring device The present invention relates to an exposure apparatus provided and a device manufacturing method using the exposure apparatus.

【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】ところで、半導体素子等を製造する場合に
は、異なる回路パターンを基板上に幾層にも積み重ねて
形成する必要があるため、回路パターンが描画されたレ
チクルと、基板上の各ショット領域に既に形成されたパ
ターンとを正確に重ね合わせることが重要である。かか
る重ね合せを精度良く行うためには、投影光学系の光学
特性(結像特性を含む)が所望の状態に調整されること
が必要不可欠である。
When a semiconductor element or the like is manufactured, different circuit patterns need to be formed on the substrate in a number of layers, so that a reticle on which the circuit pattern is drawn and each shot area on the substrate are formed. It is important to accurately overlap the pattern already formed on the substrate. In order to perform such superposition with high accuracy, it is essential that the optical characteristics (including the imaging characteristics) of the projection optical system be adjusted to a desired state.

【0004】この投影光学系の光学特性の調整の前提と
して、光学特性を正確に計測する必要がある。この光学
特性の計測方法の一つとして、実際に露光を行うことな
く、計測マークが形成された計測用マスクを照明光によ
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)に対して矩形状又はスリット状の開口パ
ターンを走査して、その開口パターンを透過した光を光
電変換して空間像を計測し、この計測結果に基づいて光
学特性を算出する方法(以下、「空間像計測法」と呼
ぶ)も行われている。
As a precondition for adjusting the optical characteristics of the projection optical system, it is necessary to accurately measure the optical characteristics. As one method of measuring the optical characteristics, a spatial image (projection image) of a measurement mark formed by a projection optical system by illuminating a measurement mask on which a measurement mark is formed with illumination light without actually performing exposure. A method of scanning a rectangular or slit opening pattern, photoelectrically converting light transmitted through the opening pattern to measure an aerial image, and calculating optical characteristics based on the measurement result (hereinafter, referred to as “ Aerial image measurement method).

【0005】空間像計測法では、投影光学系のディスト
ーション(倍率を含む)、コマ収差等の横の収差は勿
論、ベストフォーカス位置、像面湾曲、球面収差等の縦
の収差も計測することが可能である。
In the aerial image measurement method, not only horizontal aberration such as distortion (including magnification) and coma of the projection optical system, but also vertical aberration such as best focus position, curvature of field and spherical aberration can be measured. It is possible.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の空間像計測方法
では、投影光学系のベストフォーカス位置の計測に際
し、空間像に対応する光強度信号をフーリエ変換し、例
えばその1次周波数成分の振幅と0次周波数成分の振幅
との比であるコントラストなどの基本波成分の振幅に基
づく評価量を用いていた。このため、ベストフォーカス
位置計測用のマークとしては、基本波成分の検出に好適
な比較的ピッチの狭いくり返しマーク、例えばライン部
の幅とスペース部の幅の比であるデューティ比が1:1
のラインアンドスペースマークなどが用いられていた。
かかるラインアンドスペースマークを用いたベストフォ
ーカス位置の計測は、DRAM等のメモリを製造する場
合には好適に使用することができる。
In the conventional aerial image measurement method, when measuring the best focus position of the projection optical system, the light intensity signal corresponding to the aerial image is Fourier-transformed, and for example, the amplitude of the primary frequency component is calculated. An evaluation amount based on the amplitude of a fundamental wave component such as contrast, which is a ratio to the amplitude of the 0th-order frequency component, has been used. For this reason, as the mark for measuring the best focus position, a repetitive mark having a relatively narrow pitch suitable for detecting the fundamental wave component, for example, a duty ratio which is a ratio of the width of the line portion to the width of the space portion is 1: 1.
Line and space marks, etc. were used.
The measurement of the best focus position using the line and space mark can be suitably used when manufacturing a memory such as a DRAM.

【0007】しかしながら、半導体露光装置はメモリの
他、CPU、システムLSI等の製造に際しても用いら
れており、例えばCPUメーカーからは、孤立線や比較
的くり返しピッチの広いくり返しマークに照準を合わせ
て投影光学系のベストフォーカス位置の計測が可能な新
技術の出現が期待されている。
However, semiconductor exposure apparatuses are used not only for memories but also for manufacturing CPUs, system LSIs, and the like. For example, a CPU maker projects an image by aiming at an isolated line or a repetition mark having a relatively large repetition pitch. The emergence of a new technology capable of measuring the best focus position of an optical system is expected.

【0008】これは、投影光学系のベストフォーカス位
置は、計測マークとして、比較的ピッチの狭いくり返し
マークを用いた場合と、孤立線や比較的くり返しピッチ
の広いくり返しマーク(擬似孤立線)を用いた場合とで
は、ベストフォーカス位置が異なるが、前述した基本波
成分の振幅に基づく評価量を用いる手法では後者の場合
に計測が困難となるためである。
The best focus position of the projection optical system is determined by using a repetition mark having a relatively narrow pitch as a measurement mark, or using an isolated line or a repetition mark having a relatively large repetition pitch (pseudo isolated line). This is because the best focus position is different from the case where there is, but it is difficult to measure the latter case using the evaluation amount based on the amplitude of the fundamental wave component in the latter case.

【0009】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、計測マークの種類によらず、投
影光学系のベストフォーカス位置を高精度に計測するこ
とができる光学特性計測方法及び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 provide an optical characteristic capable of measuring the best focus position of a projection optical system with high accuracy regardless of the type of a measurement mark. It is to provide a measuring method and an apparatus.

【0010】また、本発明の第2の目的は、信号処理系
の分解能を最大限有効に利用して精度良く光強度分布を
計測することを可能にする信号感度設定方法を提供する
ことにある。
A second object of the present invention is to provide a signal sensitivity setting method capable of measuring a light intensity distribution with high accuracy by making the most effective use of the resolution of a signal processing system. .

【0011】本発明の第3の目的は、デフォーカスに起
因する露光不良の発生を抑制して高精度な露光を実現す
る露光装置を提供することにある。
A third object of the present invention is to provide an exposure apparatus which realizes high-precision exposure by suppressing the occurrence of exposure failure due to defocus.

【0012】本発明の第4の目的は、デバイスの生産性
を向上させることができるデバイス製造方法を提供する
ことにある。
A fourth object of the present invention is to provide a device manufacturing method capable of improving device productivity.

【0013】[0013]

【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)によって
所定の計測マーク(PM)を照明し、該計測マークの空
間像(PM’)を前記投影光学系を介して像面上に形成
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;前記計測用パ
ターンの光軸方向の位置毎に得られた前記光電変換信号
の波形と前記計測用パターンの前記走査軸とが囲む領域
を、前記投影光学系のベストフォーカス位置に近いこと
を示す第1の領域と、前記ベストフォーカス位置に遠い
ことを示す第2の領域とに分け、前記第1の領域と前記
第2の領域との面積比を評価量として前記ベストフォー
カス位置を検出する工程と;を含む光学特性計測方法で
ある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical characteristic measuring method for measuring an optical characteristic of a projection optical system, wherein a predetermined measurement is performed using illumination light (IL). Illuminating a mark (PM) and forming an aerial image (PM ′) of the measurement mark on an image plane via the projection optical system; a measurement pattern arranged on the image plane side of the projection optical system (22) is scanned relative to the aerial image, and a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the illumination light via the measurement pattern is provided for each of a plurality of positions in the optical axis direction of the measurement pattern. A region surrounded by the waveform of the photoelectric conversion signal obtained for each position in the optical axis direction of the measurement pattern and the scanning axis of the measurement pattern is set to a best focus position of the projection optical system. A first area indicating closeness and Detecting the best focus position using an area ratio between the first region and the second region as an evaluation amount, the second region indicating that the best focus position is far from the best focus position. This is a characteristic measurement method.

【0014】これによれば、照明光によって所定の計測
マークを照明し、該計測マークの空間像を投影光学系を
介して像面上に形成し、該空間像に対して計測用パター
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、計測用パタ
ーンの光軸方向の位置毎に得られた光電変換信号の波形
と計測用パターンの走査軸とが囲む領域を、投影光学系
のベストフォーカス位置に近いことを示す第1の領域
と、ベストフォーカス位置に遠いことを示す第2の領域
とに分け、第1の領域と第2の領域との面積比を評価量
としてベストフォーカス位置を検出する。このため、空
間像の強度信号(光電変換信号)をフーリエ変換等を行
うことなく、得られた各光電変換信号の波形と計測用パ
ターンの走査軸とが囲む領域を所定の基準で2つに分け
るだけで、それら2つの領域の面積比により、計測マー
クの種類によらず、投影光学系のベストフォーカス位置
を高精度に計測することが可能となる。
According to this, a predetermined measurement mark is illuminated by the illumination light, a spatial image of the measurement mark is formed on an image plane via a projection optical system, and a measurement pattern is relative to the spatial 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. A region surrounded by the waveform of the photoelectric conversion signal obtained for each position in the optical axis direction of the measurement pattern and the scanning axis of the measurement pattern is a first region indicating that the region is close to the best focus position of the projection optical system. And a second area indicating that it is far from the best focus position, and the best focus position is detected using the area ratio between the first area and the second area as an evaluation amount. For this reason, the area surrounded by the waveform of each obtained photoelectric conversion signal and the scanning axis of the measurement pattern is reduced to two based on a predetermined reference without performing Fourier transformation or the like on the intensity signal (photoelectric conversion signal) of the aerial image. Just by separating, the best focus position of the projection optical system can be measured with high accuracy irrespective of the type of measurement mark due to the area ratio of these two regions.

【0015】この場合において、第1の領域、第2の領
域の設定方法は種々考えられる。例えば、請求項2に記
載の光学特性計測方法の如く、前記光電変換信号は前記
計測用パターンの各位置に対応する空間像の強度を表す
像強度信号である場合に、前記第1の領域は、前記像強
度信号に対応する領域を前記位置方向に沿って分割した
際の設計上のベストフォーカス位置を含む所定幅の領域
であり、前記第2の領域は、前記分割された残りの領域
であることとすることができる。あるいは、請求項3に
記載の光学特性計測方法の如く、前記光電変換信号は前
記計測用パターンの各位置に対応する空間像の強度を表
す像強度信号である場合に、前記第1の領域は、前記像
強度信号に対応する領域を所定の像強度の閾値を境に強
度方向に沿って分割した最大像強度に近い側の領域であ
り、前記第2の領域は、前記分割された残りの領域であ
ることとすることができる。
In this case, there are various methods for setting the first area and the second area. For example, when the photoelectric conversion signal is an image intensity signal representing an intensity of an aerial image corresponding to each position of the measurement pattern as in the optical characteristic measurement method according to claim 2, the first region is A region having a predetermined width including a design best focus position when the region corresponding to the image intensity signal is divided along the position direction, and the second region is the remaining region that has been divided. It can be. Alternatively, when the photoelectric conversion signal is an image intensity signal representing an intensity of an aerial image corresponding to each position of the measurement pattern as in the optical characteristic measurement method according to claim 3, the first region is The region corresponding to the image intensity signal is a region closer to the maximum image intensity obtained by dividing the region corresponding to the predetermined image intensity threshold along the intensity direction, and the second region is the remaining divided region. Region.

【0016】上記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
記ベストフォーカス位置の検出を、前記投影光学系の光
軸からの距離が異なる複数点に関して繰り返し行うこと
により、前記投影光学系の像面形状を検出する工程を更
に含むこととすることができる。
In each of the optical characteristic measuring methods according to the first to third aspects, as in the optical characteristic measuring method according to the fourth aspect, the detection of the best focus position is performed at a different distance from the optical axis of the projection optical system. The step of detecting the image plane shape of the projection optical system can be further included by repeatedly performing the processing on a plurality of points.

【0017】上記請求項1〜4に記載の各光学特性計測
方法において、前記計測マークは、繰り返し周期の短い
ラインアンドスペースマーク等であることとすることも
勿論できるが、請求項5に記載の光学特性計測方法の如
く、前記計測マークは、前記走査方向に直交する方向に
伸びる少なくとも1本のラインパターンから成る孤立線
状のパターンであることとすることもできる。ここで、
「孤立線状のパターン」とは、孤立ラインパターンの
他、ライン部の幅とスペース部の幅との比であるデュー
ティ比が1:(9以上)となるラインアンドスペースマ
ークであるいわゆる擬似孤立線パターンなども含む。本
明細書では、他の部分においてもこのような意味で「孤
立線状のパターン」なる用語を用いている。
In each of the optical characteristic measuring methods according to the first to fourth aspects, the measurement mark may be a line and space mark or the like having a short repetition period. As in the optical characteristic measuring method, the measurement mark may be an isolated linear pattern composed of at least one line pattern extending in a direction orthogonal to the scanning direction. here,
The “isolated linear pattern” is not only an isolated line pattern but also a so-called pseudo-isolated line and space mark in which the duty ratio, which is the ratio of the width of the line portion to the width of the space portion, is 1: (9 or more). Also includes line patterns. In this specification, the term “isolated linear pattern” is used in other parts in such a meaning.

【0018】上記請求項1〜5に記載の各光学特性計測
方法において、計測用パターンは矩形の開口パターンな
どとすることもできるが、例えば請求項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は、前記光軸
に垂直な2次元平面内で前記走査方向に直交する方向に
伸びる所定幅のスリット状の開口パターンであることと
することができる。
In each of the optical characteristic measuring methods according to the first to fifth aspects, the measuring pattern may be a rectangular opening pattern or the like. For example, as in the optical characteristic measuring method according to the sixth aspect, The measurement pattern may be a slit-shaped opening pattern having a predetermined width extending in a direction orthogonal to the scanning direction in a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis.

【0019】上記請求項1〜6に記載の各光学特性計測
方法において、請求項7に記載の光学特性計測方法の如
く、前記光電変換信号の取得に際して、受光した信号光
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
該光電変換素子から前記光電変換信号が入力される処理
回路とを含む信号処理系を用いるとともに、前記光電変
換信号の1山分の積分値を、前記計測マークの線幅と前
記計測用パターンの幅のうちの大きい方の寸法で除した
値に基づいて、前記信号処理系のダイナミックレンジを
最大限有効に活用できるように前記信号処理系の信号感
度を設定していることとすることができる。
In each of the optical characteristic measuring methods according to the first to sixth aspects, as in the optical characteristic measuring method according to the seventh aspect, at the time of acquiring the photoelectric conversion signal, the photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the received signal light is obtained. A signal processing system including a photoelectric conversion element that outputs a conversion signal and a processing circuit to which the photoelectric conversion signal is input from the photoelectric conversion element is used, and an integral value of one peak of the photoelectric conversion signal is determined by the measurement mark. The signal sensitivity of the signal processing system is set so that the dynamic range of the signal processing system can be utilized as effectively as possible based on the value obtained by dividing the line width of the measurement pattern by the larger dimension of the width of the measurement pattern. You can do that.

【0020】請求項8に記載の信号感度設定方法は、受
光した信号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、該光電変換素子からの前記光電
変換信号が入力される信号処理回路(42)とを含む信
号処理系(50)の信号感度を設定する信号感度設定方
法であって、第1面上で第1方向に伸びる所定線幅の線
状パターンを介して照明光を第2面上に照射する工程
と;前記第2面上で、前記第1方向に伸びる所定幅の計
測用パターンを、前記第1方向に直交する第2方向に沿
って前記照明光に対して走査するとともに、前記計測用
パターンを介した前記照明光を前記光電変換素子で受光
し該受光した光の強度に応じた光電変換信号に変換する
工程と;前記光電変換信号の積分値に基づいて、前記信
号処理系のダイナミックレンジを最大限有効に活用でき
るように前記信号処理系の信号感度を設定する工程と;
を含む信号感度設定方法である。
The signal sensitivity setting method according to claim 8, wherein the photoelectric conversion element (24) for outputting a photoelectric conversion signal according to the intensity of the received signal light, and the photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element is input. A signal sensitivity setting method for setting a signal sensitivity of a signal processing system (50) including a signal processing circuit (42) to be performed, wherein the signal sensitivity is set via a linear pattern having a predetermined line width extending in a first direction on a first surface. Irradiating the illumination light onto the second surface by applying a measurement pattern having a predetermined width extending in the first direction on the second surface along the second direction orthogonal to the first direction. Scanning the light, receiving the illumination light via the measurement pattern by the photoelectric conversion element, and converting the illumination light into a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the received light; and integrating the photoelectric conversion signal Based on the value, the dynamics of the signal processing system Setting the signal sensitivity of the signal processing system so as to make the best use of the cleanse;
The signal sensitivity setting method includes the following.

【0021】これによれば、第1面上で第1方向に伸び
る所定線幅の線状パターンを介して照明光を第2面上に
照射し、第2面上で第1方向に伸びる所定幅の計測用パ
ターンを、第1方向に直交する第2方向に沿って照明光
に対して走査するとともに、前記計測用パターンを介し
た前記照明光を前記光電変換素子で受光し該受光した光
の強度に応じた光電変換信号に変換する。そして、光電
変換信号の積分値に基づいて、信号処理系のダイナミッ
クレンジを最大限有効に活用できるように信号処理系の
信号感度を設定する。このように、信号処理系のダイナ
ミックレンジが最大限有効に活用できるように信号感度
が設定される結果、高い分解能での照明光の強度分布の
計測が可能となる。ここで、線状パターンから射出され
た照明光を第2面上に投射する投影光学系を備える場合
には、計測用パターンを第2方向に沿って照明光に対し
て走査することにより、光電変換素子により線状パター
ンの空間像の強度に応じた光電変換信号が出力されるの
で、空間像を高い分解能で精度良く計測することが可能
になる。
According to this, the illuminating light is radiated on the second surface via the linear pattern having a predetermined line width extending in the first direction on the first surface, and the predetermined light extending in the first direction on the second surface. The width measurement pattern is scanned with respect to the illumination light along a second direction orthogonal to the first direction, and the illumination light passing through the measurement pattern is received by the photoelectric conversion element and the received light is received. Is converted into a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of. Then, based on the integrated value of the photoelectric conversion signal, the signal sensitivity of the signal processing system is set so that the dynamic range of the signal processing system can be utilized most effectively. As described above, as a result of setting the signal sensitivity so that the dynamic range of the signal processing system can be effectively used as much as possible, it is possible to measure the intensity distribution of the illumination light with high resolution. Here, in the case where a projection optical system for projecting the illumination light emitted from the linear pattern onto the second surface is provided, the measurement pattern is scanned with respect to the illumination light along the second direction. Since the photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the aerial image of the linear pattern is output by the conversion element, the aerial image can be measured with high resolution and high accuracy.

【0022】この場合において、請求項9に記載の信号
感度設定方法の如く、前記設定する工程では、前記光電
変換信号波形の1山分の積分値を、前記線状パターンの
線幅と前記計測用パターンの幅のうちの大きい方の寸法
で除した値に基づいて前記信号感度を設定することとす
ることができる。ここで、光電変換信号波形の1山分
は、例えば1本の線状パターンから得られる信号に対応
する。
In this case, as in the signal sensitivity setting method according to the ninth aspect, in the setting step, an integral value of one peak of the photoelectric conversion signal waveform is determined by measuring a line width of the linear pattern and the line width of the linear pattern. The signal sensitivity can be set based on a value obtained by dividing the larger one of the widths of the use patterns. Here, one peak of the photoelectric conversion signal waveform corresponds to, for example, a signal obtained from one linear pattern.

【0023】上記請求項8及び9に記載の各信号感度設
定方法において、請求項10に記載の信号感度設定方法
の如く、前記光電変換素子は、光電子増倍管であり、前
記光電子増倍管に印加する印加電圧の設定により、前記
信号感度の設定を行うこととすることができる。
In each of the signal sensitivity setting methods according to the eighth and ninth aspects, as in the signal sensitivity setting method according to the tenth aspect, the photoelectric conversion element is a photomultiplier tube, and the photomultiplier tube is provided. The signal sensitivity can be set by setting the applied voltage to be applied.

【0024】請求項11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、所定の計測マーク(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、前記計測マークを照明する照明装置(10)と;前
記投影光学系の像面側に配置され、計測用パターン(2
2)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
置により前記計測マークが照明され、前記像面上に前記
空間像が形成された状態で、前記空間像に対して前記計
測用パターンが相対的に走査されるよう前記パターン形
成部材を走査するとともに、前記光電変換素子からの光
電変換信号に基づいて前記空間像に対応する光強度分布
を前記パターン形成部材の前記光軸方向の複数の位置毎
に計測する計測処理装置(20)と;前記計測処理装置
の計測結果として前記パターン形成部材の光軸方向の位
置毎に得られた前記光電変換信号の波形と前記パターン
形成部材の走査軸とで囲まれる領域を、前記投影光学系
のベストフォーカス位置に近いことを示す第1の領域
と、前記ベストフォーカス位置に遠いことを示す第2の
領域とに分け、前記第1の領域と前記第2の領域との面
積比を評価量として前記ベストフォーカス位置を算出す
る算出装置(20)と;を備える光学特性計測装置であ
る。
An optical characteristic measuring device according to claim 11 is
An optical characteristic measuring device for measuring optical characteristics of a projection optical system (PL), wherein a spatial image (P) of a predetermined measurement mark (PM) is
An illumination device (10) for illuminating the measurement mark to form M ′) on the image plane via the projection optical system; and a measurement pattern (2) disposed on the image plane side of the projection optical system.
A pattern forming member (90) on which 2) is formed; a photoelectric conversion element (24) that outputs a photoelectric conversion signal according to the intensity of the illumination light via the measurement pattern; and the measurement mark by the illumination device. Is illuminated, and in a state where the aerial image is formed on the image plane, the pattern forming member is scanned so that the measurement pattern is relatively scanned with respect to the aerial image, and the photoelectric conversion element A measurement processing device (20) for measuring a light intensity distribution corresponding to the aerial image at each of a plurality of positions in the optical axis direction of the pattern forming member based on a photoelectric conversion signal from the apparatus; and a measurement result of the measurement processing device The area surrounded by the waveform of the photoelectric conversion signal obtained for each position in the optical axis direction of the pattern forming member and the scanning axis of the pattern forming member is the best focus of the projection optical system. A first area indicating that the position is closer to the best focus position and a second area indicating that the position is far from the best focus position. The area ratio between the first area and the second area is evaluated as the evaluation amount. And a calculating device (20) for calculating a focus position.

【0025】これによれば、照明装置により計測マーク
が照明され、投影光学系を介してその像面上に計測マー
クの空間像が形成される。この状態で、計測処理装置
は、前記空間像に対して計測用パターンが相対的に走査
されるようパターン形成部材を走査するとともに、光電
変換素子からの光電変換信号に基づいて前記空間像に対
応する光強度分布をパターン形成部材の光軸方向の複数
の位置毎に計測する。そして、算出装置では、計測処理
装置の計測結果としてパターン形成部材の光軸方向の位
置毎に得られた前記光電変換信号の波形とパターン形成
部材の走査軸とで囲まれる領域を、投影光学系のベスト
フォーカス位置に近いことを示す第1の領域と、前記ベ
ストフォーカス位置に遠いことを示す第2の領域とに分
け、第1の領域と第2の領域との面積比を評価量として
ベストフォーカス位置を算出する。このため、空間像の
強度信号(光電変換信号)をフーリエ変換等を行うこと
なく、得られた各光電変換信号の波形とパターン形成部
材(計測用パターン)の走査軸とが囲む領域を所定の基
準で2つに分けるだけで、それら2つの領域の面積比に
より、計測マークの種類によらず、投影光学系のベスト
フォーカス位置を高精度に計測することが可能となる。
According to this, the measurement mark is illuminated by the illumination device, and a spatial image of the measurement mark is formed on the image plane via the projection optical system. In this state, the measurement processing device scans the pattern forming member so that the measurement pattern is relatively scanned with respect to the aerial image, and responds to the aerial image based on the photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element. The measured light intensity distribution is measured at each of a plurality of positions in the optical axis direction of the pattern forming member. Then, in the calculation device, a region surrounded by the waveform of the photoelectric conversion signal obtained for each position in the optical axis direction of the pattern forming member as a measurement result of the measurement processing device and the scanning axis of the pattern forming member is defined as a projection optical system. Are divided into a first region indicating that the position is close to the best focus position and a second region indicating that the position is far from the best focus position, and the area ratio between the first region and the second region is determined as the evaluation amount. Calculate the focus position. For this reason, the area surrounded by the waveform of each obtained photoelectric conversion signal and the scanning axis of the pattern forming member (measurement pattern) is determined without performing Fourier transform or the like on the intensity signal (photoelectric conversion signal) of the aerial image. Only by dividing into two, the best focus position of the projection optical system can be measured with high accuracy irrespective of the type of the measurement mark by the area ratio of the two regions.

【0026】この場合おいて、請求項12に記載の光学
特性計測装置の如く、前記計測マークは、前記走査方向
に直交する方向に伸びる少なくとも1本のラインパター
ンから成る孤立線状のパターンであることとすることが
できる。
In this case, as in the optical characteristic measuring device according to the twelfth aspect, the measurement mark is an isolated linear pattern composed of at least one line pattern extending in a direction orthogonal to the scanning direction. It can be.

【0027】請求項11及び12に記載の各光学特性計
測装置において、請求項13に記載の光学特性計測装置
の如く、前記計測用パターンは、前記光軸に垂直な2次
元平面内で前記走査方向に直交する方向に伸びる所定幅
のスリット状の開口パターンであることとすることがで
きる。
[0027] In each of the optical characteristic measuring apparatuses according to the eleventh and twelfth aspects, as in the optical characteristic measuring apparatus according to the thirteenth aspect, the measurement pattern is scanned in a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis. It may be a slit-shaped opening pattern of a predetermined width extending in a direction perpendicular to the direction.

【0028】上記請求項11〜13に記載の各光学特性
計測装置において、請求項14に記載の光学特性計測装
置の如く、前記光電変換素子とともに所定のダイナミッ
クレンジを有する信号処理系(50)を構成する前記光
電変換信号が入力される信号処理回路(42)を更に備
え、前記計測処理装置は、前記信号処理系の信号感度を
設定する信号感度設定装置(20)を含み、該信号感度
設定装置は、光電変換信号に基づいて前記空間像に対応
する光強度分布を計測する際に、前記光電変換信号の積
分値に基づいて、前記信号処理系のダイナミックレンジ
を最大限有効に活用できるように前記信号処理系の信号
感度を設定することとすることができる。
In each of the optical characteristic measuring apparatuses according to the present invention, a signal processing system (50) having a predetermined dynamic range is provided together with the photoelectric conversion element as in the optical characteristic measuring apparatus according to the present invention. The signal processing circuit further includes a signal processing circuit (42) to which the photoelectric conversion signal is input, and the measurement processing device includes a signal sensitivity setting device (20) for setting a signal sensitivity of the signal processing system. The apparatus, when measuring the light intensity distribution corresponding to the aerial image based on the photoelectric conversion signal, based on the integral value of the photoelectric conversion signal, so that the dynamic range of the signal processing system can be utilized most effectively. The signal sensitivity of the signal processing system may be set.

【0029】この場合において、請求項15に記載の光
学特性計測装置の如く、前記信号感度設定装置は、前記
光電変換信号の1山分の積分値を前記計測マークの線幅
と前記計測用パターンの幅のうちの大きい方の寸法で除
した値に基づいて前記信号感度を設定することとするこ
とができる。
In this case, as in the optical characteristic measuring device according to claim 15, the signal sensitivity setting device calculates an integral value of one peak of the photoelectric conversion signal with a line width of the measurement mark and the measurement pattern. The signal sensitivity may be set based on a value obtained by dividing by a larger one of the widths.

【0030】上記請求項14及び15に記載の光学特性
計測装置において、請求項16に記載の発明の如く、前
記光電変換素子は、光電子増倍管である場合、前記信号
感度設定装置は、前記光電子増倍管に印加する印加電圧
の設定により、前記信号感度の設定を行うこととするこ
とができる。
In the optical characteristic measuring device according to the present invention, when the photoelectric conversion element is a photomultiplier tube, the signal sensitivity setting device includes: The signal sensitivity can be set by setting the applied voltage applied to the photomultiplier tube.

【0031】請求項17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(90)が前記基板ステージに一体
的に設けられた請求項11〜16のいずれか一項に記載
の光学特性計測装置と;備える露光装置である。
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).
An exposure apparatus for transferring the substrate to a substrate (W) via a substrate stage, wherein the substrate stage (WST) holding and moving the substrate; and the pattern forming member (90) are provided integrally with the substrate stage. An optical device for measuring an optical characteristic according to any one of Items 11 to 16;

【0032】これによれば、パターン形成部材が基板ス
テージに一体的に設けられた請求項11〜16に記載の
各光学特性計測装置を備えているので、該光学特性計測
装置により投影光学系のベストフォーカス位置を高精度
に計測することができる。このベストフォーカス位置の
計測結果に基づいてマスクと基板との光学的な位置関係
を所望の位置関係に調整することができるので、デフォ
ーカスに起因する露光不良の発生を抑制して高精度な露
光を実現することが可能となる。
According to this, since each of the optical characteristic measuring devices according to the present invention is provided with the pattern forming member integrally provided on the substrate stage, the optical characteristic measuring device allows the projection optical system to be formed. The best focus position can be measured with high accuracy. Since the optical positional relationship between the mask and the substrate can be adjusted to a desired positional relationship based on the measurement result of the best focus position, the occurrence of exposure defects due to defocus can be suppressed to achieve high-precision exposure. Can be realized.

【0033】請求項18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、請求項17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。
The device manufacturing method according to claim 18 is
A device manufacturing method including a lithography step, wherein exposure is performed using the exposure apparatus according to claim 17 in the lithography step.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図1
〜図11に基づいて説明する。図1には、一実施形態に
係る露光装置100の概略的な構成が示されている。こ
の露光装置100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。
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. FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 100 according to one embodiment. The exposure apparatus 100 is a step-and-scan type scanning projection exposure apparatus, that is, a so-called scanning stepper.

【0035】この露光装置100は、光源及び照明光学
系を含む照明装置としての照明系10、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 100 holds an illumination system 10 as an illumination device including a light source and an illumination optical system, a reticle stage RST 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 move freely in the XY plane and a control system for controlling these are provided.

【0036】前記照明系10は、光源、照度均一化光学
系(コリメータレンズ、フライアイレンズ等から成
る)、リレーレンズ系、照明視野絞りとしてのレチクル
ブラインド及びコンデンサレンズ系等(いずれも図1で
は図示省略)を含んで構成されている。
The illumination system 10 includes a light source, an illuminance uniforming optical system (consisting of a collimator lens, a fly-eye lens, etc.), a relay lens system, a reticle blind as an illumination field stop, a condenser lens system, etc. (Not shown).

【0037】前記光源としては、ここでは、一例とし
て、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)又はA
rFエキシマレーザ光(波長193nm)を出力するエ
キシマレーザ光源が用いられるものとする。
As the light source, here, for example, KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or A
An excimer laser light source that outputs rF excimer laser light (wavelength 193 nm) is used.

【0038】前記レチクルブラインドは、開口形状が固
定の不図示の固定レチクルブラインドと開口形状が可変
の可動レチクルブラインド12(図1では図示省略、図
2参照)とから構成されている。固定レチクルブライン
ドは、レチクルRのパターン面の近傍又はその共役面か
ら僅かにデフォーカスした面に配置され、レチクルR上
の長方形スリット状の照明領域(図1における紙面直交
方向であるX軸方向に細長く伸び図1における紙面内左
右方向であるY軸方向の幅が所定幅の長方形スリット状
の照明領域)IARを規定する長方形開口が形成されて
いる。また、可動レチクルブラインド12は、レチクル
Rのパターン面に対する共役面に配置され、走査露光時
の走査方向(ここでは、Y軸方向とする)及び非走査方
向(X軸方向とする)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。但し、図2では説明を簡
単にするために、可動レチクルブラインド12がレチク
ルRに対して照明系側近傍に配置されているように示さ
れている。
The reticle blind comprises a fixed reticle blind (not shown) having a fixed opening and a movable reticle blind 12 (not shown in FIG. 1; see FIG. 2) having a variable opening. The fixed reticle blind is disposed in the vicinity of the pattern surface of the reticle R or on a surface slightly defocused from the conjugate plane thereof, and a rectangular slit-shaped illumination area on the reticle R (in the X-axis direction which is a direction orthogonal to the plane of FIG. 1). It is elongated and has a rectangular opening that defines a rectangular slit-shaped illumination area (IAR) having a predetermined width in the Y-axis direction, which is a horizontal direction in the plane of the paper in FIG. The movable reticle blind 12 is disposed on a conjugate plane with respect to the pattern surface of the reticle R, and corresponds to a scanning direction (here, Y-axis direction) and a non-scanning direction (X-axis direction) at the time of scanning exposure. It has an opening whose position and width in the direction of movement are variable. However, in FIG. 2, for simplicity of explanation, the movable reticle blind 12 is shown as being arranged near the illumination system side with respect to the reticle R.

【0039】照明系10によると、光源で発生した露光
光としての照明光(以下、「照明光IL」と呼ぶ)は不
図示のシャッターを通過した後、照度均一化光学系によ
り照度分布がほぼ均一な光束に変換される。照度均一化
光学系から射出された照明光ILは、リレーレンズ系を
介して前記レチクルブラインドに達する。このレチクル
ブラインドを通過した光束は、リレーレンズ系、コンデ
ンサレンズ系を通過して回路パターン等が描かれたレチ
クルRの照明領域IARを均一な照度で照明する。
According to the illumination system 10, illumination light (hereinafter, referred to as "illumination light IL") as exposure light generated by the light source passes through a shutter (not shown) and then has an illuminance distribution almost uniform by an illuminance uniforming optical system. It is converted into a uniform light flux. The illumination light IL emitted from the illuminance uniforming optical system reaches the reticle blind via a relay lens system. The luminous flux passing through the reticle blind passes through a relay lens system and a condenser lens system to illuminate an illumination area IAR of the reticle R on which a circuit pattern and the like are drawn with uniform illuminance.

【0040】なお、可動レチクルブラインド12は、走
査露光の開始時及び終了時に主制御装置20によって制
御され、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12が、
後述する空間像計測器による空間像の計測の際の照明領
域の設定にも用いられる。
The movable reticle blind 12 is controlled by the main controller 20 at the start and end of the scanning exposure, and further restricts the illumination area IAR.
Exposure of unnecessary portions is prevented. In the present embodiment, the movable reticle blind 12 is
It is also used for setting an illumination area when measuring an aerial image by an aerial image measuring device described later.

【0041】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、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Y
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Y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.
It can be finely driven two-dimensionally in the plane (in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the rotation direction (θz direction) around the Z-axis orthogonal to the XY plane), and Y is driven on a reticle base (not shown).
It can move at a specified scanning speed in the axial direction.
The reticle stage RST has a movement stroke in the Y-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.

【0042】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)13
からのレーザビームを反射する移動鏡15が固定されて
おり、レチクルステージRSTのXY面内の位置(Z軸
回りの回転方向であるθz方向の回転を含む)はレチク
ル干渉計13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(Y軸方向)
に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向(X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13はY軸方向に少なくとも2軸、X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15、レチクル干渉計13として示さ
れている。
On reticle stage RST, reticle laser interferometer (hereinafter referred to as “reticle interferometer”) 13
The movable mirror 15 that reflects the laser beam from the reticle stage RST is fixed, and the position of the reticle stage RST in the XY plane (including the rotation in the θz direction, which is the rotation direction about the Z axis) is, for example, 0 by the reticle interferometer 13. It is always detected with a resolution of about 0.5 to 1 nm. Here, actually, the scanning direction (Y-axis direction) at the time of scanning exposure is on the reticle stage RST.
And a moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the non-scanning direction (X-axis direction). The reticle interferometer 13 has at least two axes in the Y-axis direction and at least two axes in the X-axis direction. Although one axis is provided, these are typically shown as a movable mirror 15 and a reticle interferometer 13 in FIG.

【0043】レチクル干渉計13からのレチクルステー
ジRSTの位置情報は、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20に送られ、
主制御装置20ではレチクルステージRSTの位置情報
に基づいてレチクルステージ駆動系を介してレチクルス
テージRSTを駆動制御する。
The position information of the reticle stage RST from the reticle interferometer 13 is sent to a main controller 20 comprising a workstation (or a microcomputer).
Main controller 20 drives and controls reticle stage RST via a reticle stage drive system based on position information of reticle stage RST.

【0044】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1/5となっている。このため、照
明系10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 set in the Z-axis direction. In this example, the projection optical system PL is a telecentric reduction system on both sides. 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, 1/5. Therefore, when the slit-shaped illumination area IAR on the reticle R is illuminated by the illumination light IL from the illumination system 10, this reticle R
Of the reticle R in the slit-shaped illumination area IAR through the projection optical system PL, the reduced image (partially inverted image) of the illumination light IL passing through the wafer W on the surface of which the photoresist has been coated. It is formed in an exposure area IA conjugate to the illumination area IAR.

【0045】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、θx(X軸回りの回転方向)、θy(Y軸回りの回
転方向)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 an upper surface of the stage base 16 in an XY two-dimensional plane (including a 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, Z, θx (rotation direction around the X axis), and θy (rotation direction around the Y axis).

【0046】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 placed on wafer stage WST, and wafer W is held by wafer holder 25 by vacuum suction (or electrostatic suction).

【0047】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
自由度方向に例えば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.
What is necessary is just to mount it on the two-dimensional movement stage via a Z leveling table that is minutely driven by, for example, a voice coil motor in the direction of freedom.

【0048】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)31か
らのレーザビームを反射する移動鏡27が固定され、外
部に配置されたウエハ干渉計31により、ウエハステー
ジWSTのZ方向の除く5自由度方向(X、Y、θz、
θx、及びθz方向)の位置が例えば0.5〜1nm程
度の分解能で常時検出されている。
A movable mirror 27 for reflecting a laser beam from a wafer laser interferometer (hereinafter, referred to as a "wafer interferometer") 31 is fixed on the wafer stage WST. 5 degrees of freedom directions (X, Y, θz,
(θx and θz directions) are always detected at a resolution of, for example, about 0.5 to 1 nm.

【0049】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Y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X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31はY軸方向及びX軸方向にそれぞれ複数軸設け
られているが、図1ではこれらが代表的に移動鏡27、
ウエハ干渉計31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)は主制御装置20に
送られ、主制御装置20では前記位置情報(又は速度情
報)に基づいて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 Y-axis direction, which is the scanning direction at the time of scanning exposure, and a moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the X-axis direction, which is the non-scanning direction, are provided on the upper side. A plurality of shafts 31 are provided in the Y-axis direction and the X-axis direction, respectively.
Shown as wafer interferometer 31. The position information (or speed information) of wafer stage WST is sent to main controller 20. Main controller 20 controls the position of wafer stage WST via a wafer stage drive system (not shown) based on the position information (or speed information). The position in the XY plane is controlled.

【0050】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
測器59を構成する光学系の一部が配置されている。こ
こで、空間像計測器59の構成について詳述する。この
空間像計測器59は、図2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8
4、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WST外部
に設けられたステージ外構成部分、すなわちミラーM、
受光レンズ89、光電変換素子としての光センサ24、
及び該光センサ24からの光電変換信号の信号処理回路
42等とを備えている。
Further, inside wafer stage WST,
A part of an optical system constituting an aerial image measuring instrument 59 used for measuring the optical characteristics of the projection optical system PL is arranged. Here, the configuration of the aerial image measuring device 59 will be described in detail. As shown in FIG. 2, the aerial image measuring device 59 includes a stage-side component provided on the wafer stage WST, that is, a slit plate 90 as a pattern forming member and a lens 8.
4, 86, a relay optical system, a mirror 88 for bending the optical path, a light transmitting lens 87, and a component outside the stage provided outside the wafer stage WST, ie, a mirror M,
A light receiving lens 89, an optical sensor 24 as a photoelectric conversion element,
And a signal processing circuit 42 for the photoelectric conversion signal from the optical sensor 24.

【0051】これを更に詳述すると、スリット板90
は、図2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58a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(2
D)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。
This will be described in more detail.
As shown in FIG. 2, is fitted from above into a protruding portion 58a 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 part of the reflection film 83 has a predetermined width (2
D) slit-shaped opening pattern (hereinafter, “slit”)
22) is formed by patterning.

【0052】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.

【0053】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+Y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 the illumination light beam relayed by a predetermined optical path length by the relay optical system (84, 86) to the outside of the wafer stage WST is provided on the side wall on the + Y side of the wafer stage WST behind the optical path 86). Fixed.

【0054】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、X軸
方向に所定長さを有するミラーMが傾斜角45°で斜設
されている。このミラーMによって、ウエハステージW
ST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89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94の
上端部近傍に固定されている。
The wafer stage W is transmitted by the light transmitting lens 87.
A mirror M having a predetermined length in the X-axis direction is inclined at an inclination angle of 45 ° on the optical path of the illumination light beam sent out of the ST. The mirror M allows the wafer stage W
The optical path of the illumination light beam sent to the outside of the ST 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. Above the light receiving lens 89, the 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. The case 92 is located near an upper end of a support 94 implanted on the upper surface of the base 16 via a mounting member 93. Fixed.

【0055】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の
出力信号の信号処理回路42は、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)などを含んで構成される(図8参照)。
本実施形態では、この光センサ24の陰極−陽極間の印
加電圧の設定により、その信号感度(検出感度)の設定
が行われるようになっている。なお、これについては後
述する。
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 signal processing circuit 42 for the output signal of the optical sensor 24 is configured to include an amplifier, a sample holder, an A / D converter (usually, one having a resolution of 16 bits is used) (see FIG. 8).
In the present embodiment, the signal sensitivity (detection sensitivity) is set by setting the applied voltage between the cathode and the anode of the optical sensor 24. This will be described later.

【0056】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 hereinafter, the description will be made on the assumption that the slits 22 are formed in the slit plate 90 for convenience.

【0057】上述のようにして構成された空間像計測器
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IL
によって空間像計測器59を構成するスリット板90が
照明されると、そのスリット板90上のスリット22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WST
の外部に導き出される。そして、そのウエハステージW
STの外部に導き出された光は、ミラーM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
回路42を介して主制御装置20に出力される。
According to the aerial image measuring device 59 configured as described above, when measuring 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. Light IL transmitted through the projection optical system PL
When the slit plate 90 constituting the aerial image measuring device 59 is illuminated by the illumination light IL transmitted through the slit 22 on the slit plate 90, the illumination light IL is transmitted through the lens 84, the mirror 88, the lens 86, and the light transmitting lens 87 to the wafer. Stage WST
It is led outside. Then, the wafer stage W
The light guided to the outside of the ST has its optical path bent vertically upward by the mirror M, is received by the optical sensor 24 via the light receiving lens 89, and is subjected to a photoelectric conversion signal (light amount) corresponding to the amount of light received from the optical sensor 24. The signal P is output to the main controller 20 via the signal processing circuit 42.

【0058】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、空間像計測器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Mの大きさが設定さ
れている。
In the case of the present embodiment, the measurement of the projection 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 measuring device 59, the size of each lens and the mirror M is set such that all light passing through the light transmitting lens 87 moving within a predetermined range enters the light receiving lens 89.

【0059】このように、空間像計測器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W
ST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M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 unit that guides the light passing 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. Is formed, and the light receiving lens 89 and the optical sensor 24 are used to set the wafer stage W
A light receiving unit that receives the light led out of the ST is configured. In this case, the light guiding section and the light receiving section are mechanically separated. Then, only at the time of aerial image measurement, the light deriving unit and the light receiving unit are optically connected via the mirror M.

【0060】すなわち、空間像計測器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31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 measuring 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 and the like of the laser interferometer 31. 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.

【0061】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、空間像計測器59を構成するスリット
板90上のスリット22の形状、寸法等、及び空間像計
測器59を用いて行われる空間像計測方法、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. The shape, dimensions, and the like of the slit 22 on the slit plate 90 constituting the aerial image measuring device 59, and the aerial image measuring method and the optical characteristic measuring method performed using the aerial image measuring device 59 will be described in detail later. I do.

【0062】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
は、図2に示されるように、アライメント用光源32、
ハーフミラー34、第1対物レンズ36、第2対物レン
ズ38、撮像素子(CCD)40等を含んで構成されて
いる。ここで、光源32としては、ブロードバンドの照
明光を出射するハロゲンランプ等が用いられる。このア
ライメント系ALGでは、図3に示されるように、光源
32からの照明光により、ハーフミラー34、第1対物
レンズ36を介してウエハW上のアライメントマークM
wを照明し、そのアライメントマーク部分からの反射光
を第1対物レンズ36、ハーフミラー34、第2対物レ
ンズ38を介して撮像素子40で受光する。これによ
り、撮像素子の受光面にアライメントマークMwの明視
野像が結像される。そして、この明視野像に対応する光
電変換信号、すなわちアライメン卜マークMwの反射像
に対応する光強度信号が撮像素子40から主制御装置2
0に供給される。主制御装置20では、この光強度信号
に基づき、アライメント顕微鏡ALGの検出中心を基準
とするアライメントマークMwの位置を算出するととも
に、その算出結果とそのときのウエハ干渉計31の出力
であるウエハステージWSTの位置情報とに基づいて、
ウエハ干渉計31の光軸で規定されるステージ座標系に
おけるアライメン卜マークMwの座標位置を算出するよ
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. This alignment system ALG
Are, as shown in FIG. 2, an alignment light source 32,
It is configured to include a half mirror 34, a first objective lens 36, a second objective lens 38, an image pickup device (CCD) 40, and the like. Here, a halogen lamp or the like that emits broadband illumination light is used as the light source 32. In this alignment system ALG, as shown in FIG. 3, the alignment mark M on the wafer W is irradiated by the illumination light from the light source 32 through the half mirror 34 and the first objective lens 36.
w, and the reflected light from the alignment mark portion is received by the image sensor 40 via the first objective lens 36, the half mirror 34, and the second objective lens 38. As a result, a bright field image of the alignment mark Mw is formed on the light receiving surface of the image sensor. Then, a photoelectric conversion signal corresponding to the bright-field image, that is, a light intensity signal corresponding to the reflection image of the alignment mark Mw is transmitted from the image sensor 40 to the main controller 2.
0 is supplied. Main controller 20 calculates the position of alignment mark Mw based on the detection center of alignment microscope ALG based on the light intensity signal, and calculates the calculation result and the wafer stage which is the output of wafer interferometer 31 at that time. Based on the location information of WST,
The coordinate position of the alignment mark Mw in the stage coordinate system defined by the optical axis of the wafer interferometer 31 is calculated.

【0063】更に、本実施形態の露光装置100では、
図1に示されるように、主制御装置20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(フォーカスセンサ)が設けら
れている。主制御装置20では、投影光学系PLにフォ
ーカス変動が生じた場合には、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する
ことにより、投影光学系PLのフォーカス変動に応じて
多点焦点位置検出系(60a、60b)にオフセットを
与えてそのキャリブレーションを行うようになってい
る。なお、本実施形態の焦点位置検出系(60a、60
b)と同様の多点焦点位置検出系(フォーカスセンサ)
の詳細な構成は、例えば特開平6−283403号公報
等に開示されている。
Further, in the exposure apparatus 100 of this embodiment,
As shown in FIG. 1, an imaging light flux having a light source whose on / off is controlled by main controller 20 and for forming images of a large number of pinholes or slits toward an imaging surface of projection optical system PL. System 60a for irradiating the light from the oblique direction with respect to the optical axis AX, and a light receiving system 60b for receiving the reflected light flux of the imaging light flux on the surface of the wafer W. A system (focus sensor) is provided. When the focus fluctuation occurs in the projection optical system PL, the main controller 20 controls the inclination of the reflected light flux of the parallel plate (not shown) in the light receiving system 60b with respect to the optical axis, thereby controlling the focus fluctuation of the projection optical system PL. The calibration is performed by giving an offset to the multi-point focal position detection system (60a, 60b) in accordance with. Note that the focus position detection system (60a, 60
Multipoint focal position detection system (focus sensor) similar to b)
The detailed configuration of is disclosed in, for example, JP-A-6-283403.

【0064】主制御装置20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次元点
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 20 (not shown) so that the defocus becomes zero based on a defocus signal (defocus signal), for example, an S-curve signal from the light receiving system 60b at the time of scanning exposure to be described later. The movement of the wafer stage WST in the Z-axis direction and the inclination to two-dimensional points (that is, the rotation in the θx and θy directions) are controlled via the wafer stage drive system, that is, the multi-point 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.

【0065】次に、本実施形態の露光装置100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 100 of this embodiment will be briefly described.

【0066】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20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)が空間像計測器59を用いて後述するようにして
計測され(図2参照)、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, the positions of wafer stage WST and reticle stage RST are controlled by main controller 20, and a projection image (spatial image) of a reticle alignment mark (not shown) formed on reticle R is read using aerial image measuring device 59. The measurement is performed as described later (see FIG. 2), and the projection position of the reticle pattern image is obtained. That is, reticle alignment is performed.

【0067】次に、主制御装置20により、空間像計測
器59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WSTが移動され、アライメント系
ALGによって空間像計測器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20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31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ALGのベースライン量を求める。
Next, main controller 20 moves wafer stage WST so that aerial image measuring device 59 is located immediately below alignment system ALG, and alignment system ALG serves as a position reference for aerial image measuring device 59. The slit 22 is detected. Main controller 20 aligns the projection position of the pattern image of reticle R with the projection position of the reticle pattern image based on the detection signal of alignment system ALG, the measurement value of wafer interferometer 31 at that time, and the projection position of the reticle pattern image obtained earlier. A relative position with respect to the system ALG, that is, a baseline amount of the alignment system ALG is obtained.

【0068】かかるベースライン計測が終了すると、主
制御装置20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Mwが
アライメント系ALGを用いて、前述した如くして計測
される(図2参照)。
When the baseline measurement is completed, the main controller 20 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, the wafer alignment mark Mw of a predetermined sample shot of a plurality of shot areas on the wafer W is measured as described above using the alignment system ALG (FIG. 2). reference).

【0069】次いで、主制御装置20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、干渉計31、13からの位置情報をモ
ニタしつつ、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, main controller 20 monitors wafer stage WST while monitoring position information from interferometers 31 and 13 based on the position information of each shot area on wafer W and the base line amount obtained above. Are positioned at the scanning start position of the first shot area, the reticle stage RST is positioned at the scanning start position, and scanning exposure of the first shot area is performed.

【0070】すなわち、主制御装置20では、レチクル
ステージRSTとウエハステージWSTとのY軸方向逆
向きの相対走査を開始し、両ステージRST、WSTが
それぞれの目標走査速度に達すると、露光光EL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。この走査露光の開始に先立って、光源の
発光は開始されているが、主制御装置20によってレチ
クルブラインドを構成する可動ブラインドの各ブレード
の移動がレチクルステージRSTの移動と同期制御され
ているため、レチクルR上のパターン領域外への露光光
ELの照射が遮光されることは、通常のスキャニング・
ステッパと同様である。
In other words, main controller 20 starts relative scanning of reticle stage RST and wafer stage WST in the Y-axis direction opposite to each other. When both stages RST and WST reach their respective target scanning speeds, exposure light EL Then, the pattern area of the reticle R starts to be illuminated, and the scanning exposure is started. Prior to the start of the scanning exposure, the light emission of the light source has been started, but the movement of each blade of the movable blind constituting the reticle blind is controlled by the main controller 20 in synchronization with the movement of the reticle stage RST. The shielding of the irradiation of the exposure light EL to the outside of the pattern area on the reticle R can be achieved by ordinary scanning / scanning.
Same as stepper.

【0071】主制御装置20では、特に上記の走査露光
時にレチクルステージRSTのY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
ようにレチクルステージRST及びウエハステージWS
Tを同期制御する。
In main controller 20, moving speed Vr of reticle stage RST in the Y-axis direction particularly during the scanning exposure described above.
Reticle stage RST and wafer stage WS such that the speed ratio of wafer stage WST in the X-axis direction is maintained at a speed ratio corresponding to the projection magnification of projection optical system PL.
T is controlled synchronously.

【0072】そして、レチクルRのパターン領域の異な
る領域が紫外パルス光で逐次照明され、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 ultraviolet pulse light, and the illumination of the entire pattern area is completed, thereby completing the scanning exposure of the first shot area on the wafer W. Thereby, the circuit pattern of the reticle R is changed to the first pattern via the projection optical system PL.
It is reduced and transferred to the shot area.

【0073】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.

【0074】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.

【0075】ここで、上記の走査露光中には、投影光学
系PLに一体的に取付けられたフォーカスセンサ(60
a、60b)を用いて、前述したオートフォーカス・オ
ートレベリングが行われる。
During the scanning exposure, the focus sensor (60) integrally attached to the projection optical system PL is used.
a, 60b), the above-described autofocus / autoleveling is performed.

【0076】ところで、上記の走査露光中に、レチクル
RのパターンとウエハW上のショット領域に既に形成さ
れたパターンとが正確に重ね合わせられるためには、投
影光学系PLの光学特性やベースライン量が正確に計測
されていること、及び投影光学系PLの光学特性が所望
の状態に調整されていることなどが重要である。
By the way, in order for the pattern of the reticle R and the pattern already formed in the shot area on the wafer W to be accurately overlapped during the above-mentioned scanning exposure, the optical characteristics of the projection optical system PL and the baseline are required. It is important that the amount is accurately measured and that the optical characteristics of the projection optical system PL are adjusted to a desired state.

【0077】本実施形態では、上記の結像特性の計測
に、空間像計測器59が用いられる。以下、この空間像
計測器59による空間像計測、及び投影光学系PLの光
学特性の計測等について詳述する。
In this embodiment, an aerial image measuring device 59 is used for measuring the above-mentioned image forming characteristics. Hereinafter, the aerial image measurement by the aerial image measuring device 59 and the measurement of the optical characteristics of the projection optical system PL will be described in detail.

【0078】図2には、空間像計測器59を用いて、レ
チクルRに形成された計測マーク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マ
ークを形成したものを用いても良い。
FIG. 2 shows a state in which the aerial image of the measurement mark formed on the reticle R is being measured using the aerial image measuring device 59. As the reticle R,
A dedicated aerial image measurement device or a device reticle having a dedicated measurement mark formed on a device reticle used for manufacturing a device is used. Instead of these reticles,
A reticle stage RST may be provided with a fixed mark plate (also called a reticle fiducial mark plate) made of a glass material of the same material as the reticle, and a mark plate having measurement marks formed thereon may be used.

【0079】ここで、レチクルRには、図2に示される
ように、所定の箇所にY軸方向に周期性を有するライン
アンドスペース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、空間像計測器59のスリッ
ト板90には、図4(A)に示されるように、X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。所定幅2Dは、ここでは、解像限界のデュー
ティ比1:1のラインアンドスペースパターンのハーフ
ピッチ程度、例えば2D=0.2μmとされているもの
とする。なお、以下では、ラインアンドスペースを適宜
「L/S」と略述する。
Here, as shown in FIG. 2, it is assumed that a measurement mark PM composed of a line and space mark having periodicity in the Y-axis direction is formed at a predetermined position on the reticle R. In addition, as shown in FIG. 4A, the slit plate 90 of the aerial image measuring device 59 is formed with a slit 22 having a predetermined width 2D extending in the X-axis direction. Here, the predetermined width 2D is assumed to be about the half pitch of a line and space pattern with a duty ratio of 1: 1 at the resolution limit, for example, 2D = 0.2 μm. In the following, the line and space are abbreviated as “L / S” as appropriate.

【0080】空間像の計測に当たり、主制御装置20に
より、可動レチクルブラインド12が不図示のブライン
ド駆動装置を介して駆動され、レチクルRの照明光IL
の照明領域が計測マークPM部分のみに規定される(図
2参照)。この状態で、照明光ILがレチクルRに照射
されると、図2に示されるように、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)PM’が形成される。このと
き、ウエハステージWSTは、空間像計測器59のスリ
ット板90上のスリット22の+Y側(又は−Y側)に
前記空間像PM’が形成される位置に設定されているも
のとする。このときの空間像計測器59の平面図が図4
(A)に示されている。
In measuring the aerial image, the movable reticle blind 12 is driven by the main controller 20 via a blind driving device (not shown), and the illumination light IL of the reticle R is emitted.
Are defined only in the measurement mark PM portion (see FIG. 2). In this state, when illumination light IL is irradiated onto reticle R, as shown in FIG. 2, light (illumination light IL) diffracted and scattered by measurement mark PM is projected onto projection optical system PL.
And a spatial image (projection image) PM ′ of the measurement mark PM is formed on the image plane of the projection optical system PL. At this time, it is assumed that wafer stage WST is set at a position where the aerial image PM 'is formed on the + Y side (or -Y side) of slit 22 on slit plate 90 of aerial image measuring device 59. FIG. 4 is a plan view of the aerial image measuring instrument 59 at this time.
(A) is shown.

【0081】そして、主制御装置20により、ウエハス
テージ駆動系を介してウエハステージWSTが図4
(A)中に矢印Fで示されるように+Y方向に駆動され
ると、スリット22が空間像PM’に対してY軸方向に
沿って走査される。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内の光導
出部、及び受光レンズ89を介して光センサ24で受光
され、その光電変換信号が信号処理回路42を介して主
制御装置20に供給される。主制御装置20では、その
光電変換信号に基づいて空間像PM’に対応する光強度
分布を計測する。
Main controller 20 moves wafer stage WST through a wafer stage drive system as shown in FIG.
When driven in the + Y direction as shown by an arrow F in (A), the slit 22 scans the aerial image PM ′ along the Y-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 guide portion in the wafer stage WST and the light receiving lens 89, and the photoelectric conversion signal is transmitted to the signal processing circuit 42. The power is supplied to the main controller 20 via the main controller 20. Main controller 20 measures the light intensity distribution corresponding to aerial image PM ′ based on the photoelectric conversion signal.

【0082】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.

【0083】この場合、空間像PM’はスリット22の
走査方向(Y軸方向)の幅(2D)の影響で像が平均化
する。
In this case, the spatial image PM 'is averaged due to the width (2D) of the slit 22 in the scanning direction (Y-axis direction).

【0084】従って、スリットをp(y)、空間像の強
度分布をi(y)、観測される光強度信号をm(y)と
すると、空間像の強度分布i(y)と観測される強度信
号m(y)の関係は次の(1)式で表すことができる。
この(1)式において、強度分布i(y)、強度信号m
(y)の単位は単位長さ当たりの強度とする。
Therefore, assuming that the slit is p (y), the intensity distribution of the aerial image is i (y), and the observed light intensity signal is m (y), the intensity distribution of the aerial image is i (y). The relationship between the intensity signals m (y) can be expressed by the following equation (1).
In the equation (1), the intensity distribution i (y) and the intensity signal m
The unit of (y) is the intensity per unit length.

【0085】[0085]

【数1】 (Equation 1)

【0086】[0086]

【数2】 (Equation 2)

【0087】すなわち、観測される強度信号m(y)は
スリッ卜p(y)と空間像の強度分布i(y)のコンボ
リューションになる。
That is, the observed intensity signal m (y) is a convolution of the slit p (y) and the intensity distribution i (y) of the aerial image.

【0088】従って、計測精度の面からは、スリット幅
2Dは、小さいほど良く、本実施形態のようにPMTを
光センサ24として用いる場合には、スリット幅が非常
に小さくなっても走査速度を遅くして計測に時間を掛け
れば光量(光強度)の検出は可能である。しかしなが
ら、現実には、スループットの面から空間像計測時の走
査速度には、一定の制約があるため、スリット幅2Dが
あまりにも小さいと、スリット22を透過する光量が小
さくなり過ぎて、計測が困難となってしまう。
Therefore, from the viewpoint of measurement accuracy, the smaller the slit width 2D is, the better. When the PMT is used as the optical sensor 24 as in the present embodiment, the scanning speed is reduced even when the slit width is very small. It is possible to detect the light amount (light intensity) if the measurement is delayed and time is taken for the measurement. However, in reality, the scanning speed at the time of measuring the aerial image has a certain restriction from the viewpoint of throughput. Therefore, if the slit width 2D is too small, the amount of light transmitted through the slit 22 becomes too small, and the measurement becomes impossible. It will be difficult.

【0089】発明者がシミュレーション及び実験等によ
り得た知見によれば、スリット幅2Dの最適値は、露光
装置の解像限界ピッチ(デューティ比1:1のL/Sパ
ターンのピッチ)の半分程度となることが確認されたの
で、本実施形態では、そのように設定したものである。
According to the knowledge obtained by the inventor through simulations and experiments, the optimum value of the slit width 2D is about half the resolution limit pitch of the exposure apparatus (the pitch of the L / S pattern having a duty ratio of 1: 1). Therefore, in the present embodiment, it is set as such.

【0090】上述した空間像計測器59及びそれを用い
た空間像計測方法は、a.ベストフォーカス位置の検
出、b.XY面内でのパターン像の結像位置の検出、
c.アライメント系ALGのベースライン計測等に用い
られる。
The aerial image measuring device 59 and the aerial image measuring method using the same are described in the following. Detection of the best focus position, b. Detection of the image forming position of the pattern image in the XY plane,
c. Used for baseline measurement of the alignment system ALG.

【0091】本実施形態の露光装置100におけるc.
ベースライン計測については既に説明した。また、b.
XY面内でのパターン像の結像位置の検出では、比較的
ピッチの狭い繰り返しパターンと、孤立線や比較的ピッ
チの広い繰り返しパターンとで、特に計測方法を変更す
る必要がなく、また、本発明との関連が薄いため、以
下、上記a.ベストフォーカス位置の検出について、説
明する。
In the exposure apparatus 100 of the present embodiment, c.
Baseline measurement has already been described. B.
In the detection of the image forming position of the pattern image in the XY plane, there is no need to change the measurement method between a repetitive pattern with a relatively narrow pitch and a repetitive pattern with an isolated line or a relatively wide pitch. Since the relationship with the invention is weak, the following a. The detection of the best focus position will be described.

【0092】このベストフォーカス位置の検出は、例え
ば投影光学系PLのベストフォーカス位置の検出及び最
良結像面(像面)の検出などの目的に用いられる。
The detection of the best focus position is used, for example, for the purpose of detecting the best focus position of the projection optical system PL and detecting the best imaging plane (image plane).

【0093】本実施形態では、一例として次のようにし
て投影光学系PLのベストフォーカス位置の検出を行
う。
In the present embodiment, as an example, the best focus position of the projection optical system PL is detected as follows.

【0094】このベストフォーカス位置の検出には、例
えば、ウエハ上でライン幅0.15μm(レチクル上で
0.75μm)、ピッチ1.5μm(デューティ比1:
9)のL/Sマークが、計測マークPMとして形成され
たレチクルRが用いられる。
For detecting the best focus position, for example, a line width of 0.15 μm on a wafer (0.75 μm on a reticle) and a pitch of 1.5 μm (duty ratio 1:
The reticle R in which the L / S mark of 9) is formed as the measurement mark PM is used.

【0095】まず、不図示のレチクルローダにより、レ
チクルステージRST上にレチクルRがロードされる。
次に、主制御装置20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(ここでは投
影光学系PLの光軸上)にレチクルR上の計測マークP
M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。
First, reticle R is loaded on reticle stage RST by a reticle loader (not shown).
Next, main controller 20 sets measurement mark P on reticle R at a predetermined point (here, on the optical axis of projection optical system PL) at which the best focus position is to be measured in the field of view of projection optical system PL.
The reticle stage RST is moved so that M is positioned.

【0096】次に、主制御装置20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12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20では、照明光ILをレチク
ルRに照射して、前述と同様にして、ウエハステージW
STをY軸方向に走査しながら空間像計測器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20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)を例えば0.1μm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)を内部メモリに記憶
する。ステップ範囲は、例えば設計上のベストフォーカ
ス位置をほぼ中心とする範囲で行われる。
Next, the main controller 20 controls the driving of the movable reticle blind 12 so as to irradiate only the measurement mark PM with the illumination light IL to define an illumination area.
In this state, main controller 20 irradiates reticle R with illumination light IL, and performs wafer stage W
While scanning ST in the Y-axis direction, the aerial image measurement of the measurement mark PM is performed by the slit scan method using the aerial image measuring device 59 in the same manner as described above. At this time, main controller 20 repeats a plurality of times while changing the position of slit plate 90 in the Z-axis direction (that is, the Z position of wafer stage WST) at, for example, about 15 steps at a pitch of 0.1 μm.
The light intensity signal (photoelectric conversion signal) of each time is stored in the internal memory. The step range is performed, for example, in a range around the design best focus position.

【0097】ここで、上述した空間像計測に際して、最
初のZ位置でスリット板90が走査され、計測マークP
Mの空間像に対応する光強度信号を取り込んだ時点で、
光センサ24の後段の信号処理回路42のダイナミック
レンジを最大限有効に生かすような検出感度の設定(較
正)を行うが、この点については後述する。
Here, at the time of the aerial image measurement described above, the slit plate 90 is scanned at the first Z position, and the measurement mark P
When the light intensity signal corresponding to the aerial image of M is captured,
The detection sensitivity is set (calibrated) so as to make the best use of the dynamic range of the signal processing circuit 42 at the subsequent stage of the optical sensor 24. This will be described later.

【0098】この場合において、例えば、計測マークが
デューティー比1:1のL/Sマーク(L/Sパター
ン)の場合、上記の光強度信号をそれぞれフーリエ変換
し、それぞれの1次周波数成分と0次周波数成分の振幅
比であるコントラストを求める。このコントラストはフ
ォーカス位置によって敏感に変化するので強度信号から
ベストフォーカス位置を決定するのに便利である。しか
し、デューティー比1:9のL/Sパターン(疑似孤立
線)から成る計測マークPMの場合はパターンの繰り返
しピッチが大きいため1次周波数成分を用いるフォーカ
ス検出は精度が悪い。これは鈍いパターンのDOFが大
きいためである。しかしながら、高い次数の周波数成分
の振幅は十分に大きくはないので高い次数の単一周波数
成分の振幅のみでフォーカス検出を行ってもやはり精度
が悪い。
In this case, for example, when the measurement mark is an L / S mark (L / S pattern) having a duty ratio of 1: 1, the above light intensity signals are Fourier-transformed, and the respective primary frequency components and 0 The contrast which is the amplitude ratio of the next frequency component is obtained. Since this contrast changes sensitively depending on the focus position, it is convenient to determine the best focus position from the intensity signal. However, in the case of a measurement mark PM composed of an L / S pattern (pseudo isolated line) having a duty ratio of 1: 9, focus detection using a primary frequency component is inaccurate due to a large pattern repetition pitch. This is because the DOF of the dull pattern is large. However, since the amplitude of a high-order frequency component is not sufficiently large, even if focus detection is performed using only the amplitude of a high-order single frequency component, accuracy is still poor.

【0099】そこで、本実施形態では、主制御装置20
は、前記繰り返しにより得られた複数の光強度信号(光
電変換信号)に基づいて、以下の第1、第2の方法によ
りベストフォーカス位置を算出する。
Therefore, in the present embodiment, main controller 20
Calculates the best focus position by the following first and second methods based on a plurality of light intensity signals (photoelectric conversion signals) obtained by the repetition.

【0100】a.第1の方法 この第1の方法は、孤立線(又は擬似孤立線の1本のラ
インパターン)の空間像に対応する光強度信号に対応す
る領域を、設計上のパターンのXY面内での結像位置
(中心位置)を中心とする設計線幅の中心部領域(第1
の領域)と、その両側の周辺部領域(第2の領域)に分
割し、両者の面積比を評価量として、ベストフォーカス
位置を求める方法である。以下、この第1の方法の検出
原理について、図5及び図6に基づいて説明する。
A. First Method This first method uses an area corresponding to a light intensity signal corresponding to an aerial image of an isolated line (or a single line pattern of a pseudo isolated line) in an XY plane of a design pattern. The center area of the design line width centered on the imaging position (center position) (first area)
Area) and peripheral areas (second areas) on both sides thereof, and the best focus position is obtained using the area ratio of the two as an evaluation amount. Hereinafter, the detection principle of the first method will be described with reference to FIGS.

【0101】図5(A)には、上記の計測マークPMと
同一サイズの計測マーク及びスリット幅を設定したシミ
ュレーションの結果得られたベストフォーカス状態にお
けるスリット透過光強度が横軸をスリット22のY位置
(又はウエハステージWSTのY位置)として示され、
図5(B)には1μmデフォーカスした状態におけるス
リット透過光強度が横軸をスリット22のY位置(又は
ウエハステージWSTのY位置)として示されている。
FIG. 5A shows the slit transmitted light intensity in the best focus state obtained as a result of a simulation in which a measurement mark having the same size as the above-mentioned measurement mark PM and a slit width are set. Position (or Y position of wafer stage WST),
In FIG. 5B, the horizontal axis of the slit transmitted light intensity in the state of 1 μm defocus is shown as the Y position of the slit 22 (or the Y position of the wafer stage WST).

【0102】図5(A)において、光強度信号P1と横
軸とで囲まれる計測マークPMの1本のラインパターン
の設計上のXY面内での結像位置(中心位置)を中心と
する設計線幅の領域の面積A=A1と、その両側の領域
の面積B=B1(=b1+b2)の面積比をα1とすると、
α1は、次式(3)で表わされる。 α1=A1/B1 ………(3)
In FIG. 5A, the image forming position (center position) in the designed XY plane of one line pattern of the measurement mark PM surrounded by the light intensity signal P 1 and the horizontal axis is set as the center. Assuming that the area ratio of the area A = A 1 of the area of the design line width to the area B = B 1 (= b 1 + b 2 ) of the area on both sides thereof is α 1 ,
α 1 is represented by the following equation (3). α 1 = A 1 / B 1 (3)

【0103】一方、図5(B)において、光強度信号P
2と横軸とで囲まれる計測マークPMの1本のラインパ
ターンの設計上のXY面内での結像位置(中心位置)を
中心とする設計線幅の領域の面積A=A2と、その両側
の領域の面積B=B2(=b3+b4)の面積比をα2とす
ると、α2は、次式(4)で表わされる。 α2=A2/B2 ………(4)
On the other hand, in FIG. 5B, the light intensity signal P
Area A = A 2 of the area of the design line width centered on the designed image forming position (center position) in the XY plane of one line pattern of the measurement mark PM surrounded by 2 and the horizontal axis; Assuming that the area ratio of the area B = B 2 (= b 3 + b 4 ) of the regions on both sides is α 2 , α 2 is represented by the following equation (4). α 2 = A 2 / B 2 (4)

【0104】図5(A)と図5(B)とを比較すると明
らかなように、α1>α2である。
As is clear from the comparison between FIG. 5A and FIG. 5B, α 1 > α 2 .

【0105】従って、次式(5)で表わされる面積比α
を評価量として用いれば、ベストフォーカス位置を精度
良く検出することが可能となる。 面積比α=A/B ………(5)
Therefore, the area ratio α expressed by the following equation (5)
Is used as the evaluation amount, the best focus position can be detected with high accuracy. Area ratio α = A / B (5)

【0106】上述した面積比αを評価量として、ベスト
フォーカス位置を求める方法は、種々考えられるが、一
例として、図6に示されるように、スリット板90の光
軸方向位置(Z位置)毎に得られた光強度信号に基づい
て算出された面積比αを、横軸をZ位置とする直交座標
系上にプロットする(図6における×印参照)。そし
て、この各プロット点を曲線近似(カーブフィット)す
る。例えば4次程度の近似曲線を最小二乗法よって求め
る。そして、その近似曲線を適当な閾値レベル(スライ
スレベル)SLでスライスし、そのスライスレベルSL
と近似曲線との交点J、Kを求め、それらの交点J,K
の中点(点J,Kのそれぞれから距離L/2の点)Oを
通る縦軸(評価量αの軸)と平行な軸との交点Gを近似
曲線のピーク点とし、該ピーク点Gに対応する横軸の座
標Z0をベストフォーカス位置とする。
There are various methods for obtaining the best focus position using the above-mentioned area ratio α as an evaluation amount. As an example, as shown in FIG. 6, for each position (Z position) of the slit plate 90 in the optical axis direction, as shown in FIG. The area ratio α calculated based on the obtained light intensity signal is plotted on an orthogonal coordinate system having the horizontal axis as the Z position (see the crosses in FIG. 6). Then, each plot point is approximated by a curve (curve fit). For example, a fourth-order approximate curve is obtained by the least square method. Then, the approximate curve is sliced at an appropriate threshold level (slice level) SL, and the slice level SL
The intersections J and K of the curve and the approximate curve are obtained, and the intersections J and K
The intersection G between the axis parallel to the vertical axis (the axis of the evaluation amount α) passing through the middle point (the point at a distance L / 2 from each of the points J and K) O is defined as the peak point of the approximate curve, and the peak point G Is set as the best focus position.

【0107】前述の如く、ベストフォーカス位置の計測
に際しては、通常約0.1μmのピッチで15ステップ
程度、Z位置を変化させてスリットスキャン方式で空間
像計測が行われる。この場合、計測再現性を良好にする
ためには、なるべく多くの計測点(Z位置)における情
報からピーク位置を求めることが重要である。図6で
は、13点における面積比αからベストフォーカス位置
を求める場合が一例として図示されている。
As described above, when measuring the best focus position, the aerial image measurement is usually performed by the slit scan method while changing the Z position by about 15 steps at a pitch of about 0.1 μm. In this case, in order to improve the measurement reproducibility, it is important to determine the peak position from information on as many measurement points (Z positions) as possible. FIG. 6 shows an example in which the best focus position is obtained from the area ratio α at 13 points.

【0108】b.第2の方法 この第2の方法は、孤立線(又は擬似孤立線の1本のラ
インパターン)の空間像に対応する光強度信号に対応す
る領域を、所定の閾値レベルを境として2分割し、閾値
レベルの上側の領域(第1の領域)と下側の領域(第2
の領域)の面積比を評価量として、ベストフォーカス位
置を求める方法である。以下、この第2の方法の検出原
理について、図7(A)、図7(B)に基づいて説明す
る。
B. Second Method In the second method, a region corresponding to a light intensity signal corresponding to an aerial image of an isolated line (or a single line pattern of a pseudo isolated line) is divided into two by a predetermined threshold level as a boundary. , A region above the threshold level (first region) and a region below the threshold level (second region).
This is a method of obtaining the best focus position using the area ratio of the (area) as an evaluation amount. Hereinafter, the detection principle of the second method will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.

【0109】図7(A)、図7(B)には、図5
(A)、図5(B)とそれぞれ全く同一のシミュレーシ
ョンの結果得られたスリット透過光強度が横軸をスリッ
ト22のY位置(又はウエハステージWSTのY位置)
として示されている。
FIGS. 7A and 7B show FIG.
5 (A) and FIG. 5 (B), the horizontal axis of the slit transmitted light intensity obtained as a result of the completely same simulation is the Y position of the slit 22 (or the Y position of the wafer stage WST).
It is shown as

【0110】図7(A)において、光強度信号P1と横
軸とで囲まれる領域のうち、所定のスライスレベル(閾
値レベル)SL’を境として2分割した上側の領域の面
積C=C1と、下側の領域の面積E=E1との面積比をγ
1とすると、γ1は、次式(6)で表わされる。 γ1=C1/E1 ………(6)
[0110] In FIG. 7 (A), in the region surrounded by the light intensity signal P 1 and the horizontal axis, the area C = C of the upper regions bisected with respect to a boundary of a predetermined slice level (threshold level) SL ' 1 and the area ratio of the area of the lower region E = E 1 to γ
When 1, gamma 1 is expressed by the following equation (6). γ 1 = C 1 / E 1 (6)

【0111】ここで、スライスレベルSL’は、例えば
ベストフォーカス状態におけるピーク点における光強度
を予め実験等で求め、例えばその50%程度のレベルに
設定される。
Here, the slice level SL 'is obtained by, for example, previously obtaining the light intensity at the peak point in the best focus state by an experiment or the like, and is set to, for example, a level of about 50% thereof.

【0112】一方、図7(B)において、光強度信号P
4と横軸とで囲まれる領域のうち、所定のスライスレベ
ル(閾値レベル)SL’の上側の領域の面積C=0であ
るから、それとスライスレベル(閾値レベル)SL’の
下側の面積E=E2との面積比をγ2とすると、γ2は、
次式(7)で表わされる。 γ2=0/E2=0 ………(7) この場合、明らかに、γ1>γ2である。
On the other hand, in FIG. 7B, the light intensity signal P
Since the area C = 0 of the area above the predetermined slice level (threshold level) SL ′ in the area surrounded by 4 and the horizontal axis, the area E below it and the slice level (threshold level) SL ′ = When the area ratio of E 2 and gamma 2, gamma 2 is
It is expressed by the following equation (7). γ 2 = 0 / E 2 = 0 (7) In this case, obviously, γ 1 > γ 2 .

【0113】従って、次式(8)で表わされる面積比γ
を評価量として用いれば、ベストフォーカス位置を精度
良く検出することが可能となる。 面積比γ=C/E ………(8)
Therefore, the area ratio γ represented by the following equation (8)
Is used as the evaluation amount, the best focus position can be detected with high accuracy. Area ratio γ = C / E (8)

【0114】この場合も、面積比γを評価量として、ベ
ストフォーカス位置を求める際には、前述したスリット
板90の光軸方向位置(Z位置)毎に得られた光強度信
号に基づいて算出された面積比γを、横軸をZ位置とす
る直交座標系上にプロットし、各プロット点を曲線近似
し、その近似曲線のピーク点を前述したスライス中点法
に基づいて求め、そのピーク点に対応する横軸の座標を
ベストフォーカス位置とする方法を、そのまま採用する
ことができる。
Also in this case, when determining the best focus position using the area ratio γ as an evaluation amount, the best focus position is calculated based on the light intensity signal obtained for each position (Z position) of the slit plate 90 in the optical axis direction. The plotted area ratio γ is plotted on an orthogonal coordinate system having the horizontal axis as the Z position, each plot point is approximated by a curve, and the peak point of the approximate curve is obtained based on the slice midpoint method described above. The method of setting the coordinate of the horizontal axis corresponding to the point as the best focus position can be adopted as it is.

【0115】また、投影光学系PLの像面形状の検出
は、次のようにして行うことができる。
The detection of the image plane shape of the projection optical system PL can be performed as follows.

【0116】まず、不図示のレチクルローダにより、レ
チクルステージRST上にレチクルRがロードされる。
次に、主制御装置20では、投影光学系PLの視野内の
第1の検出点(ここでは、投影光学系PLの光軸上)に
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20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12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20では、照明光I
LをレチクルRに照射して、前述と同様にして、スリッ
トスキャン方式により空間像計測器59を用いて計測マ
ークPMの空間像計測及び投影光学系PLのベストフォ
ーカス位置Z1の検出を行い、その結果を内部メモリに
記憶する。
First, reticle R is loaded on reticle stage RST by a reticle loader (not shown).
Next, main controller 20 controls reticle stage RST such that measurement mark PM is positioned at the first detection point (here, on the optical axis of projection optical system PL) in the field of view of projection optical system PL. Moving. Next, main controller 20 drives and controls movable reticle blind 12 so that illumination light IL is emitted only to measurement mark PM, and defines an illumination area. In this state, the main controller 20 controls the illumination light I
L is irradiated onto the reticle R, and in the same manner as described above, the aerial image measurement of the measurement mark PM and the detection of the best focus position Z 1 of the projection optical system PL are performed using the aerial image measurement device 59 by the slit scan method. The result is stored in the internal memory.

【0117】投影光学系PLの視野内の第1の検出点で
のベストフォーカス位置の検出が終了すると、主制御装
置20では、投影光学系PLの視野内の第2の検出点に
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20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12を駆動制御して照明領域を
規定する。この状態で、上記と同様に、スリットスキャ
ン方式で計測マークPMの空間像計測及び投影光学系P
Lのベストフォーカス位置Z2の検出を行い、その結果
を内部メモリに記憶する。
When the detection of the best focus position at the first detection point in the field of view of projection optical system PL is completed, main controller 20 sets measurement mark PM at the second detection point in the field of view of projection optical system PL. The reticle stage RST is moved so that is positioned. Next, main controller 20 drives and controls movable reticle blind 12 so that illumination light IL is emitted only to measurement mark PM, and defines an illumination area. In this state, similarly to the above, the aerial image measurement and projection optical system P of the measurement mark PM is performed by the slit scan method.
Performs detection of the best focus position Z 2 of the L, and the result is stored in the internal memory.

【0118】以後、主制御装置20では、上記と同様
に、投影光学系PLの視野内の検出点を変更しつつ、計
測マークPMについて空間像の計測及び投影光学系PL
のベストフォーカス位置の検出を繰り返し行う。
Thereafter, main controller 20 changes the detection point in the field of view of projection optical system PL and measures the aerial image of measurement mark PM and changes projection optical system PL in the same manner as described above.
Is repeatedly detected.

【0119】これにより得られた各ベストフォーカス位
置Z1、Z2、……、Znに基づいて、所定の統計的処理
を行うことにより、投影光学系PLの像面形状を算出す
る。このとき、像面形状とは別に像面湾曲をも算出して
も良い。なお、ここではレチクルRを移動してベストフ
ォーカス位置を計測すべき複数点にそれぞれ計測マーク
PMを配置するものとしたが、レチクルRに複数の計測
マークPMを形成しておき、可動レチクルブラインド1
2によって各計測マークPMに照明光ILを順次照射し
て上記各点でのベストフォーカス位置を検出するように
しても良い。
[0119] This the best focus position obtained by Z 1, Z 2, ......, based on Z n, by performing a predetermined statistical processing, to calculate the image plane shape of the projection optical system PL. At this time, the field curvature may be calculated separately from the image plane shape. Here, the measurement marks PM are arranged at a plurality of points where the reticle R should be moved to measure the best focus position. However, a plurality of measurement marks PM are formed on the reticle R, and the movable reticle blind 1 is formed.
The measurement focus PM at each point may be detected by sequentially irradiating each measurement mark PM with the illumination light IL according to 2.

【0120】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、このような手
法により、像面形状を容易にかつ正確に求めることがで
きる。
The image plane of the projection optical system PL, that is, the best image forming plane, has an infinite number of points (that is, different points from the optical axis)
Since it is a surface composed of a set of best focus points at so-called countless points having different image heights, the image surface shape can be easily and accurately obtained by such a method.

【0121】ところで、本実施形態のように、フォト・
マルチプライヤ・チューブ(PMT、光電子増倍管)を
光センサ24として用いる場合、空間像計測に際して
は、計測マークとして例えばデューティ比1:1のL/
Sパターンを用いるような場合であっても、光センサ2
4及びその信号処理回路を含む信号処理系の信号感度
(検出感度)をダイナミックレンジを有効に生かせるよ
うに設定することが望ましい。特に、本実施形態のよう
に、計測マークとしてデューティ比1:9の擬似孤立線
を用いる場合には、上記のデューティ比1:1のL/S
パターンの場合に比べて基本波の振幅が小さくなる傾向
があり、計測精度が劣るため、上記の信号感度の調整が
重要である。
By the way, as in this embodiment, the photo
When a multiplier tube (PMT, photomultiplier tube) is used as the optical sensor 24, when measuring an aerial image, for example, L / with a duty ratio of 1: 1 is used as a measurement mark.
Even when the S pattern is used, the optical sensor 2
It is desirable to set the signal sensitivity (detection sensitivity) of the signal processing system including the signal processing circuit 4 and its signal processing circuit so that the dynamic range can be effectively used. In particular, when a pseudo-isolated line having a duty ratio of 1: 9 is used as a measurement mark as in the present embodiment, the L / S having a duty ratio of 1: 1 is used.
The adjustment of the signal sensitivity is important because the amplitude of the fundamental wave tends to be smaller than in the case of the pattern and the measurement accuracy is inferior.

【0122】次に、本実施形態の露光装置100で行わ
れる、信号光(スリット透過光)を処理する信号処理系
の信号感度の設定方法(較正方法)について説明する。
Next, a method of setting the signal sensitivity (calibration method) of the signal processing system for processing the signal light (slit transmitted light) performed by the exposure apparatus 100 of the present embodiment will be described.

【0123】一般に、PMTの感度は印加電圧によって
設定される。すなわち、電子増倍部(ダイノード部)の
ダイノードの段数をn、陽極−陰極間の印加電圧をVと
すると、感度に対応する電流増倍率μは、印加電圧Vの
n乗にほぼ比例する。そして、PMTの感度設定は後段
の信号処理回路のダイナミックレンジを無駄無く使える
ような陽極感度となるように設定される。
Generally, the sensitivity of the PMT is set by the applied voltage. That is, assuming that the number of dynodes in the electron multiplying section (dynode section) is n and the applied voltage between the anode and the cathode is V, the current multiplication factor μ corresponding to the sensitivity is substantially proportional to the nth power of the applied voltage V. The sensitivity of the PMT is set so that the anode sensitivity is such that the dynamic range of the subsequent signal processing circuit can be used without waste.

【0124】しかしながら、本実施形態の場合、空間像
計測がベストフォーカス位置の検出を目的とするため、
計測時には、ベストフォーカス位置が不明でる。このた
め、その感度設定には工夫が必要になる。すなわち、強
度信号のピークレベルは、ベストフォーカス時に最大と
なるが、ベストフォーカス位置が不明のため、そのピー
クレベルを高めに見込んで印加電圧を設定すると、ダイ
ナミックレンジを最大限有効に利用してA/Dコンバー
タの分解能(通常は16ビット)最大限利用することが
困難である。一方、ピークレベルを低めに見込んで印加
電圧を設定すると、ダイナミックレンジを超えてしまう
可能性が高いからである。
However, in the case of the present embodiment, since the aerial image measurement aims to detect the best focus position,
At the time of measurement, the best focus position is unknown. For this reason, the sensitivity setting requires some contrivance. In other words, the peak level of the intensity signal becomes maximum during the best focus, but since the best focus position is unknown, if the applied voltage is set with a higher peak level, the dynamic range is used as effectively as possible. It is difficult to make full use of the resolution of the / D converter (usually 16 bits). On the other hand, if the applied voltage is set with a low peak level, the possibility of exceeding the dynamic range is high.

【0125】そこで、本実施形態の露光装置100で
は、主制御装置20が、デフォーカス状態(あるいはベ
ストフォーカス位置が不明な状態)で得た光強度信号
(光電変換信号)に基づいてベストフォーカス時の最大
ピーク値が、信号処理回路42のダイナミックレンジ内
にほぼ収まるように印加電圧Vを設定することとしてい
る。以下、これについて具体的に説明する。
Therefore, in exposure apparatus 100 of the present embodiment, main controller 20 performs best focus control based on a light intensity signal (photoelectric conversion signal) obtained in a defocused state (or a state in which the best focus position is unknown). The applied voltage V is set so that the maximum peak value of the signal processing circuit 42 substantially falls within the dynamic range of the signal processing circuit 42. Hereinafter, this will be described specifically.

【0126】図8には、信号光(スリット透過光)を処
理する信号処理系50の構成がブロック図にて簡略化し
て示されている。
FIG. 8 is a simplified block diagram showing the configuration of a signal processing system 50 for processing signal light (slit transmitted light).

【0127】この信号処理系50は、光センサ(PM
T)24と、オペアンプ回路から成る増幅回路44、サ
ンプルホルダ46、A/Dコンバータ48等を含む信号
処理回路42とを備えている。光センサ24の陽極−陰
極間には、高電圧電源52から高電圧が印加されてい
る。そして、主制御装置20により、A/Dコンバータ
48の出力に基づいて以下の原理に従って高電圧電源5
2の印加電圧が設定され、これによってこの信号処理系
50の信号感度が設定されるようになっている。
The signal processing system 50 includes an optical sensor (PM
T) 24 and a signal processing circuit 42 including an amplifier circuit 44 composed of an operational amplifier circuit, a sample holder 46, an A / D converter 48, and the like. A high voltage is applied between the anode and the cathode of the optical sensor 24 from a high voltage power supply 52. The main controller 20 controls the high-voltage power supply 5 based on the output of the A / D converter 48 according to the following principle.
2, the signal sensitivity of the signal processing system 50 is set.

【0128】図9(A)〜図9(C)には、擬似孤立線
パターンの空間像の強度信号が、フォーカス位置に応じ
て変化する様子が模式的に示されている。これらの図
は、スリット幅(2D)が十分に小さい(ほぼ無限小)
である場合の例を示す。図9(A)は、ベストフォーカ
ス状態であり、図9(B)、図9(C)の順にデフォー
カス量が増加している。デフォーカス量によらず、信号
光(スリット透過光)の総量(積算光量)は一定である
筈であるから、図9(A)〜図9(C)において、各山
の面積s並びに総面積Sは、いずれも同一値となる筈で
ある。ここでは、山が5つあるので、積算光量S=5×
sである。また、信号取り込み幅は、5ピッチ分なの
で、ピッチをpとして、5pである。図9(A)〜図9
(C)において、信号強度の平均値aveはいずれも等
しく一定値(5s/5p=s/p)となる(図9(D)
参照)。そこで、不明のフォーカス位置で得られる信号
の平均値が目標値になるまで印加電圧Vを調整する。
FIGS. 9A to 9C schematically show how the intensity signal of the aerial image of the pseudo isolated line pattern changes according to the focus position. These figures show that the slit width (2D) is sufficiently small (almost infinitesimal).
An example in the case of is shown. FIG. 9A shows the best focus state, and the defocus amount increases in the order of FIGS. 9B and 9C. Since the total amount (integrated light amount) of the signal light (slit transmitted light) should be constant regardless of the defocus amount, in FIGS. 9A to 9C, the area s of each mountain and the total area S should have the same value. Here, since there are five mountains, the integrated light amount S = 5 ×
s. Further, since the signal take-in width corresponds to five pitches, the pitch is 5p, where p is the pitch. 9 (A) to 9
In (C), the average values ave of the signal intensities are equal and constant (5s / 5p = s / p) (FIG. 9D).
reference). Therefore, the applied voltage V is adjusted until the average value of the signal obtained at the unknown focus position reaches the target value.

【0129】図9(A)より、設計上の線幅をwとし
て、 PEAK=s/w ……(9) 一方、 s=ave×p ……(10) である。
From FIG. 9A, PEAK = s / w (9), where s = ave × p (10), where the design line width is w.

【0130】従って、次式が成立する。 PEAK=s/w=ave×p/w ……(11)Therefore, the following equation is established. PEAK = s / w = ave × p / w (11)

【0131】すなわち、目標とする平均値aveにより
擬似孤立線の場合のベストフォーカスにおけるピーク値
PEAKは上式(11)で換算される。従って、上式
(11)によって算出されるピーク値PEAKが、信号
処理回路42のダイナミックレンジ内にほぼ収まるよう
に印加電圧Vを決定することにより、ダイナミックレン
ジを最大限有効に活用した信号感度の設定が可能とな
る。
That is, the peak value PEAK at the best focus in the case of a pseudo isolated line is converted by the above equation (11) based on the target average value ave. Therefore, by determining the applied voltage V such that the peak value PEAK calculated by the above equation (11) substantially falls within the dynamic range of the signal processing circuit 42, the signal sensitivity of the dynamic range can be effectively utilized. Setting is possible.

【0132】しかるに、スリットは現実には有限の幅を
有するので、現実には、上記のような設定は、特別の場
合(例えばスリット幅(0.2μm)とライン幅とが一
致したような場合)以外は、適用はできないものと考え
られる。スリットが有限の幅を有する場合、スリットの
幅で信号は鈍る。ダイナミックレンジを有功活用するに
は、鈍る前のピークに鈍った信号のピーク値を合わせる
必要がある。そこで、以下では、スリット幅が十分小の
ときの信号ピーク値に信号が鈍った時の信号ピークを一
致させるための方法について説明する。
However, since the slit actually has a finite width, the above setting is actually used in a special case (for example, when the slit width (0.2 μm) matches the line width). Other than ()) are not considered applicable. If the slit has a finite width, the signal will be dull at the width of the slit. In order to effectively utilize the dynamic range, it is necessary to match the peak value of the dull signal with the peak before dulling. Therefore, a method for matching the signal peak value when the signal is dull to the signal peak value when the slit width is sufficiently small will be described below.

【0133】まず、図10(A)に示されるように、対
象マークの空間像PM’の走査方向の幅MARKがスリ
ット22の幅2Dよりも大きい場合について説明する。
First, the case where the width MARK of the target mark in the scanning direction of the spatial image PM ′ is larger than the width 2D of the slit 22, as shown in FIG. 10A, will be described.

【0134】図10(B)には、スリット幅が十分小さ
い(無限小)の空間像PM’の強度信号が示され、図1
0(C)には、スリット幅が2Dが有限の場合の空間像
PM’の強度信号が示されている。これらの図におい
て、ピーク値をともにPEAKとすると、面積SA=面
積SBと近似することができる。従って、次式(12)
が成立する。 PEAK =SA/MARK=SB /MARK ……(12)
FIG. 10B shows an intensity signal of an aerial image PM ′ having a sufficiently small slit width (small infinity).
0 (C) shows the intensity signal of the aerial image PM ′ when the slit width is 2D finite. In these figures, if both the peak values are PEAK, the area SA can be approximated to the area SB. Therefore, the following equation (12)
Holds. PEAK = SA / MARK = SB / MARK (12)

【0135】上式(12)により、有限の幅を有するス
リット22の走査により得られた光電変換信号の1山分
の積分値と計測マークの空間像PM’の走査方向の幅
(設計値)とに基づいて、スリット22の幅が十分小の
時(ベストフォーカス状態にほぼ近いとき)の信号ピー
ク値を算出することができる。この式(12)は、上記
式(11)のs、wをそれぞれSB,MARKに置き換
えたものとみることができ、実質的には等価である。す
なわち、光電変換信号の1山分の積分値(面積)をマー
ク幅で割ることにより、スリット幅が十分小の時のピー
ク値PEAKを算出することができる。従って、式(1
2)に基づいて算出したピーク値PEAKが信号処理回
路42のダイナミックレンジ内にほぼ収まるように印加
電圧Vを決定することにより、ダイナミックレンジを最
大限有効に活用した信号感度の設定が可能となる。
According to the above equation (12), the integral value of one peak of the photoelectric conversion signal obtained by scanning the slit 22 having a finite width and the width of the spatial image PM ′ of the measurement mark in the scanning direction (design value). Based on the above, the signal peak value when the width of the slit 22 is sufficiently small (when it is almost close to the best focus state) can be calculated. This equation (12) can be regarded as the equation (11) in which s and w are replaced with SB and MARK, respectively, and are substantially equivalent. That is, the peak value PEAK when the slit width is sufficiently small can be calculated by dividing the integral value (area) of one peak of the photoelectric conversion signal by the mark width. Therefore, equation (1)
By determining the applied voltage V such that the peak value PEAK calculated based on 2) substantially falls within the dynamic range of the signal processing circuit 42, it is possible to set the signal sensitivity by effectively utilizing the dynamic range. .

【0136】次に、図11(A)に示されるように、対
象マークの空間像PM’の走査方向の幅がスリットの幅
2Dよりも小さい場合について説明する。
Next, as shown in FIG. 11A, the case where the width of the spatial image PM ′ of the target mark in the scanning direction is smaller than the width 2D of the slit will be described.

【0137】図11(B)には、スリット幅が十分小さ
い(無限小)の空間像PM’の強度信号が示され、図1
1(C)には、スリット幅2Dが有限の場合の空間像P
M’の強度信号が示されている。これらの図において、
ピーク値をともにPEAKとすると、次式(13)が成
立する。 PEAK =SC/MARK=SD /2D ……(13)
FIG. 11B shows an intensity signal of an aerial image PM ′ having a sufficiently small slit width (infinitely small).
1 (C) shows an aerial image P when the slit width 2D is finite.
The intensity signal of M 'is shown. In these figures,
Assuming that both peak values are PEAK, the following equation (13) holds. PEAK = SC / MARK = SD / 2D (13)

【0138】上式(13)により、有限の幅を有するス
リット22の走査により得られた光電変換信号の1山分
の積分値とスリット幅2Dとに基づいて、スリット22
の幅が十分小の時(ベストフォーカス状態にほぼ近いと
き)の信号ピーク値を算出することができる。すなわ
ち、光電変換信号の1山分の積分値(面積)をスリット
幅2Dで割ることにより、スリット幅が十分小の時のピ
ーク値PEAKを算出することができる。従って、式
(13)に基づいて算出したPEAKが信号処理回路4
2のダイナミックレンジ内にほぼ収まるように印加電圧
Vを決定することにより、ダイナミックレンジを最大限
有効に活用した信号感度の設定が可能となる。
According to the above equation (13), based on the integral value of one peak of the photoelectric conversion signal obtained by scanning the slit 22 having a finite width and the slit width 2D, the slit 22
Can be calculated when the width is sufficiently small (when it is almost close to the best focus state). That is, the peak value PEAK when the slit width is sufficiently small can be calculated by dividing the integral value (area) of one peak of the photoelectric conversion signal by the slit width 2D. Therefore, the PEAK calculated based on the equation (13) is the signal processing circuit 4
By determining the applied voltage V so as to substantially fall within the dynamic range of 2, the signal sensitivity can be set while making the most of the dynamic range.

【0139】以上の関係から明らかなように、有限の幅
を有するスリット22の走査により得られた光電変換信
号の1山分の積分値を、計測マークの空間像PM’の線
幅(設計値:計測マークの線幅×投影倍率)とスリット
幅2Dのうちの大きい方の寸法で除した値に基づいて、
信号処理系50のダイナミックレンジを最大限有効に活
用できるように信号処理系50の信号感度を設定するこ
とが可能となる。
As is clear from the above relationship, the integral value of one peak of the photoelectric conversion signal obtained by scanning the slit 22 having a finite width is determined by the line width (design value) of the aerial image PM ′ of the measurement mark. : Line width of measurement mark x projection magnification) and the value obtained by dividing by the larger dimension of slit width 2D.
It is possible to set the signal sensitivity of the signal processing system 50 so that the dynamic range of the signal processing system 50 can be effectively used as much as possible.

【0140】なお、上で説明した信号感度(検出感度)
の設定手法は、PMTを光センサとして用いる場合に限
らず、他の光電変換素子の検出感度の設定、例えばその
光電変換素子の出力増幅部を構成するアンプのゲインを
設定する場合にも適用することが可能である。
The above-described signal sensitivity (detection sensitivity)
Is applied not only to the case where the PMT is used as an optical sensor, but also to the case where the detection sensitivity of another photoelectric conversion element is set, for example, the case where the gain of an amplifier constituting an output amplifier of the photoelectric conversion element is set. It is possible.

【0141】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20によって、計測処理装置、
信号感度設定装置、及び算出装置が構成され、この主制
御装置20と空間像計測装置59とによって光学特性計
測装置が構成されている。
As is clear from the above description, in the present embodiment, the main controller 20 controls the measurement processing device,
A signal sensitivity setting device and a calculation device are configured, and the main control device 20 and the aerial image measurement device 59 configure an optical characteristic measurement device.

【0142】以上詳細に説明したように、本実施形態の
露光装置100によると、照明系10により計測マーク
PMが照明され、投影光学系PLを介してその像面上に
計測マークPMの空間像PM’が形成される。この状態
で、主制御装置20では、空間像計測器59を用いて、
スリット板90のZ位置を所定ピッチで変化させて、各
Z位置についてスリットスキャン方式の空間像計測を実
行する。すなわち、主制御装置20では、空間像PM’
に対してスリット22が相対的に走査されるようスリッ
ト板90を走査するとともに、光センサ24からの光電
変換信号に基づいて空間像PM’に対応する光強度分布
を計測する、そして、主制御装置20では、上記の計測
によりスリット板90のZ位置毎に得られた光電変換信
号の波形とスリット板90の走査軸とで囲まれる領域
を、投影光学系PLのベストフォーカス位置に近いこと
を示す第1の領域(A又はC)と、ベストフォーカス位
置に遠いことを示す第2の領域(B又はE)とに分け、
第1の領域と第2の領域との面積比(α又はγ)を評価
量としてベストフォーカス位置を算出する。
As described in detail above, according to the exposure apparatus 100 of the present embodiment, the measurement mark PM is illuminated by the illumination system 10, and the spatial image of the measurement mark PM is projected on the image plane via the projection optical system PL. PM 'is formed. In this state, the main controller 20 uses the aerial image measuring device 59 to
The Z position of the slit plate 90 is changed at a predetermined pitch, and the slit scan aerial image measurement is executed for each Z position. That is, main controller 20 generates aerial image PM ′.
Scans the slit plate 90 so that the slits 22 are relatively scanned with respect to the light, and measures the light intensity distribution corresponding to the aerial image PM ′ based on the photoelectric conversion signal from the optical sensor 24, and The device 20 determines that the area surrounded by the waveform of the photoelectric conversion signal obtained for each Z position of the slit plate 90 by the above measurement and the scanning axis of the slit plate 90 is close to the best focus position of the projection optical system PL. A first area (A or C), and a second area (B or E) indicating that it is far from the best focus position.
The best focus position is calculated using the area ratio (α or γ) of the first region and the second region as an evaluation amount.

【0143】このため、空間像の強度信号(光電変換信
号)をフーリエ変換等を行うことなく、得られた各光電
変換信号の波形とスリット板90(スリット22)の走
査軸とが囲む領域を前述した基準で2つに分けるだけ
で、それら2つの領域の面積比により、計測マークの種
類によらず、すなわち比較的小さな繰り返し周期のL/
Sマークは勿論、孤立線や擬似孤立線から成る計測マー
クを用いても、投影光学系PLのベストフォーカス位置
を高精度に計測することが可能となる。
For this reason, without performing Fourier transformation or the like on the intensity signal (photoelectric conversion signal) of the aerial image, an area surrounded by the waveform of each of the obtained photoelectric conversion signals and the scanning axis of the slit plate 90 (slit 22) is defined. Only by dividing into two according to the above-mentioned criterion, depending on the area ratio of these two regions, regardless of the type of the measurement mark, that is, L / L of a relatively small repetition period
The best focus position of the projection optical system PL can be measured with high accuracy by using a measurement mark composed of an isolated line and a pseudo isolated line as well as the S mark.

【0144】また、本実施形態の露光装置100で行わ
れる信号処理系50の信号感度設定方法によると、投影
光学系PLの物体面上で例えばX軸方向に伸びる所定線
幅の線状パターン(計測マーク)PMを介して照明光I
Lを投影光学系PLを介して像面上に照射し、像面上で
例えばX軸方向に伸びる所定幅のスリット22を、例え
ばY軸方向に沿って照明光ILに対して走査するととも
に、スリット22を介した照明光ILを光センサ24で
受光し該受光した光の強度に応じた光電変換信号に変換
する。そして、光電変換信号の積分値に基づいて、前述
したようにな方向により、信号処理系50のダイナミッ
クレンジを最大限有効に活用できるように信号処理系5
0の信号感度を設定する。このように、信号処理系のダ
イナミックレンジが最大限有効に活用できるように信号
感度が設定される結果、高い分解能での照明光ILの強
度分布、上記実施形態の場合は、計測マークPMの空間
像PM’に対応する光強度分布の計測が可能となる。
Further, according to the signal sensitivity setting method of the signal processing system 50 performed in the exposure apparatus 100 of the present embodiment, a linear pattern (for example, a predetermined line width extending in the X-axis direction) on the object plane of the projection optical system PL. Measurement mark) Illumination light I via PM
L is irradiated onto the image plane via the projection optical system PL, and the slit 22 having a predetermined width extending in the X-axis direction on the image plane is scanned with the illumination light IL along the Y-axis direction, for example. The illumination light IL passing through the slit 22 is received by the optical sensor 24 and converted into a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the received light. Then, based on the integrated value of the photoelectric conversion signal, in the direction as described above, the signal processing system 5 is used so that the dynamic range of the signal processing system 50 can be utilized as effectively as possible.
Set a signal sensitivity of 0. As described above, the signal sensitivity is set so that the dynamic range of the signal processing system can be effectively used as much as possible. As a result, the intensity distribution of the illumination light IL at a high resolution. The light intensity distribution corresponding to the image PM ′ can be measured.

【0145】また、本実施形態の露光装置100による
と、スリット板90がウエハステージWSTに一体的に
設けられた空間像計測装置59を備えているので、主制
御装置20では、該空間像計測装置59を用いて投影光
学系PLのベストフォーカス位置を高精度に計測するこ
とができる。そして、このベストフォーカス位置の計測
結果に基づいて、例えば多点焦点位置検出系(60a,
60b)の出力の較正情報の設定(フォーカスオフセッ
トの設定や、いわゆるフォーカスキャリブレーション)
を行い、結果的に走査露光時のレチクルRとウエハWと
の光学的な位置関係を所望の位置関係に調整することが
できるので、デフォーカスに起因する露光不良の発生を
抑制して高精度な露光を実現することが可能となる。
Further, according to exposure apparatus 100 of the present embodiment, since slit plate 90 is provided with aerial image measurement device 59 provided integrally with wafer stage WST, main controller 20 uses the aerial image measurement device. Using the device 59, the best focus position of the projection optical system PL can be measured with high accuracy. Then, based on the measurement result of the best focus position, for example, a multipoint focal position detection system (60a,
60b) Output calibration information setting (focus offset setting, so-called focus calibration)
As a result, the optical positional relationship between the reticle R and the wafer W at the time of scanning exposure can be adjusted to a desired positional relationship. Exposure can be realized.

【0146】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.

【0147】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.

【0148】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.

【0149】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 the reduction system and the refraction system are used as the projection optical system has been described. However, the present invention is not limited to this. System, a catadioptric system, or a reflective system may be used.

【0150】なお、複数のレンズから構成される照明光
学系、投影光学系PL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RSTやウエハステージWST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100を製造することができる。なお、露光装置の製
造は温度及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。
In addition, the illumination optical system and the projection optical system PL composed of a plurality of lenses are incorporated in the exposure apparatus main body to perform optical adjustment, and the reticle stage RST and the wafer stage WST including a number of mechanical parts are mounted on the exposure apparatus main body. The exposure apparatus 100 of the present embodiment can be manufactured by attaching and connecting wires and pipes, and further performing overall adjustment (electric adjustment, operation confirmation, and the like). 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.

【0151】《デバイス製造方法》次に上述した露光装
置100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 100 in a lithography process will be described.

【0152】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.

【0153】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), an actual circuit or the like is formed on the wafer by lithography or the like using the mask and the wafer prepared in steps 201 to 203, 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.

【0154】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.

【0155】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.

【0156】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.

【0157】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 repeating these pre-processing and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

【0158】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、デフォーカス
に起因する露光不良の発生を防止して、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。
If the device manufacturing method of the present embodiment described above is used, the exposure apparatus of the above embodiment is used in the exposure step (step 216). The reticle pattern can be well transferred onto the wafer. As a result, the productivity (including yield) of highly integrated devices
Can be improved.

【0159】[0159]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学特性
計測方法及び本発明の光学特性計測装置によれば、計測
マークの種類によらず、投影光学系のベストフォーカス
位置を高精度に計測することができるという効果があ
る。
As described above, according to the optical characteristic measuring method and the optical characteristic measuring apparatus of the present invention, the best focus position of the projection optical system can be measured with high accuracy regardless of the type of the measurement mark. There is an effect that can be.

【0160】また、本発明の信号感度設定方法によれ
ば、信号処理系の分解能を最大限有効に利用して精度良
く光強度分布を計測することを可能にするという効果が
ある。
Further, according to the signal sensitivity setting method of the present invention, there is an effect that the light intensity distribution can be measured with high accuracy by making the best use of the resolution of the signal processing system.

【0161】また、本発明の露光装置によれば、デフォ
ーカスに起因する露光不良の発生を抑制して高精度な露
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 the occurrence of an exposure defect due to defocus can be suppressed and a highly accurate exposure can be realized.

【0162】また、本発明のデバイス製造方法によれ
ば、デバイスの生産性を向上させることができるという
効果がある。
According to the device manufacturing method of the present invention, there is an effect that the productivity of the device can be improved.

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

【図1】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概
略的に示す図である。
FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の空間像計測器及びアライメント顕微鏡の
内部構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of an aerial image measuring device and an alignment microscope of FIG. 1;

【図3】アライメント顕微鏡によりウエハ上のアライメ
ントマークを検出している様子を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a state where an alignment mark on a wafer is detected by an alignment microscope.

【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’が形成された状態の空間像計測器を
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 an aerial image measuring device in a state where an aerial image PM ′ is formed on a slit plate at the time of aerial image measurement, and FIG. 4B is a plan view of the aerial image measurement. FIG. 7 is a diagram showing an example of a photoelectric conversion signal (light intensity signal) P obtained at that time.

【図5】ベストフォーカス位置の検出のための第1の方
法を説明するための図であって、図5(A)は、シミュ
レーションの結果得られたベストフォーカス状態におけ
るスリット透過光強度を横軸をスリットのY位置として
示す図、図5(B)は1μmデフォーカスした状態にお
けるスリット透過光強度を横軸をスリットのY位置とし
て示す図である。
5A and 5B are diagrams for explaining a first method for detecting a best focus position, and FIG. 5A is a graph showing a slit transmitted light intensity in a best focus state obtained as a result of simulation on a horizontal axis. FIG. 5B is a diagram showing the slit transmitted light intensity in a state where the focus is 1 μm defocused, with the horizontal axis as the Y position of the slit.

【図6】面積比を評価量として、ベストフォーカス位置
を求める方法を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of obtaining a best focus position using an area ratio as an evaluation amount.

【図7】ベストフォーカス位置の検出のための第2の方
法を説明するための図であって、図7(A)は、シミュ
レーションの結果得られたベストフォーカス状態におけ
るスリット透過光強度を横軸をスリットのY位置として
示す図、図7(B)は1μmデフォーカスした状態にお
けるスリット透過光強度を横軸をスリットのY位置とし
て示す図である。
7A and 7B are diagrams for explaining a second method for detecting a best focus position, and FIG. 7A is a graph showing the slit transmitted light intensity in the best focus state obtained as a result of simulation on the horizontal axis. FIG. 7B is a diagram showing the slit transmitted light intensity in the state of 1 μm defocus as the Y position of the slit.

【図8】信号光(スリット透過光)を処理する信号処理
系の構成を簡略化して示すブロック図である。
FIG. 8 is a simplified block diagram showing a configuration of a signal processing system for processing signal light (slit transmitted light).

【図9】図9(A)〜図9(D)は、スリット幅(2
D)が十分に小さい(ほぼ無限小)場合に信号感度を設
定する方法を説明するための図である。
9 (A) to 9 (D) show slit widths (2
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of setting signal sensitivity when D) is sufficiently small (almost infinitely small).

【図10】図10(A)〜図10(C)は、スリット幅
(2D)が有限であり、マークの空間像の幅がスリット
幅より広い場合に、信号感度を設定する方法を説明する
ための図である。
FIGS. 10A to 10C illustrate a method of setting the signal sensitivity when the slit width (2D) is finite and the width of the aerial image of the mark is wider than the slit width. FIG.

【図11】図11(A)〜図11(C)は、スリット幅
(2D)が有限であり、マークの空間像の幅がスリット
幅より狭い場合に、信号感度を設定する方法を説明する
ための図である。
FIGS. 11A to 11C illustrate a method of setting the signal sensitivity when the slit width (2D) is finite and the width of the aerial image of the mark is smaller than the slit width. FIG.

【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.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…照明系(照明装置)、20…主制御装置(計測処
理装置、算出装置、信号感度設定装置、光学特性計測装
置の一部)、22…スリット(計測用パターン)、24
…光センサ(光電変換素子)、42…信号処理回路、5
0…信号処理系、59…空間像計測器(光学特性計測装
置の一部)、90…スリット板(パターン形成部材)、
100…露光装置、PL…投影光学系、IL…照明光、
PM…計測マーク、PM’…空間像、W…ウエハ(基
板)、R…レチクル(マスク)、WST…ウエハステー
ジ(基板ステージ)。
Reference Signs List 10 illumination system (illumination device), 20 main control device (measurement processing device, calculation device, signal sensitivity setting device, part of optical characteristic measurement device), 22 slit (measurement pattern), 24
... Optical sensor (photoelectric conversion element), 42 ... Signal processing circuit, 5
0: signal processing system, 59: aerial image measuring device (part of optical property measuring device), 90: slit plate (pattern forming member),
100: exposure apparatus, PL: projection optical system, IL: illumination light,
PM: measurement mark, PM ': spatial image, W: wafer (substrate), R: reticle (mask), WST: wafer stage (substrate stage).

フロントページの続き (72)発明者 近藤 尚人 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) 5F046 BA04 BA05 DA14 DB05 EA03 EA12 EA13 EB03 Continued on the front page (72) Inventor Naoto Kondo 3-2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term in Nikon Corporation (reference) 5F046 BA04 BA05 DA14 DB05 EA03 EA12 EA13 EA13 EB03

Claims (18)

【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、 照明光によって所定の計測マークを照明し、該計測マー
クの空間像を前記投影光学系を介して像面上に形成する
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;前記計測用パターンの光
軸方向の位置毎に得られた前記光電変換信号の波形と前
記計測用パターンの前記走査軸とが囲む領域を、前記投
影光学系のベストフォーカス位置に近いことを示す第1
の領域と、前記ベストフォーカス位置に遠いことを示す
第2の領域とに分け、前記第1の領域と前記第2の領域
との面積比を評価量として前記ベストフォーカス位置を
検出する工程と;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 measurement mark is illuminated with illumination light, and a spatial image of the measurement mark is projected on an image plane via the projection optical system. And scanning the measurement pattern disposed on the image plane side of the projection optical system relative to the aerial image, and according to the intensity of the illumination light via the measurement pattern. Obtaining a photoelectric conversion signal at each of a plurality of positions in the optical axis direction of the measurement pattern; and a waveform of the photoelectric conversion signal and the measurement pattern obtained at each position in the optical axis direction of the measurement pattern. A first area indicating that an area surrounded by the scanning axis is close to a best focus position of the projection optical system;
And a second area indicating that the area is far from the best focus position, and detecting the best focus position using an area ratio between the first area and the second area as an evaluation amount; Optical property measurement method including:
【請求項2】 前記光電変換信号は前記計測用パターン
の各位置に対応する空間像の強度を表す像強度信号であ
り、 前記第1の領域は、前記像強度信号に対応する領域を前
記位置方向に沿って分割した際の設計上のベストフォー
カス位置を含む所定幅の領域であり、 前記第2の領域は、前記分割された残りの領域であるこ
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 photoelectric conversion signal is an image intensity signal representing an intensity of an aerial image corresponding to each position of the measurement pattern, and the first area is an area corresponding to the image intensity signal. The area of a predetermined width including a design best focus position when divided along a direction, and the second area is the remaining area after the division. Optical property measurement method.
【請求項3】 前記光電変換信号は前記計測用パターン
の各位置に対応する空間像の強度を表す像強度信号であ
り、 前記第1の領域は、前記像強度信号に対応する領域を所
定の像強度の閾値を境に強度方向に沿って分割した最大
像強度に近い側の領域であり、 前記第2の領域は、前記分割された残りの領域であるこ
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 photoelectric conversion signal is an image intensity signal representing an intensity of an aerial image corresponding to each position of the measurement pattern, and the first area is a predetermined area corresponding to the image intensity signal. The area on the side closer to the maximum image intensity divided along the intensity direction at the boundary of the image intensity threshold, wherein the second area is the remaining area after the division. The described optical property measurement method.
【請求項4】 前記ベストフォーカス位置の検出を、前
記投影光学系の光軸からの距離が異なる複数点に関して
繰り返し行うことにより、前記投影光学系の像面形状を
検出する工程を更に含む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 method according to claim 1, further comprising the step of repeatedly detecting the best focus position with respect to a plurality of points having different distances from the optical axis of the projection optical system, thereby detecting an image plane shape of the projection optical system. Claims 1-3
The optical characteristic measuring method according to any one of the above.
【請求項5】 前記計測マークは、前記走査方向に直交
する方向に伸びる少なくとも1本のラインパターンから
成る孤立線状のパターンであることを特徴とする請求項
1〜4のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
5. The measurement mark according to claim 1, wherein the measurement mark is an isolated linear pattern including at least one line pattern extending in a direction orthogonal to the scanning direction. The described optical property measurement method.
【請求項6】 前記計測用パターンは、前記光軸に垂直
な2次元平面内で前記走査方向に直交する方向に伸びる
所定幅のスリット状の開口パターンであることを特徴と
する請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学特性計測
方法。
6. The measurement pattern is a slit-shaped opening pattern having a predetermined width extending in a direction orthogonal to the scanning direction in a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis. 6. The optical characteristic measuring method according to any one of 5.
【請求項7】 前記光電変換信号の取得に際して、受光
した信号光の強度に応じた光電変換信号を出力する光電
変換素子と該光電変換素子から前記光電変換信号が入力
される処理回路とを含む信号処理系を用いるとともに、
前記光電変換信号の1山分の積分値を、前記計測マーク
の線幅と前記計測用パターンの幅のうちの大きい方の寸
法で除した値に基づいて、前記信号処理系のダイナミッ
クレンジを最大限有効に活用できるように前記信号処理
系の信号感度を設定していることを特徴とする請求項1
〜6のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
7. A photoelectric conversion device that outputs a photoelectric conversion signal according to the intensity of received signal light when obtaining the photoelectric conversion signal, and a processing circuit that receives the photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion device. While using a signal processing system,
The dynamic range of the signal processing system is maximized based on a value obtained by dividing the integral value of one peak of the photoelectric conversion signal by the larger dimension of the line width of the measurement mark and the width of the measurement pattern. The signal sensitivity of the signal processing system is set so that it can be used as effectively as possible.
7. The method for measuring optical characteristics according to any one of claims 6 to 6.
【請求項8】 受光した信号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、該光電変換素子からの
前記光電変換信号が入力される信号処理回路とを含む信
号処理系の信号感度を設定する信号感度設定方法であっ
て、 第1面上で第1方向に伸びる所定線幅の線状パターンを
介して照明光を第2面上に照射する工程と;前記第2面
上で、前記第1方向に伸びる所定幅の計測用パターン
を、前記第1方向に直交する第2方向に沿って前記照明
光に対して走査するとともに、前記計測用パターンを介
した前記照明光を前記光電変換素子で受光し該受光した
光の強度に応じた光電変換信号に変換する工程と;前記
光電変換信号の積分値に基づいて、前記信号処理系のダ
イナミックレンジを最大限有効に活用できるように前記
信号処理系の信号感度を設定する工程と;を含む信号感
度設定方法。
8. A signal of a signal processing system including a photoelectric conversion element for outputting a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of a received signal light, and a signal processing circuit to which the photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element is input. A signal sensitivity setting method for setting sensitivity, the method comprising: irradiating illumination light on a second surface via a linear pattern having a predetermined line width extending in a first direction on the first surface; Scanning the measurement pattern having a predetermined width extending in the first direction with respect to the illumination light along a second direction orthogonal to the first direction, and applying the illumination light via the measurement pattern to the measurement pattern. Receiving the light by the photoelectric conversion element and converting the light into a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the received light; and making the most of the dynamic range of the signal processing system based on the integrated value of the photoelectric conversion signal. So that the signal of the signal processing system Process and for setting the degrees; signal sensitivity setting method comprising.
【請求項9】 前記設定する工程では、前記光電変換信
号波形の1山分の積分値を、前記線状パターンの線幅と
前記計測用パターンの幅のうちの大きい方の寸法で除し
た値に基づいて前記信号感度を設定することを特徴とす
る請求項8に記載の信号感度設定方法。
9. In the setting step, a value obtained by dividing an integral value of one peak of the photoelectric conversion signal waveform by a larger dimension of a line width of the linear pattern and a width of the measurement pattern. 9. The signal sensitivity setting method according to claim 8, wherein the signal sensitivity is set based on the following.
【請求項10】 前記光電変換素子は、光電子増倍管で
あり、 前記光電子増倍管に印加する印加電圧の設定により、前
記信号感度の設定を行うことを特徴とする請求項8又は
9に記載の信号感度設定方法。
10. The photoelectric conversion device according to claim 8, wherein the photoelectric conversion element is a photomultiplier tube, and the signal sensitivity is set by setting an applied voltage applied to the photomultiplier tube. The signal sensitivity setting method described.
【請求項11】 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、 所定の計測マーク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、前記計測マークを照明する照明装
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計測
マークが照明され、前記像面上に前記空間像が形成され
た状態で、前記空間像に対して前記計測用パターンが相
対的に走査されるよう前記パターン形成部材を走査する
とともに、前記光電変換素子からの光電変換信号に基づ
いて前記空間像に対応する光強度分布を前記パターン形
成部材の前記光軸方向の複数の位置毎に計測する計測処
理装置と;前記計測処理装置の計測結果として前記パタ
ーン形成部材の光軸方向の位置毎に得られた前記光電変
換信号の波形と前記パターン形成部材の走査軸とで囲ま
れる領域を、前記投影光学系のベストフォーカス位置に
近いことを示す第1の領域と、前記ベストフォーカス位
置に遠いことを示す第2の領域とに分け、前記第1の領
域と前記第2の領域との面積比を評価量として前記ベス
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。
11. An optical characteristic measuring device for measuring an optical characteristic of a projection optical system, wherein the measurement mark is illuminated to form a spatial image of a predetermined measurement mark on an image plane via the projection optical system. A pattern forming member disposed on the image plane side of the projection optical system and having a measurement pattern formed thereon; and outputting a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the illumination light via the measurement pattern. A photoelectric conversion element; the measurement mark is illuminated by the illumination device, and the measurement pattern is scanned relative to the aerial image in a state where the aerial image is formed on the image plane. While scanning the pattern forming member, the light intensity distribution corresponding to the aerial image is measured for each of the plurality of positions in the optical axis direction of the pattern forming member based on the photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element. An area surrounded by a waveform of the photoelectric conversion signal obtained for each position in the optical axis direction of the pattern forming member as a measurement result of the measurement processing apparatus and a scanning axis of the pattern forming member; An area ratio between the first area and the second area is divided into a first area indicating that the projection optical system is close to the best focus position and a second area indicating that the projection optical system is far from the best focus position. And a calculating device that calculates the best focus position using the evaluation value as an evaluation amount.
【請求項12】 前記計測マークは、前記走査方向に直
交する方向に伸びる少なくとも1本のラインパターンか
ら成る孤立線状のパターンであることを特徴とする請求
項11に記載の光学特性計測装置。
12. The optical characteristic measuring apparatus according to claim 11, wherein the measurement mark is an isolated linear pattern composed of at least one line pattern extending in a direction orthogonal to the scanning direction.
【請求項13】 前記計測用パターンは、前記光軸に垂
直な2次元平面内で前記走査方向に直交する方向に伸び
る所定幅のスリット状の開口パターンであることを特徴
とする請求項11又は12に記載の光学特性計測装置。
13. The slit-like opening pattern having a predetermined width extending in a direction orthogonal to the scanning direction in a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis. 13. The optical characteristic measuring device according to item 12.
【請求項14】 前記光電変換素子とともに所定のダイ
ナミックレンジを有する信号処理系を構成する前記光電
変換信号が入力される信号処理回路を更に備え、 前記計測処理装置は、前記信号処理系の信号感度を設定
する信号感度設定装置を含み、 該信号感度設定装置は、光電変換信号に基づいて前記空
間像に対応する光強度分布を計測する際に、前記光電変
換信号の積分値に基づいて、前記信号処理系のダイナミ
ックレンジを最大限有効に活用できるように前記信号処
理系の信号感度を設定することを特徴とする請求項11
〜13のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
14. A signal processing circuit for receiving the photoelectric conversion signal constituting a signal processing system having a predetermined dynamic range together with the photoelectric conversion element, wherein the measurement processing device has a signal sensitivity of the signal processing system. The signal sensitivity setting device, when measuring the light intensity distribution corresponding to the aerial image based on the photoelectric conversion signal, based on the integrated value of the photoelectric conversion signal, The signal sensitivity of the signal processing system is set so that the dynamic range of the signal processing system can be effectively used as much as possible.
The optical characteristic measuring device according to any one of claims 13 to 13.
【請求項15】 前記信号感度設定装置は、前記光電変
換信号の1山分の積分値を前記計測マークの線幅と前記
計測用パターンの幅のうちの大きい方の寸法で除した値
に基づいて前記信号感度を設定することを特徴とする請
求項14に記載の光学特性計測装置。
15. The signal sensitivity setting device, based on a value obtained by dividing an integral value of one peak of the photoelectric conversion signal by a larger dimension of a line width of the measurement mark and a width of the measurement pattern. 15. The optical characteristic measuring apparatus according to claim 14, wherein the signal sensitivity is set by setting.
【請求項16】 前記光電変換素子は、光電子増倍管で
あり、 前記信号感度設定装置は、前記光電子増倍管に印加する
印加電圧の設定により、前記信号感度の設定を行うこと
を特徴とする請求項14又は15に記載の光学特性計測
装置。
16. The photoelectric conversion element is a photomultiplier tube, and the signal sensitivity setting device sets the signal sensitivity by setting an applied voltage applied to the photomultiplier tube. The optical characteristic measuring device according to claim 14 or 15, wherein
【請求項17】 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に一体的に設けられた
請求項11〜16のいずれか一項に記載の光学特性計測
装置と;備える露光装置。
17. 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 exposure apparatus comprising: the optical characteristic measuring apparatus according to any one of claims 11 to 16 provided integrally;
【請求項18】 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、請求項17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。
18. A device manufacturing method including a lithography step, wherein exposure is performed using the exposure apparatus according to claim 17 in the lithography step.
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