JP2002260986A - Method of measuring optical characteristic, method for exposure, and method of manufacturing device - Google Patents

Method of measuring optical characteristic, method for exposure, and method of manufacturing device

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JP2002260986A
JP2002260986A JP2001058059A JP2001058059A JP2002260986A JP 2002260986 A JP2002260986 A JP 2002260986A JP 2001058059 A JP2001058059 A JP 2001058059A JP 2001058059 A JP2001058059 A JP 2001058059A JP 2002260986 A JP2002260986 A JP 2002260986A
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pattern
image
optical system
measurement
projection optical
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Kengo Takemasa
建吾 武正
Yuji Imai
裕二 今井
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Nikon Corp
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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
    • G03F7/706Aberration measurement

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  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (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 provide a method of measuring optical characteristics by which the optical characteristics of a projection optical system can be measured in a short time with high accuracy and high reproducibility. SOLUTION: In the method of measuring optical characteristics, the image of a pattern for measurement containing at least two land-and-space patterns having different duty ratios is projected through the projection optical system (PL), and the formed states of the images of the land-and-space patterns contained in the pattern for measurement are detected at a plurality of positions with respect to the direction along optical axis of the projection optical system. Then the optical characteristic of the projection optical system is measured based on the detected results of the formed states.

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、露光方法及びデバイス製造方法に係り、更に詳しく
は、投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測方
法、該光学特性計測方法によって計測された光学特性を
考慮して調整された投影光学系を用いて露光を行う露光
方法、及び該露光方法を利用したデバイスの製造方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical characteristic measuring method, an exposure method, and a device manufacturing method, and more particularly, to an optical characteristic measuring method for measuring an optical characteristic of a projection optical system, and measuring by the optical characteristic measuring method. The present invention relates to an exposure method for performing exposure using a projection optical system adjusted in consideration of the obtained optical characteristics, and a device manufacturing method using the exposure method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレ
チクル(以下、「レチクル」と総称する)に形成された
パターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布された
ウエハ又はガラスプレート等の基板(以下、適宜「ウエ
ハ」ともいう)上に転写する露光装置が用いられてい
る。この種の装置としては、近年では、スループットを
重視する観点から、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、このス
テッパを改良したステップ・アンド・スキャン方式の走
査型露光装置などの逐次移動型の投影露光装置が、比較
的多く用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a lithography process for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, or the like, a pattern formed on a mask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as a “reticle”) is resisted through a projection optical system. There is used an exposure apparatus that transfers a wafer or a glass plate or the like onto which a substrate or the like is applied (hereinafter, also appropriately referred to as a “wafer”). In recent years, as an apparatus of this kind, from the viewpoint of emphasizing throughput, a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus (so-called “stepper”) or a step-and-scan type scanning type apparatus which is an improvement of this stepper has been used. 2. Description of the Related Art Sequentially moving projection exposure apparatuses such as exposure apparatuses are relatively frequently used.

【0003】また、半導体素子(集積回路)等は年々高
集積化しており、これに伴い半導体素子等の製造装置で
ある投影露光装置には、一層の高解像力、すなわちより
微細なパターンを精度良く転写できることが要求される
ようになってきた。投影露光装置の解像力を向上させる
ためには、投影光学系の結像性能を向上させることが必
要である。そのため、投影光学系の光学特性を正確に計
測し、評価することが重要となっている。
In addition, semiconductor elements (integrated circuits) and the like are becoming highly integrated year by year. Accordingly, projection exposure apparatuses, which are apparatuses for manufacturing semiconductor elements and the like, require higher resolution, that is, finer patterns with higher precision. The ability to transfer has been required. In order to improve the resolving power of the projection exposure apparatus, it is necessary to improve the imaging performance of the projection optical system. Therefore, it is important to accurately measure and evaluate the optical characteristics of the projection optical system.

【0004】しかし、投影光学系の光学特性、例えば像
面(最良結像面)の正確な計測は、それぞれの評価点
(計測点)における最良フォーカス位置を正確に計測で
きることが前提となる。従来の投影露光装置における最
良フォーカス位置の検出方法としては、主として以下の
3つが知られている。
However, accurate measurement of the optical characteristics of the projection optical system, for example, the image plane (best image plane) is based on the premise that the best focus position at each evaluation point (measurement point) can be accurately measured. As a method of detecting a best focus position in a conventional projection exposure apparatus, the following three methods are mainly known.

【0005】1つ目は、所定のレチクルパターン(例え
ば、ラインアンドスペースパターン等)をテストパター
ンとして、このテストパターンを投影光学系の光軸方向
に関する複数のウエハ位置でテスト用ウエハに転写す
る。そして、そのテスト用ウエハを現像して得られるレ
ジスト像(転写されたパターンの像)の線幅値を走査型
電子顕微鏡(SEM)等を用いて目視にて計測し、その
線幅値と投影光学系の光軸方向に関するウエハ位置(以
下、適宜「フォーカス位置」ともいう)との相関関係に
基づいて最良フォーカス位置を判断する方法がいわゆる
CD/フォーカス法として知られている。
[0005] First, a predetermined reticle pattern (for example, a line and space pattern) is used as a test pattern, and the test pattern is transferred to a test wafer at a plurality of wafer positions in the optical axis direction of the projection optical system. Then, the line width value of the resist image (transferred pattern image) obtained by developing the test wafer is visually measured using a scanning electron microscope (SEM) or the like, and the line width value and the projection are measured. A method of determining the best focus position based on a correlation with a wafer position in the optical axis direction of the optical system (hereinafter also referred to as “focus position” as appropriate) is known as a so-called CD / focus method.

【0006】2つ目は、複数のフォーカス位置で、くさ
び形マークのレジスト像をウエハ上に形成し、フォーカ
ス位置の違いによるレジスト像の線幅値の変化を長手方
向の寸法変化に増幅させて置き換え、ウエハ上のマーク
を検出するアライメント系などのマーク検出系を用いて
レジスト像の長手方向の長さを計測する。そして、フォ
ーカス位置とレジスト像の長さとの相関関係を示す近似
曲線の極大値近傍を所定のスライスレベルでスライス
し、得られたフォーカス位置の範囲の中点を最良フォー
カス位置と判断する方法がいわゆるSMPフォーカス計
測法として知られている。
Secondly, a resist image of a wedge mark is formed on a wafer at a plurality of focus positions, and a change in a line width value of the resist image due to a difference in the focus position is amplified to a dimensional change in a longitudinal direction. The length of the resist image in the longitudinal direction is measured using a mark detection system such as an alignment system for detecting a mark on the wafer after replacement. A method of slicing the vicinity of the maximum value of the approximate curve indicating the correlation between the focus position and the length of the resist image at a predetermined slice level and determining the middle point of the obtained focus position range as the best focus position is a so-called method. Known as the SMP focus measurement method.

【0007】3つ目は、露光量を変更しながら、テスト
パターンを複数のフォーカス位置でテスト用ウエハに転
写する。そして、フォーカス位置毎にテスト用ウエハ上
にテストパターンのレジスト像の有無を判定することに
より、レジスト像が消失するときの露光量を計測し、フ
ォーカス位置と計測した露光量との相関関係を示す近似
曲線の極大値を最良フォーカス位置と判断する方法がい
わゆるオーバー露光フォーカス計測法として知られてい
る。
Third, the test pattern is transferred to the test wafer at a plurality of focus positions while changing the exposure amount. Then, by determining the presence or absence of the resist image of the test pattern on the test wafer for each focus position, the exposure amount when the resist image disappears is measured, and the correlation between the focus position and the measured exposure amount is shown. A method of determining the maximum value of the approximate curve as the best focus position is known as a so-called overexposure focus measurement method.

【0008】そして、種々のテストパターンについて、
このようにして得られた最良フォーカス位置に基づい
て、投影光学系の光学特性である非点収差や像面湾曲等
を計測している。
Then, for various test patterns,
Based on the best focus position obtained in this way, astigmatism, field curvature, and the like, which are optical characteristics of the projection optical system, are measured.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したCD
/フォーカス法では、例えばレジスト像の線幅値をSE
Mで計測するために、SEMのフォーカス合わせを厳密
に行う必要があり、1点当たりの計測時間が非常に長
く、多数点での計測をするためには数時間から数十時間
が必要とされていた。また、投影光学系の光学特性を計
測するためのテスト用パターンも微細化するとともに、
投影光学系の視野内での評価点の数も増加することが予
想される。従って、SEMを用いた従来の計測方法で
は、計測結果が得られるまでのスループットが大幅に低
下するという問題がある。また、測定誤差や測定結果の
再現性についても、より高いレベルが要求されるように
なり、従来の計測方法ではその対応が困難となってき
た。さらに、フォーカス位置と線幅値の相関関係を示す
近似曲線は、誤差を小さくするために4次以上の近似曲
線が用いられており、それには、評価点毎に少なくとも
5種類のフォーカス位置に関する線幅値が求められなけ
ればならないという制約があった。また、最良フォーカ
ス位置からずれたフォーカス位置(投影光学系の光軸方
向に関する+方向と−方向との両方を含む)での線幅値
と最良フォーカス位置での線幅値との差は、誤差を小さ
くするために10%以上であることが要求されている
が、この条件を満足させることが困難となってきた。
However, the above-mentioned CD
In the focus method, for example, the line width value of the resist image is set to SE
In order to measure at M, it is necessary to strictly focus the SEM, and the measurement time per point is extremely long, and several to several tens of hours are required to measure at many points. I was In addition, the test pattern for measuring the optical characteristics of the projection optical system has been miniaturized,
It is expected that the number of evaluation points in the field of view of the projection optical system will also increase. Therefore, the conventional measurement method using the SEM has a problem that the throughput until a measurement result is obtained is significantly reduced. In addition, higher levels of measurement errors and reproducibility of measurement results have been required, and it has become difficult to cope with the conventional measurement methods. Further, as an approximation curve indicating the correlation between the focus position and the line width value, a fourth-order or higher approximation curve is used to reduce the error. There was a constraint that a width value had to be determined. In addition, the difference between the line width value at the focus position shifted from the best focus position (including both the + direction and the − direction with respect to the optical axis direction of the projection optical system) and the line width value at the best focus position is an error. Is required to be 10% or more in order to reduce the value, but it has become difficult to satisfy this condition.

【0010】また、上述したSMPフォーカス計測法で
は、通常、計測を単色光で行うために、レジスト像の形
状の違いにより干渉の影響が異なり、それが計測誤差
(寸法オフセット)につながることが考えられる。さら
に、画像処理にてくさび形マークのレジスト像の長さ計
測を行うには、レジスト像の最も細くなる長手方向の両
端部分までの情報を詳細に取り込む必要が有り、現状の
画像取り込み機器(CCDカメラ等)の分解能では未だ
十分ではないという問題点がある。また、テストパター
ンが大きいために、投影光学系の視野内での評価点の数
を増加させることが困難であった。
In the above-described SMP focus measurement method, since the measurement is usually performed with monochromatic light, the influence of interference differs due to the difference in the shape of the resist image, which may lead to a measurement error (dimensional offset). Can be Furthermore, in order to measure the length of the resist image of the wedge-shaped mark by image processing, it is necessary to capture in detail the information up to both ends in the longitudinal direction where the resist image becomes thinnest. However, there is a problem that the resolution of a camera or the like is not sufficient. In addition, since the test pattern is large, it has been difficult to increase the number of evaluation points in the field of view of the projection optical system.

【0011】さらに、上述したオーバー露光フォーカス
計測法では、レジスト像が消失する露光量の前後で、露
光量やフォーカス位置等の誤差の影響により、測定結果
がばらつき易く、それにより測定結果の再現性が低下す
るという不都合がある。
Further, in the above-described over-exposure focus measurement method, the measurement result is apt to fluctuate before and after the exposure amount at which the resist image disappears due to the influence of errors in the exposure amount, focus position, and the like. Is reduced.

【0012】本発明は、かかる事情の下になされたもの
であり、その第1の目的は、短時間で、精度及び再現性
良く投影光学系の光学特性を計測することができる光学
特性計測方法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 invention is to provide an optical characteristic measuring method capable of measuring the optical characteristics of a projection optical system in a short time with high accuracy and reproducibility. Is to provide.

【0013】また、本発明の第2の目的は、高精度な露
光を実現できる露光方法を提供することにある。
It is a second object of the present invention to provide an exposure method capable of realizing highly accurate exposure.

【0014】また、本発明の第3の目的は、高集積度の
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。
It is a third object of the present invention to provide a device manufacturing method capable of improving the productivity of a highly integrated device.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、第1面上のパターンを第2面上に投影する投影光学
系(PL)の光学特性を計測する光学特性計測方法にお
いて、デューティ比が異なる少なくとも2つのラインア
ンドスペースパターンを含む計測用パターンが形成され
たマスク(R)を前記第1面上に配置し、前記計測用パ
ターンの像を前記投影光学系により前記第2面側に投影
し、前記投影光学系の光軸方向に関する複数の位置で前
記計測用パターン中の各ラインアンドスペースパターン
の像の形成状態を検出し、その検出結果に基づいて前記
投影光学系の光学特性を求めることを特徴とする光学特
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 (PL) for projecting a pattern on a first surface onto a second surface. A mask (R) on which a measurement pattern including at least two line and space patterns having different duty ratios is formed is arranged on the first surface, and an image of the measurement pattern is projected on the second surface by the projection optical system. Side, and detects the state of image formation of each line and space pattern in the measurement pattern at a plurality of positions in the optical axis direction of the projection optical system, and based on the detection result, the optical system of the projection optical system This is an optical characteristic measuring method characterized by obtaining characteristics.

【0016】ここで、ラインアンドスペースパターンの
デューティ比の表示法にはいくつかあるが、本明細書で
は、ラインアンドスペースパターンにおけるライン部の
幅とスペース部の幅との比で示すこととし、デューティ
比が「大きくなる」とは、周期は変わらずにライン部の
幅のみが太くなることを意味し、デューティ比が「小さ
くなる」とは、周期は変わらずにライン部の幅のみが細
くなることを意味する。また、本明細書では、デューテ
ィ比の「最小値」とは、同一周期を有する少なくとも2
つのラインアンドスペースパターンを比較したときに、
ライン部の幅が最も細いラインアンドスペースパターン
のデューティ比を意味する。
Here, there are several methods for displaying the duty ratio of the line and space pattern. In this specification, the duty ratio is indicated by the ratio of the width of the line portion to the width of the space portion in the line and space pattern. When the duty ratio is "increased", it means that only the width of the line portion is increased without changing the period, and when the duty ratio is "decreased", only the width of the line portion is reduced without changing the period. It means becoming. Further, in the present specification, the “minimum value” of the duty ratio refers to at least two values having the same cycle.
When comparing two line and space patterns,
This means the duty ratio of the line and space pattern having the narrowest line portion width.

【0017】また、本明細書において、「パターンの
像」とは、例えば前記第2面側に基板が配置される場合
にその基板上に形成される像(レジスト像などの顕像及
び潜像を含む)の他、パターンの空間像(投影像)をも
含む概念である。従って、像の形成状態の検出には、転
写像の形成状態を検出することの他、いわゆる空間像計
測による空間像の形成状態の検出も含まれる。
In this specification, the term "pattern image" means, for example, an image (a visible image such as a resist image and a latent image) formed on a substrate when the substrate is disposed on the second surface side. ) As well as a spatial image (projected image) of the pattern. Therefore, the detection of the image formation state includes not only the detection of the transfer image formation state but also the detection of the aerial image formation state by so-called aerial image measurement.

【0018】これによれば、まず、マスク上に形成され
たデューティ比が異なる少なくとも2つのラインアンド
スペースパターンを含む計測用パターンが、投影光学系
を介して第2面側に投影される。そして、投影光学系の
光軸方向に関する複数の位置で計測用パターン中の各ラ
インアンドスペースパターンの像の形成状態が検出さ
れ、その検出結果に基づいて光学特性が求められる。
According to this, first, a measurement pattern including at least two line and space patterns formed on the mask and having different duty ratios is projected on the second surface side via the projection optical system. Then, the image formation state of each line and space pattern in the measurement pattern is detected at a plurality of positions in the optical axis direction of the projection optical system, and the optical characteristics are obtained based on the detection results.

【0019】ここで、計測用パターンは、デューティ比
が異なる少なくとも2つのラインアンドスペースパター
ンであれば良い。このため、マスクのパターン面内に多
くの計測用パターンを配置することができ、投影光学系
の視野内でその光学特性を検出すべき評価点の数を増加
させることができるとともに、各評価点の間隔を狭くす
ることが可能となる。従って、結果として光学特性の測
定精度及び測定結果の再現性を向上させることが可能と
なる。また、デューティ比が異なる複数のラインアンド
スペースパターンが計測用パターンとして用いられてい
る。このため、露光量は一定で、投影光学系の光軸方向
に関するパターン像の形成状態の検出対象位置のみを変
化させる計測方法を採用しつつ、露光量と投影光学系の
光軸方向に関する前記像の形成状態の検出対象位置との
両方を変化させる計測方法と類似の解析手法を用いて光
学特性を求めることができる。従って、露光量と投影光
学系の光軸方向に関する前記像の形成状態の検出対象位
置との両方を変化させる計測方法と比較して、短時間で
光学特性を求めることができ、光学特性計測のスループ
ットを向上させることが可能となる。また、露光量が一
定であるために、露光量を変化させる方法(例えば、前
述したオーバー露光フォーカス計測法)と比較して、測
定結果のばらつきが小さく、結果的に測定精度及び測定
結果の再現性を向上させることが可能となる。
Here, the measurement pattern may be at least two line and space patterns having different duty ratios. For this reason, many measurement patterns can be arranged in the pattern plane of the mask, and the number of evaluation points whose optical characteristics should be detected in the field of view of the projection optical system can be increased. Can be narrowed. Therefore, as a result, the measurement accuracy of the optical characteristics and the reproducibility of the measurement result can be improved. In addition, a plurality of line and space patterns having different duty ratios are used as measurement patterns. For this reason, the exposure amount is constant and the image amount in the optical axis direction of the projection optical system is changed while adopting a measurement method in which only the detection target position of the pattern image formation state in the optical axis direction of the projection optical system is changed. The optical characteristics can be obtained by using an analysis method similar to a measurement method that changes both the detection target position of the formation state of the laser beam and the detection target position. Therefore, compared to a measurement method that changes both the exposure amount and the detection target position of the image formation state in the optical axis direction of the projection optical system, the optical characteristics can be obtained in a short time, and the optical characteristic measurement can be performed. Throughput can be improved. In addition, since the exposure amount is constant, the variation in the measurement result is small compared to the method of changing the exposure amount (for example, the over-exposure focus measurement method described above), and as a result, the measurement accuracy and the reproduction of the measurement result are reduced. It is possible to improve the performance.

【0020】従って、請求項1に記載の光学特性計測方
法によれば、短時間で、精度及び再現性良く投影光学系
の光学特性を求めることができる。
Therefore, according to the optical characteristic measuring method of the first aspect, the optical characteristics of the projection optical system can be obtained in a short time with high accuracy and reproducibility.

【0021】この場合において、前記計測用パターンに
おける前記ラインアンドスペースパターンとしては、種
々のものが考えられるが、請求項2に記載の光学特性計
測方法の如く、前記各ラインアンドスペースパターンの
周期方向は、同じであることとしても良い。
In this case, as the line and space pattern in the measurement pattern, various types can be considered, but as in the optical characteristic measuring method according to claim 2, the periodic direction of each line and space pattern May be the same.

【0022】また、上記請求項1に記載の光学特性計測
方法において、前記計測用パターンは、請求項3に記載
の光学特性計測方法の如く、前記デューティ比が異なり
かつ周期方向を第1方向とする少なくとも2つのライン
アンドスペースパターンから成る第1パターンと、前記
デューティ比が異なりかつ周期方向を第2方向とする少
なくとも2つのラインアンドスペースパターンから成る
第2パターンと、を含むものであっても良いし、請求項
4に記載の光学特性計測方法の如く、前記デューティ比
が異なりかつ同一の第1の周期を有する少なくとも2つ
のラインアンドスペースパターンからなる第1パターン
と、前記デューティ比が異なりかつ同一の第2の周期を
有する少なくとも2つのラインアンドスペースパターン
からなる第2パターンと、を含むものであっても良い。
In the optical characteristic measuring method according to the first aspect of the present invention, the measurement pattern may be different in the duty ratio and the periodic direction may be different from the first direction, as in the optical characteristic measuring method according to the third aspect. A first pattern consisting of at least two line and space patterns, and a second pattern consisting of at least two line and space patterns having different duty ratios and a periodic direction as a second direction. And a first pattern including at least two line and space patterns having different duty ratios and the same first period, as in the optical characteristic measuring method according to claim 4, and the duty ratio is different. Second pattern comprising at least two line and space patterns having the same second period And emissions, may include a.

【0023】上記請求項1〜4に記載の各光学特性計測
方法において、請求項5に記載の光学特性計測方法の如
く、前記各ラインアンドスペースパターンは、前記マス
クのパターン面上に特定方向に沿って一列に配置されて
いることとしても良い。
In each of the optical characteristic measuring methods according to the first to fourth aspects, as in the optical characteristic measuring method according to the fifth aspect, each of the line and space patterns is formed in a specific direction on the pattern surface of the mask. It is good also as being arranged in a line along.

【0024】上記請求項3及び4に記載の各光学特性計
測方法において、請求項6に記載の光学特性計測方法の
如く、前記第1パターンを構成する前記各ラインアンド
スペースパターンは、前記マスクのパターン面上に前記
特定方向の所定の一列に沿って配置され、前記第2パタ
ーンを構成する前記各ラインアンドスペースパターン
は、前記パターン面上に前記所定の一列とは異なる前記
特定方向の他の一列に沿って配置されていることとして
も良い。
In each of the optical characteristic measuring methods according to the third and fourth aspects, as in the optical characteristic measuring method according to the sixth aspect, each of the line and space patterns constituting the first pattern is the same as that of the mask. The line and space patterns arranged on the pattern surface along the predetermined row in the specific direction, and forming the second pattern, the line and space patterns on the pattern surface are different from the specific row in the specific direction. They may be arranged along one line.

【0025】この場合において、前記計測用パターン
は、請求項7に記載の光学特性計測方法の如く、前記パ
ターン面上の前記第1パターンが配列された前記所定の
一列と前記第2パターンが配列された前記他の一列との
間に形成された遮光用パターンを更に含むこととしても
良い。
In this case, as in the optical characteristic measuring method according to claim 7, the predetermined pattern on which the first pattern is arranged on the pattern surface and the second pattern are arranged. It may further include a light-shielding pattern formed between the other rows.

【0026】上記請求項5〜7に記載の各光学特性計測
方法において、請求項8に記載の光学特性計測方法の如
く、前記特定方向に沿って配置された前記各ラインアン
ドスペースパターンの列は、パターンのデューティ比が
前記特定方向の一側から他側に向かって次第に大きくな
る部分と次第に小さくなる部分との少なくとも一方の部
分を含むこととしても良い。
In each of the optical characteristic measuring methods according to the fifth to seventh aspects, as in the optical characteristic measuring method according to the eighth aspect, the rows of the line and space patterns arranged along the specific direction may be arranged in a line. The pattern may include at least one of a portion where the duty ratio of the pattern gradually increases from one side to the other side in the specific direction and a portion where the duty ratio gradually decreases.

【0027】上記請求項1〜8に記載の各光学特性計測
方法において、前記計測用パターンの像は、請求項9に
記載の光学特性計測方法の如く、前記投影光学系の前記
第2面側に配置された基板(W)の前記投影光学系の光
軸方向に関する複数の位置で、前記投影光学系により前
記基板上の異なる領域にそれぞれ転写される像であるこ
ととしても良い。
[0027] In each of the optical characteristic measuring methods according to the first to eighth aspects, the image of the measurement pattern is formed on the second surface side of the projection optical system as in the optical characteristic measuring method according to the ninth aspect. The images may be transferred to different regions on the substrate by the projection optical system at a plurality of positions on the substrate (W) arranged in the optical axis direction of the projection optical system.

【0028】この場合において、前記計測用パターン中
の各ラインアンドスペースパターンの像の形成状態の検
出には種々の方法が考えられるが、請求項10に記載の
光学特性計測方法の如く、前記基板上の異なる領域に転
写された前記計測用パターンの像の各撮像データと所定
のテンプレートパターンデータとのパターンマッチング
により前記計測用パターン中の各ラインアンドスペース
パターンの像の形成状態を検出しても良い。
In this case, various methods are conceivable for detecting the formation state of the image of each line and space pattern in the measurement pattern, but as in the optical characteristic measuring method according to claim 10, Even if the image formation state of each line-and-space pattern in the measurement pattern is detected by pattern matching between each imaging data of the image of the measurement pattern transferred to a different area above and predetermined template pattern data. good.

【0029】上記請求項10に記載の光学特性計測方法
において、請求項11に記載の光学特性計測方法の如
く、前記マスク上の前記計測用パターンが形成されたパ
ターン領域の近傍には、パターンが存在しない空白領域
が存在することとしても良い。
In the optical characteristic measuring method according to the tenth aspect, as in the optical characteristic measuring method according to the eleventh aspect, a pattern is provided near the pattern area on the mask where the measurement pattern is formed. A blank area that does not exist may be present.

【0030】この場合において、請求項12に記載の光
学特性計測方法の如く、前記テンプレートパターンデー
タは、前記基板上に投影された前記マスク上の前記空白
領域の撮像データであることとしても良い。
In this case, as in the optical characteristic measuring method according to the twelfth aspect, the template pattern data may be image data of the blank area on the mask projected on the substrate.

【0031】上記請求項9〜12に記載の各光学特性計
測方法において、請求項13に記載の光学特性計測方法
の如く、前記形成状態の検出の対象は、前記基板に形成
される潜像であっても良いが、請求項14に記載の光学
特性計測方法の如く、前記基板を現像して得られるレジ
スト像であることとすることができる。ここで、前記基
板上における像の形成状態を検出するための感光層は、
フォトレジストに限らず、光(エネルギ)の照射によっ
て像(潜像及び顕像)が形成されるものであれば良い。
例えば、感光層は、光記録層、光磁気記録層などであっ
ても良く、従って、感光層が形成される物体もウエハ又
はガラスプレート等に限らず、光記録層、光磁気記録層
が形成可能な板等であっても良い。
In each of the optical characteristic measuring methods according to the ninth to twelfth aspects, as in the optical characteristic measuring method according to the thirteenth aspect, the detection target of the formation state is a latent image formed on the substrate. However, the resist image may be a resist image obtained by developing the substrate, as in the optical characteristic measuring method according to claim 14. Here, the photosensitive layer for detecting the state of image formation on the substrate,
The photoresist is not limited to a photoresist, but may be any as long as an image (a latent image and a visible image) is formed by irradiation of light (energy).
For example, the photosensitive layer may be an optical recording layer, a magneto-optical recording layer, or the like. Therefore, the object on which the photosensitive layer is formed is not limited to a wafer or a glass plate. A possible plate or the like may be used.

【0032】上記請求項1〜14に記載の各光学特性計
測方法において、光学特性としては種々のものが考えら
れるが、例えば請求項15に記載の光学特性計測方法の
如く、前記像の形成状態の検出の結果、その像が検出さ
れた前記ラインアンドスペースパターンのデューティ比
の最小値を、前記投影光学系の光軸方向に関する位置毎
に求め、前記投影光学系の前記光軸方向に関する位置と
前記最小値との相関関係により最良フォーカス位置を決
定することとしても良く、また、請求項16に記載の光
学特性計測方法の如く、前記像の形成状態の検出の結
果、その像が検出された前記投影光学系の光軸方向に関
する範囲を、前記ラインアンドスペースパターンのデュ
ーティ比毎に求め、該範囲と前記デューティ比との相関
関係により最良フォーカス位置を決定することとしても
良い。
In each of the optical characteristic measuring methods according to the first to fourteenth aspects, various optical characteristics can be considered. For example, as in the optical characteristic measuring method according to the fifteenth aspect, the image forming state As a result of the detection, the minimum value of the duty ratio of the line and space pattern in which the image is detected is obtained for each position in the optical axis direction of the projection optical system, and the position of the projection optical system in the optical axis direction and The best focus position may be determined based on the correlation with the minimum value, and as a result of detection of the image formation state, the image is detected as in the optical characteristic measurement method according to claim 16. A range in the optical axis direction of the projection optical system is obtained for each duty ratio of the line-and-space pattern, and the best focus is obtained based on the correlation between the range and the duty ratio. It is also possible to determine the scum position.

【0033】請求項17に記載の発明は、露光用のエネ
ルギビームをマスク(R)に照射し、前記マスクに形成
されたパターンを投影光学系(PL)を介して基板
(W)上に転写する露光方法であって、請求項1〜16
のいずれか一項に記載の光学特性計測方法によって計測
された前記光学特性を考慮して前記投影光学系を調整す
る工程と;前記調整された投影光学系を介して前記マス
クに形成されたパターンを前記基板に転写する工程と;
を含む露光方法である。
According to a seventeenth aspect of the present invention, a mask (R) is irradiated with an energy beam for exposure, and a pattern formed on the mask is transferred onto a substrate (W) via a projection optical system (PL). 17. An exposure method, comprising:
Adjusting the projection optical system in consideration of the optical characteristics measured by the optical characteristic measurement method according to any one of the preceding claims; and a pattern formed on the mask via the adjusted projection optical system. Transferring to the substrate;
Is an exposure method.

【0034】これによれば、請求項1〜16の各光学特
性計測方法によって計測された投影光学系の光学特性を
考慮して最適な転写が行われるように投影光学系が調整
され、その調整された投影光学系を介して、マスクに形
成されたパターンを基板上に転写するので、微細パター
ンを基板上に高精度に転写することができる。
According to this, the projection optical system is adjusted so that optimum transfer is performed in consideration of the optical characteristics of the projection optical system measured by each of the optical characteristic measuring methods according to claims 1 to 16, and the adjustment thereof is performed. Since the pattern formed on the mask is transferred onto the substrate via the projected projection optical system, the fine pattern can be transferred onto the substrate with high accuracy.

【0035】請求項18に記載の発明は、リソグラフィ
工程を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフ
ィ工程では、請求項17に記載の露光方法を用いること
を特徴とするデバイス製造方法である。
The invention according to claim 18 is a device manufacturing method including a lithography step, wherein the lithography step uses the exposure method according to claim 17.

【0036】これによれば、リソグラフィ工程で、請求
項17に記載の露光方法により微細パターンを基板上に
精度良く転写することができるので、結果的に高集積度
のデバイスの生産性(歩留まりを含む)を向上させるこ
とが可能となる。
According to this, in the lithography step, a fine pattern can be accurately transferred onto the substrate by the exposure method according to claim 17, and as a result, the productivity (yield rate) of a highly integrated device can be reduced. Included) can be improved.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図1
〜図20に基づいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0038】図1には、本発明に係る投影光学系の光学
特性計測方法及び露光方法の実施に好適な一実施形態に
係る露光装置100が示されている。この露光装置10
0は、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光
装置(いわゆるステッパ)である。
FIG. 1 shows an exposure apparatus 100 according to an embodiment suitable for carrying out a method for measuring optical characteristics of a projection optical system and an exposure method according to the present invention. This exposure apparatus 10
Reference numeral 0 denotes a step-and-repeat reduction projection exposure apparatus (so-called stepper).

【0039】この露光装置100は、照明系IOP、マ
スクとしてのレチクルRを保持するレチクルステージR
ST、レチクルRに形成されたパターンの像を感光剤
(フォトレジスト)が塗布された基板としてのウエハW
上に投影する投影光学系PL、ウエハWを保持して2次
元平面(XY平面内)を移動するXYステージ20、X
Yステージ20を駆動する駆動系22、及びこれらの制
御系等を備えている。この制御系は、各種インターフェ
ースを備えるワークステーション(又はマイクロコンピ
ュータ)から成り、装置全体を統括制御する主制御装置
28を中心として構成されている。
The exposure apparatus 100 includes an illumination system IOP and a reticle stage R for holding a reticle R as a mask.
ST, a wafer W as a substrate coated with a photosensitive agent (photoresist) by applying an image of a pattern formed on reticle R
A projection optical system PL for projecting upward, an XY stage 20, X which holds a wafer W and moves on a two-dimensional plane (within an XY plane)
A drive system 22 for driving the Y stage 20 and a control system for these components are provided. This control system is composed of a work station (or microcomputer) provided with various interfaces, and is mainly configured with a main control device 28 that integrally controls the entire apparatus.

【0040】前記照明系IOPは、KrFエキシマレー
ザやArFエキシマレーザなどから成る光源と、オプテ
ィカルインテグレータ又はホモジナイザとしてのフライ
アイレンズ又はロッド型(内面反射型)インテグレー
タ、リレーレンズ、コンデンサレンズ、及びレチクルブ
ラインド等(いずれも図示省略)を含む照明光学系とか
ら構成されている。この照明系IOPは、光源からの露
光用の照明光ILによってレチクルRの下面(パターン
形成面)のパターンを均一な照度分布で照明する。
The illumination system IOP includes a light source such as a KrF excimer laser or an ArF excimer laser, a fly-eye lens or a rod-type (internal reflection type) integrator as an optical integrator or a homogenizer, a relay lens, a condenser lens, and a reticle blind. (All are not shown). The illumination system IOP illuminates the pattern on the lower surface (pattern forming surface) of the reticle R with a uniform illuminance distribution by illumination light IL for exposure from a light source.

【0041】前記レチクルステージRSTは、照明系I
OPの図1における下方に配置されている。このレチク
ルステージRST上には不図示のバキュームチャック等
を介してレチクルRが吸着保持されており、このレチク
ルステージRSTは、不図示の駆動系によってX軸方向
(図1における紙面左右方向)、Y軸方向(図1におけ
る紙面直交方向)及びθz方向(XY面に直交するZ軸
回りの回転方向)に微小駆動可能とされている。これに
より、このレチクルステージRSTは、レチクルRのパ
ターンの中心(レチクルセンタ)が投影光学系PLの光
軸AXpとほぼ一致する状態でレチクルRを位置決め
(レチクルアライメント)できるようになっている。図
1では、このレチクルアライメントが行われた状態が示
されている。
The reticle stage RST includes an illumination system I
It is located below the OP in FIG. A reticle R is attracted and held on the reticle stage RST via a vacuum chuck or the like (not shown). The reticle stage RST is driven by a driving system (not shown) in the X-axis direction (the horizontal direction in FIG. 1) and the Y direction. It can be minutely driven in the axial direction (the direction perpendicular to the plane of FIG. 1) and in the θz direction (the direction of rotation around the Z axis perpendicular to the XY plane). Thus, reticle stage RST can position reticle R (reticle alignment) in a state where the center of the pattern of reticle R (reticle center) substantially matches optical axis AXp of projection optical system PL. FIG. 1 shows a state in which this reticle alignment has been performed.

【0042】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、その光軸AXpの方向が
XY面に直交するZ軸方向となるように配置されてい
る。この投影光学系PLとしては、ここでは両側テレセ
ントリックな縮小系であって、Z軸方向の共通の光軸A
Xを有する複数枚のレンズエレメントから成る屈折光学
系(図示省略)が用いられている。レンズエレメントの
うちの特定の複数枚は、主制御装置28からの指令に基
づいて、図示しない結像特性補正コントローラによって
制御され、投影光学系PLの光学特性、例えば倍率、デ
ィストーション、コマ収差、及び像面湾曲などを調整で
きるようになっている。
The projection optical system PL is arranged below the reticle stage RST in FIG. 1 so that the direction of the optical axis AXp is the Z-axis direction orthogonal to the XY plane. The projection optical system PL is a reduction system that is telecentric on both sides, and has a common optical axis A in the Z-axis direction.
A refractive optical system (not shown) including a plurality of lens elements having X is used. A specific plurality of lens elements are controlled by an imaging characteristic correction controller (not shown) based on a command from the main controller 28, and the optical characteristics of the projection optical system PL, such as magnification, distortion, coma, and The field curvature and the like can be adjusted.

【0043】前記XYステージ20は、実際には不図示
のベース上をY軸方向に移動するYステージと、このY
ステージ上をX軸方向に移動するXステージとで構成さ
れているが、図1ではこれらをXYステージ20として
示している。このXYステージ20上にウエハテーブル
18が搭載され、このウエハテーブル18上に不図示の
ウエハホルダを介してウエハWが真空吸着等によって保
持されている。
The XY stage 20 is actually a Y stage that moves on a base (not shown) in the Y-axis direction.
An X stage is configured to move on the stage in the X-axis direction, and these are shown as XY stages 20 in FIG. A wafer table 18 is mounted on the XY stage 20, and a wafer W is held on the wafer table 18 via a wafer holder (not shown) by vacuum suction or the like.

【0044】前記ウエハテーブル18は、ウエハWを保
持するウエハホルダをZ軸方向及びXY面に対する傾斜
方向に微小駆動するものである。このウエハテーブル1
8の上面には、移動鏡24が設けられており、この移動
鏡24にレーザビームを投射して、その反射光を受光す
ることにより、ウエハテーブル18のXY面内の位置を
計測するレーザ干渉計26が移動鏡24の反射面に対向
して設けられている。なお、実際には、移動鏡はX軸に
直交する反射面を有するX移動鏡と、Y軸に直交する反
射面を有するY移動鏡とが設けられ、これに対応してレ
ーザ干渉計もX方向位置計測用のXレーザ干渉計とY方
向位置計測用のYレーザ干渉計とが設けられているが、
図1ではこれらが代表して移動鏡24、レーザ干渉計2
6として図示されている。なお、Xレーザ干渉計及びY
レーザ干渉計は測長軸を複数有する多軸干渉計であり、
ウエハテーブル18のX、Y位置の他、回転(ヨーイン
グ(Z軸回りの回転であるθz回転)、ピッチング(X
軸回りの回転であるθx回転)、ローリング(Y軸回り
の回転であるθy回転))も計測可能となっている。従
って、以下の説明ではレーザ干渉計26によって、ウエ
ハテーブル18のX、Y、θz、θy、θxの5自由度
方向の位置が計測されるものとする。
The wafer table 18 minutely drives the wafer holder for holding the wafer W in the Z-axis direction and the tilt direction with respect to the XY plane. This wafer table 1
8 is provided with a movable mirror 24, which projects a laser beam on the movable mirror 24 and receives the reflected light, thereby measuring the position of the wafer table 18 in the XY plane. A total 26 is provided to face the reflecting surface of the movable mirror 24. Actually, the moving mirror is provided with an X moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the X axis and a Y moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the Y axis. An X laser interferometer for directional position measurement and a Y laser interferometer for Y direction position measurement are provided,
In FIG. 1, these are representatively the moving mirror 24, the laser interferometer 2
6 is shown. The X laser interferometer and Y laser
A laser interferometer is a multi-axis interferometer having a plurality of measuring axes,
In addition to the X and Y positions of the wafer table 18, rotation (yaw (θz rotation about the Z axis)), pitching (X
Rotation (θx rotation around the axis) and rolling (θy rotation around the Y axis) can also be measured. Therefore, in the following description, it is assumed that the laser interferometer 26 measures the positions of the wafer table 18 in the five degrees of freedom directions of X, Y, θz, θy, and θx.

【0045】レーザ干渉計26の計測値は主制御装置2
8に供給され、主制御装置28はこのレーザ干渉計26
の計測値をモニタしつつ、駆動系22を介してXYステ
ージ20を駆動することにより、ウエハテーブル18が
位置決めされる。
The measurement value of the laser interferometer 26 is stored in the main controller 2
And the main controller 28 controls the laser interferometer 26
By driving the XY stage 20 via the drive system 22 while monitoring the measurement values of the above, the wafer table 18 is positioned.

【0046】ウエハW表面のZ方向位置及び傾斜量は、
例えば特開平6−283403号公報などに開示される
送光系50a及び受光系50bを有する斜入射方式の多
点焦点位置検出系から成るフォーカスセンサAFSによ
って計測されるようになっている。このフォーカスセン
サAFSの計測値も主制御装置28に供給されており、
主制御装置28では、フォーカスセンサAFSの計測値
に基づいて駆動系22を介してウエハテーブル18を微
少駆動して、投影光学系PLの光軸方向に関するウエハ
Wの位置及び傾きを制御するようになっている。
The Z direction position and the tilt amount of the surface of the wafer W are
For example, the measurement is performed by a focus sensor AFS including an oblique incidence type multipoint focal position detection system having a light transmitting system 50a and a light receiving system 50b disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-283403. The measurement value of the focus sensor AFS is also supplied to the main controller 28,
The main controller 28 controls the position and inclination of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system PL by slightly driving the wafer table 18 via the drive system 22 based on the measurement value of the focus sensor AFS. Has become.

【0047】すなわち、このようにしてウエハテーブル
18を介してウエハWがX、Y、Z、θx、θyの5自
由度方向の位置及び姿勢制御がなされるようになってい
る。なお、残りのθz(ヨーイング)の誤差について
は、レーザ干渉計26で計測されたウエハテーブル18
のヨーイング情報に基づいてレチクルステージRSTと
ウエハテーブル18との少なくとも一方を回転させるこ
とによって補正される。
That is, the position and orientation of the wafer W in the directions of five degrees of freedom of X, Y, Z, θx and θy are controlled via the wafer table 18 in this manner. Note that the remaining error of θz (yawing) is calculated based on the wafer table 18 measured by the laser interferometer 26.
Is corrected by rotating at least one of the reticle stage RST and the wafer table 18 based on the yawing information.

【0048】また、ウエハテーブル18上には、その表
面がウエハWの表面と同じ高さになるような基準板FP
が固定されている。この基準板FPの表面には、いわゆ
るベースライン計測等に用いられる基準マークを含む各
種の基準マークが形成されている。
On the wafer table 18, a reference plate FP whose surface is the same as the surface of the wafer W is provided.
Has been fixed. On the surface of the reference plate FP, various reference marks including a reference mark used for so-called baseline measurement or the like are formed.

【0049】更に、本実施形態では、投影光学系PLの
側面に、マーク検出系としてのオフ・アクシス方式のア
ライメント検出系ASが設けられている。このアライメ
ント検出系ASは、FIA(Filed Image Alignment)
系と呼ばれるアライメントセンサを有しており、基準板
FP上の基準マーク及びウエハ上のアライメントマーク
のX、Y2次元方向の位置計測に用いられる。このFI
A系は、ハロゲンランプ等のブロードバンド(広帯域)
光でマークを照明し、このマーク画像を画像処理するこ
とによってマーク位置を計測するセンサである。
Further, in this embodiment, an off-axis type alignment detection system AS as a mark detection system is provided on the side surface of the projection optical system PL. This alignment detection system AS uses FIA (Filed Image Alignment).
It has an alignment sensor called a system, and is used for measuring the positions of the reference mark on the reference plate FP and the alignment mark on the wafer in the X and Y two-dimensional directions. This FI
A system is broadband (broadband) such as halogen lamp
The sensor illuminates the mark with light and processes the mark image to measure the mark position.

【0050】アライメント制御装置16は、アライメン
ト検出系ASからの情報DSをA/D変換し、さらにこ
のデジタル化された信号を演算処理してマーク位置を検
出する。この検出結果は、アライメント制御装置16か
ら主制御装置28に供給されるようになっている。
The alignment control unit 16 A / D converts the information DS from the alignment detection system AS, and further performs arithmetic processing on the digitized signal to detect a mark position. This detection result is supplied from the alignment control device 16 to the main control device 28.

【0051】さらに、本実施形態の露光装置100で
は、図示が省略されているが、レチクルRの上方に、例
えば特開平7−176468号公報等に開示される、投
影光学系PLを介してレチクルR上のレチクルマークま
たはレチクルステージRST上の基準マーク(共に図示
省略)と基準板FP上のマークとを同時に観察するため
の露光波長を用いたTTR(Through The Reticle)ア
ライメント系から成る一対のレチクルアライメント顕微
鏡が設けられている。これらのレチクルアライメント顕
微鏡の検出信号は、アライメント制御装置16を介して
主制御装置28に供給されるようになっている。
Further, in the exposure apparatus 100 of the present embodiment, although not shown, a reticle is provided above the reticle R via a projection optical system PL disclosed in, for example, JP-A-7-176468. A pair of reticles composed of a TTR (Through The Reticle) alignment system using an exposure wavelength for simultaneously observing a reticle mark on R or a reference mark on reticle stage RST (both not shown) and a mark on reference plate FP. An alignment microscope is provided. The detection signals of these reticle alignment microscopes are supplied to the main controller 28 via the alignment controller 16.

【0052】次に、本実施形態において、投影光学系P
Lの光学特性の計測に用いられるレチクルの一例につい
て説明する。
Next, in this embodiment, the projection optical system P
An example of a reticle used for measuring the optical characteristics of L will be described.

【0053】図2には、この光学特性の計測に用いられ
るテストレチクルR(以下「レチクルR」と略述す
る)の一例が示されている。この図2は、レチクルR
を、パターン面側(図1における下面側)から見た平面
図である。このレチクルRは、ほぼ正方形のマスク基
板としてのガラス基板42の中央に、パターン領域PA
が設けられ、そのパターン領域PA内に、後述するよう
な複数のパターンが配置されている。さらに、パターン
領域PAの中心、すなわちレチクルRの中心(レチク
ルセンタ)を通るパターン領域PAのX軸方向の両側に
は、一対のレチクルアライメントマークRM1,RM2
が形成されている。
FIG. 2 shows an example of a test reticle R T (hereinafter abbreviated as “reticle R T ”) used for measuring the optical characteristics. FIG. 2 shows a reticle R T
2 is a plan view seen from the pattern surface side (the lower surface side in FIG. 1). The reticle RT has a pattern area PA at the center of a glass substrate 42 as a substantially square mask substrate.
Are provided, and a plurality of patterns as described later are arranged in the pattern area PA. Further, a pair of reticle alignment marks RM1 and RM2 are provided on both sides in the X-axis direction of the pattern area PA passing through the center of the pattern area PA, that is, the center of the reticle RT (reticle center).
Are formed.

【0054】ここで、本実施形態において、前記レチク
ルRのパターン領域PA内に配置され、投影光学系の
光学特性を計測するための計測用パターンRPAについ
て説明する。
Here, in this embodiment, a description will be given of a measurement pattern RPA arranged in the pattern area PA of the reticle RT for measuring the optical characteristics of the projection optical system.

【0055】計測用パターンRPAは、図3に示される
ように、同一サイズの9個のパターンセルCA1〜CA
9から構成されている。
As shown in FIG. 3, the measurement pattern RPA has nine pattern cells CA 1 to CA 9 of the same size.
9.

【0056】前記パターンセルCA1〜CA9のそれぞ
れは、10本のラインパターンが周期的に配置されてい
るラインアンドスペース(以下、「L/S」と略述す
る)パターンと所定の線幅を有する枠状のフレームパタ
ーンとから構成されている。なお、前記L/Sパターン
は、前記フレームパターン内の所定位置に配置されてい
る。また、前記フレームパターンは、確実にレジスト像
が形成されるために必要な線幅を有している。これは、
後述する画像処理時に、撮像データを抽出するために利
用される一種のマーカの役目を果たすからである。
Each of the pattern cells CA1 to CA9 has a line and space (hereinafter abbreviated as “L / S”) pattern in which ten line patterns are periodically arranged, and a predetermined line width. And a frame-like frame pattern. The L / S pattern is arranged at a predetermined position in the frame pattern. Further, the frame pattern has a line width necessary for reliably forming a resist image. this is,
This is because it serves as a kind of marker used for extracting image data at the time of image processing to be described later.

【0057】前記各パターンセルCA1〜CA9におけ
るL/Sパターンは、ともに同一の周期方向(第1の周
期方向)及び同一の周期(第1の周期)を有し、デュー
ティ比のみが異なっている。なお、本実施形態では、前
記各パターンセルCA1〜CA9におけるL/Sパター
ンの周期方向は、一例として、図3における紙面左右方
向(X軸方向)である。
The L / S patterns in each of the pattern cells CA1 to CA9 have the same cycle direction (first cycle direction) and the same cycle (first cycle), and differ only in the duty ratio. . In the present embodiment, the periodic direction of the L / S pattern in each of the pattern cells CA1 to CA9 is, for example, the horizontal direction (X-axis direction) in FIG.

【0058】なお、L/Sパターンのデューティ比の表
示法にはいくつかあるが、本明細書では、L/Sパター
ンにおけるライン部の幅(L)とスペース部の幅(S)
との比で示すこととする。また、デューティ比が「大き
くなる」とは、周期は変わらずにライン部の幅Lのみが
太くなることを意味し、デューティ比が「小さくなる」
とは、周期は変わらずにライン部の幅Lのみが細くなる
ことを意味する。
Although there are several methods of displaying the duty ratio of the L / S pattern, in this specification, the width (L) of the line portion and the width (S) of the space portion in the L / S pattern are used.
And it is shown by the ratio. Further, the duty ratio being “increased” means that only the width L of the line portion is increased without changing the cycle, and the duty ratio is “decreased”.
Means that only the width L of the line portion becomes narrow without changing the period.

【0059】また、各パターンセルCA1〜CA9は、
図3に示されるように、特定方向である図3における紙
面上下方向(Y軸方向)に沿って一列に等間隔で配置さ
れている。そして、各パターンセルCA1〜CA9にお
けるL/Sパターンは、図3における紙面上側(−Y
側)から紙面下側(+Y側)に向かって、そのデューテ
ィ比が次第に小さくなっている。
Each of the pattern cells CA1 to CA9 has
As shown in FIG. 3, they are arranged in a line at equal intervals along the vertical direction (Y-axis direction) in FIG. 3, which is a specific direction. The L / S pattern in each of the pattern cells CA1 to CA9 corresponds to the upper side (−Y
Side) to the lower side of the drawing (+ Y side), the duty ratio gradually decreases.

【0060】本実施形態では、一例として、パターンセ
ルCA1のデューティ比(第1のデューティ比)は、
L:S=1.4:0.6、パターンセルCA2のデュー
ティ比(第2のデューティ比)は、L:S=1.3:
0.7、パターンセルCA3のデューティ比(第3のデ
ューティ比)は、L:S=1.2:0.8、パターンセ
ルCA4のデューティ比(第4のデューティ比)は、
L:S=1.1:0.9、パターンセルCA5(第5の
デューティ比)のデューティ比は、L:S=1.0:
1.0、パターンセルCA6のデューティ比(第6のデ
ューティ比)は、L:S=0.9:1.1、パターンセ
ルCA7のデューティ比(第7のデューティ比)は、
L:S=0.8:1.2、パターンセルCA8のデュー
ティ比(第8のデューティ比)は、L:S=0.7:
1.3、パターンセルCA9のデューティ比(第9のデ
ューティ比)は、L:S=0.6:1.4、とする。
In the present embodiment, as an example, the duty ratio (first duty ratio) of the pattern cell CA1 is
L: S = 1.4: 0.6, and the duty ratio (second duty ratio) of the pattern cell CA2 is L: S = 1.3:
0.7, the duty ratio (third duty ratio) of the pattern cell CA3 is L: S = 1.2: 0.8, and the duty ratio (fourth duty ratio) of the pattern cell CA4 is
L: S = 1.1: 0.9, and the duty ratio of pattern cell CA5 (fifth duty ratio) is L: S = 1.0:
1.0, the duty ratio (sixth duty ratio) of the pattern cell CA6 is L: S = 0.9: 1.1, and the duty ratio (seventh duty ratio) of the pattern cell CA7 is
L: S = 0.8: 1.2, and the duty ratio (eighth duty ratio) of the pattern cell CA8 is L: S = 0.7:
1.3, the duty ratio (ninth duty ratio) of the pattern cell CA9 is L: S = 0.6: 1.4.

【0061】そして、前記パターンセルCA9の図3に
おける紙面下側(+Y側)には、パターンが存在しない
空白領域としての空白セルCA10が配置されている。
この空白セルCA10は、前記フレームパターンのみで
構成されている。このフレームパターンの目的は、前述
した前記パターンセルCA1〜CA9の場合と同じであ
る。
On the lower side (+ Y side) of the pattern cell CA9 in FIG. 3, a blank cell CA10 as a blank area having no pattern is arranged.
This blank cell CA10 is composed of only the frame pattern. The purpose of this frame pattern is the same as in the case of the aforementioned pattern cells CA1 to CA9.

【0062】なお、以下、前記パターンセルCA1〜C
A9と前記空白セルCA10を区別する必要がない場合
には、適宜、総称して「セル」という。
The pattern cells CA1 to CAC
When it is not necessary to distinguish A9 from the blank cell CA10, they are collectively referred to as "cells" as appropriate.

【0063】また、レチクルRのパターン面上には、
レチクルRのアライメントが行われた状態で、投影光
学系PLの視野内の複数の評価点に対応する位置に前記
計測用パターンRPA及び前記空白セルCA10がそれ
ぞれ配置されている。
On the pattern surface of reticle RT ,
With alignment of reticle RT performed, measurement pattern RPA and blank cell CA10 are arranged at positions corresponding to a plurality of evaluation points in the field of view of projection optical system PL.

【0064】さらに、前記パターン領域PA内の前記計
測用パターンRPA及び前記空白セルCA10が配置さ
れていない領域は遮光用のクロムが蒸着されている。
Further, in the area where the measurement pattern RPA and the blank cell CA10 in the pattern area PA are not arranged, chrome for light shielding is deposited.

【0065】次に、本実施形態の露光装置100により
レチクルパターンをウエハW上に転写して投影光学系P
Lの光学特性を計測するためのレジスト像を形成する動
作の流れについて簡単に説明する。
Next, the reticle pattern is transferred onto the wafer W by the exposure apparatus 100 of this embodiment, and the projection optical system P
An operation flow for forming a resist image for measuring the optical characteristics of L will be briefly described.

【0066】まず、ウエハWが不図示のウエハローダに
よりウエハテーブル18上にロードされるとともに、レ
チクルRが不図示のレチクルローダによりレチクルス
テージRST上にロードされる。
First, wafer W is loaded on wafer table 18 by a wafer loader (not shown), and reticle RT is loaded on reticle stage RST by a reticle loader (not shown).

【0067】主制御装置28は、ウエハテーブル18上
に設けられた基準板FPの表面に形成されている一対の
基準マーク(不図示)の中点が投影光学系PLの光軸と
ほぼ一致するように、基準板FPを移動する。この移動
は、主制御装置28によりレーザ干渉計26の計測結果
をモニタしつつ駆動系22を介してXYステージ20を
移動することにより行われる。次に、主制御装置28
は、レチクルRの中心(レチクルセンタ)が投影光学
系PLの光軸とほぼ一致するように、レチクルステージ
RSTの位置を調整する。このとき、例えば、前述のレ
チクルアライメント顕微鏡(不図示)により投影光学系
PLを介してレチクルアライメントマークRM1,RM
2と対応する前記基準マークとの相対位置が検出され
る。
Main controller 28 determines that the midpoint of a pair of reference marks (not shown) formed on the surface of reference plate FP provided on wafer table 18 substantially coincides with the optical axis of projection optical system PL. Thus, the reference plate FP is moved. This movement is performed by moving the XY stage 20 via the drive system 22 while monitoring the measurement result of the laser interferometer 26 by the main controller 28. Next, the main controller 28
Adjusts the position of reticle stage RST such that the center (reticle center) of reticle RT substantially matches the optical axis of projection optical system PL. At this time, for example, reticle alignment marks RM1 and RM via projection optical system PL by a reticle alignment microscope (not shown) described above.
The relative position between the reference mark 2 and the corresponding reference mark is detected.

【0068】そして、主制御装置28は、レチクルアラ
イメント顕微鏡によって検出された相対位置の検出結果
に基づいてレチクルアライメントマークRM1,RM2
と対応する前記基準マークとの相対位置誤差がともに最
小となるように不図示の駆動系を介してレチクルステー
ジRSTのXY面内の位置を調整する。これにより、レ
チクルRの中心(レチクルセンタ)が投影光学系PL
の光軸と正確にほぼ一致するとともにレチクルRの回
転角もレーザ干渉計26の測長軸で規定される直交座標
系の座標軸に正確に一致する。すなわち、レチクルアラ
イメントが完了する。
Then, main controller 28 controls reticle alignment marks RM1 and RM2 based on the result of detection of the relative position detected by the reticle alignment microscope.
The position of the reticle stage RST in the XY plane is adjusted via a drive system (not shown) so that the relative position error between the reticle stage and the corresponding reference mark is minimized. As a result, the center (reticle center) of reticle RT is aligned with projection optical system PL.
And the rotation angle of the reticle RT also exactly matches the coordinate axis of the rectangular coordinate system defined by the length measurement axis of the laser interferometer 26. That is, the reticle alignment is completed.

【0069】次いで、主制御装置28は、照明系IOP
内の不図示のレチクルブラインドの開口の大きさ及び位
置を調整して、照明光ILの照射領域がレチクルR
パターン領域に一致するように、照明系IOP内の不図
示のレチクルブラインドの開口の大きさ及び位置を調整
する。これと同時に、主制御装置28は、レーザ干渉計
26の計測結果をモニタしつつ駆動系22を介してXY
ステージ20を移動する。これにより、ウエハWは、ウ
エハW上の第1番目の露光を予定している仮想の区画領
域(以下、「ショット領域」と呼ぶ)にレチクルR
パターンの像が転写されるように投影光学系PLの下方
の所定位置に移動される。
Next, main controller 28 controls illumination system IOP.
The size and the position of the opening of the reticle blind (not shown) are adjusted so that the irradiation area of the illumination light IL matches the pattern area of the reticle RT , and the opening of the reticle blind (not shown) in the illumination system IOP. Adjust the size and position of. At the same time, the main controller 28 monitors the measurement result of the laser interferometer 26 and
The stage 20 is moved. As a result, the wafer W is projected so that the image of the pattern of the reticle RT is transferred to a virtual partitioned area (hereinafter, referred to as a “shot area”) on which the first exposure is to be performed. It is moved to a predetermined position below the optical system PL.

【0070】さらに、主制御装置28は、投影光学系の
光軸方向に関するウエハWの位置がZになるように、
フォーカスセンサAFSからの計測値をモニタしながら
ウエハテーブル18をZ軸方向及び傾斜方向に微少駆動
する。なお、本実施形態では、一例として、投影光学系
の光軸方向に関するウエハWの位置をZからΔZ刻み
でZ11(=Z+10×ΔZ)まで変化させることと
する。
[0070] Further, the main controller 28, so that the position of the wafer W about the optical axis of the projection optical system is Z 1,
While monitoring the measurement value from the focus sensor AFS, the wafer table 18 is minutely driven in the Z-axis direction and the tilt direction. In this embodiment, as an example, and changing the position of the wafer W about the optical axis of the projection optical system from Z 1 to Z 11 (= Z 1 + 10 × ΔZ) in [Delta] Z increments.

【0071】この状態で露光を行い、ウエハW上のフォ
トレジスト層にレチクルRのパターンを投影光学系P
Lを介して転写する。これにより、第1番目のショット
領域内の複数点にそれぞれ計測用パターンRPA及び空
白セルCA10の像が転写される。なお、この複数点
は、投影光学系PLの視野内でその光学特性(本実施形
態では最良フォーカス位置)を検出すべき複数の評価点
に対応しており、以下「評価対応点」と呼ぶ。
Exposure is performed in this state, and the pattern of the reticle RT is projected onto the photoresist layer on the wafer W by the projection optical system P.
Transfer via L. Thereby, the image of the measurement pattern RPA and the image of the blank cell CA10 are respectively transferred to a plurality of points in the first shot area. The plurality of points correspond to a plurality of evaluation points whose optical characteristics (in this embodiment, the best focus position) are to be detected in the field of view of the projection optical system PL, and are hereinafter referred to as “evaluation corresponding points”.

【0072】次いで、主制御装置28は、前記フレーム
パターンの一辺の長さと投影光学系の投影倍率から概算
される前記フレームパターンの像の一辺の長さをD(図
4参照)とすると、Dよりも幾分大きい所定ピッチΔX
だけ、XYステージ20を前述と同様にして、−X方向
に移動する。これにより、ウエハW上の第1番目のショ
ット領域は−X方向にΔXだけ移動する。すなわち、第
1番目のショット領域から+X方向にΔXだけ離れた領
域が次のショット領域(第2番目のショット領域)とな
る。さらに、主制御装置28は、投影光学系の光軸方向
に関するウエハWの位置がZ(=Z+ΔZ)になる
ように、フォーカスセンサAFSの計測値をモニタしな
がらウエハテーブル18のZ方向位置を所定ピッチΔZ
だけ+Z方向に移動する。すなわち、投影光学系の光軸
方向に関するウエハWの位置を変化させる。そして、こ
の状態で露光を行い、レチクルRのパターンを投影光
学系PLを介してウエハW上に転写する。
Next, the main controller 28 sets D (see FIG. 4) to the length of one side of the image of the frame pattern, which is estimated from the length of one side of the frame pattern and the projection magnification of the projection optical system. Predetermined pitch ΔX somewhat larger than
Only, the XY stage 20 is moved in the −X direction in the same manner as described above. Thus, the first shot area on the wafer W moves by ΔX in the −X direction. That is, a region apart from the first shot region by ΔX in the + X direction becomes a next shot region (second shot region). Further, main controller 28 monitors the measurement value of focus sensor AFS in the Z direction of wafer table 18 so that the position of wafer W in the optical axis direction of the projection optical system becomes Z 2 (= Z 1 + ΔZ). Set the position to a predetermined pitch ΔZ
Only in the + Z direction. That is, the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system is changed. Then, exposure is performed in this state, and the pattern of the reticle RT is transferred onto the wafer W via the projection optical system PL.

【0073】以下、同様にして、投影光学系の光軸方向
に関するウエハWの位置がZ11(=Z+10×Δ
Z)になるまで、上記処理を繰り返す。すなわち、ウエ
ハW上の11のショット領域にステップ・アンド・リピ
ート方式で同一パターンの露光を繰り返す。これによ
り、各ショット領域内の評価対応点毎に計測用パターン
RPAと空白セルCA10の像が転写される。
Hereinafter, similarly, the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system is changed to Z 11 (= Z 1 + 10 × Δ).
The above processing is repeated until Z). That is, the exposure of the same pattern is repeated on the eleven shot areas on the wafer W by the step-and-repeat method. As a result, the image of the measurement pattern RPA and the image of the blank cell CA10 are transferred for each evaluation corresponding point in each shot area.

【0074】そして、投影光学系の光軸方向に関するウ
エハWの位置がZ11での露光が終了すると、ウエハW
は、主制御装置28の指示により、不図示のウエハアン
ローダによって、ウエハテーブル18上からアンロード
された後、不図示のウエハ搬送系により露光装置100
にインラインにて接続されている不図示のコータ・デベ
ロッパに搬送される。
[0074] When the position of the wafer W about the optical axis of the projection optical system exposure at Z 11 is completed, the wafer W
Is unloaded from above the wafer table 18 by a wafer unloader (not shown) according to an instruction from the main controller 28, and then exposed by the wafer transfer system (not shown).
Is transported to a coater / developer (not shown) connected inline with the printer.

【0075】ウエハWは、このコータ・デベロッパ内で
現像される。この現像の終了により、ウエハW上には、
レジスト像が形成される。ここで、投影光学系PLの視
野内の1つの評価点に着目すると、一例として図4に示
されるように、転写時における投影光学系の光軸方向に
関するウエハWの位置がそれぞれ異なる計測用パターン
RPAと空白セルCA10とから成る11個のレジスト
像RWA1〜RWA11が形成されている。ここで、前
記各レジスト像RWA1〜RWA11は、それぞれ転写
時における投影光学系の光軸方向に関するウエハWの位
置がZ〜Z の場合に対応している。また、前記各
レジスト像RWA1〜RWA11は、それぞれ10個の
セル(9個のパターンセルと1個の空白セル)のレジス
ト像を有しているので、ウエハW上には、投影光学系P
Lの視野内の1つの評価点に対応して、合計110個
(=10×11)のセルのレジスト像が存在することに
なる。この110個のセルのレジスト像が存在する領域
を以下、「評価点対応領域」と呼ぶ。すなわち、投影光
学系PLの視野内の評価点の数と同一の数だけ評価点対
応領域が存在する。
The wafer W is developed in the coater / developer. Upon completion of the development, the wafer W
A resist image is formed. Here, focusing on one evaluation point in the field of view of the projection optical system PL, as shown in FIG. 4 as an example, measurement patterns having different positions of the wafer W with respect to the optical axis direction of the projection optical system at the time of transfer. Eleven resist images RWA1 to RWA11 each including an RPA and a blank cell CA10 are formed. Here, each of the resist image RWA1~RWA11, the position of the wafer W about the optical axis of the projection optical system during each transfer corresponds to the case of Z 1 ~Z 1 1. Each of the resist images RWA1 to RWA11 has a resist image of 10 cells (9 pattern cells and 1 blank cell), so that the projection optical system P
There are a total of 110 (= 10 × 11) cells of resist images corresponding to one evaluation point in the L visual field. The area where the resist images of the 110 cells are present is hereinafter referred to as “evaluation point corresponding area”. That is, there are as many evaluation point corresponding areas as the number of evaluation points in the field of view of the projection optical system PL.

【0076】次に、このようにしてウエハW上に形成さ
れた各パターンセルのレジスト像において、L/Sパタ
ーンの像の形成状態の検出が行われる。L/Sパターン
の像の形成状態としては、種々のものが考えられるが、
本実施形態では、L/Sパターンの像の形成状態の一つ
として、ウエハW上にL/Sパターンのレジスト像が形
成されているか否かに着目する。また、L/Sパターン
のレジスト像が形成されているか否かの検出には、種々
の手法が考えられるが、本実施形態では、一例として、
所定のテンプレートパターンデータとのパターンマッチ
ングを利用した画像処理の手法を用いることとする。そ
こで、先ず、その画像処理に用いられる装置について説
明する。
Next, in the resist image of each pattern cell thus formed on the wafer W, the state of formation of the image of the L / S pattern is detected. There are various possible states of forming an image of the L / S pattern.
In the present embodiment, attention is paid to whether or not a resist image of the L / S pattern is formed on the wafer W as one of the formation states of the image of the L / S pattern. Various methods are conceivable for detecting whether or not the resist image of the L / S pattern is formed. In the present embodiment, as an example,
It is assumed that an image processing method using pattern matching with predetermined template pattern data is used. Therefore, first, an apparatus used for the image processing will be described.

【0077】本実施形態では、図5に示されるように、
走査型電子顕微鏡500と画像処理装置550を用いて
レジスト像の画像処理を行う。この走査型電子顕微鏡5
00は、レジスト像を拡大する顕微鏡本体501と、こ
の顕微鏡本体501で拡大されたレジスト像を撮像して
デジタルデータ(撮像データ)を出力するCCD撮像装
置505とを備えている。
In the present embodiment, as shown in FIG.
Image processing of the resist image is performed using the scanning electron microscope 500 and the image processing device 550. This scanning electron microscope 5
Reference numeral 00 includes a microscope main body 501 for enlarging a resist image, and a CCD imaging device 505 for imaging the resist image enlarged by the microscope main body 501 and outputting digital data (imaging data).

【0078】一方、前記画像処理装置550は、ケーブ
ル520を介して前記CCD撮像装置505から供給さ
れる撮像データに基づいて所定の画像処理を行う処理部
551と、画像処理結果等を表示する表示部552と、
オペレータがコマンド等を入力するための入力部553
と、画像処理結果等を印字するための印字部554と、
撮像データ等を保存する記憶部555とから構成されて
いる。
On the other hand, the image processing device 550 includes a processing unit 551 for performing predetermined image processing based on image data supplied from the CCD image capturing device 505 via the cable 520, and a display for displaying image processing results and the like. Part 552,
An input unit 553 for the operator to input commands and the like
A printing unit 554 for printing an image processing result or the like;
And a storage unit 555 for storing imaging data and the like.

【0079】また、前記CCD撮像装置505は、図示
しない受光面上に形成される前記顕微鏡本体501で拡
大されたレジスト像の情報をマトリックス状に区分され
た領域である画素(以下「CCD画素」という)単位に
分割して出力する。ここでは、前記CCD撮像装置50
5は、モノクロ対応であり、各CCD画素毎にその位置
における像の情報(濃淡)を8ビットデータ(0〜25
5)、すなわち、256階調で出力する。但し、0は白
色、255は黒色を意味している。
Further, the CCD image pickup device 505 is a pixel (hereinafter referred to as a “CCD pixel”) which is an area in which information of a resist image enlarged by the microscope main body 501 formed on a light receiving surface (not shown) is divided in a matrix. Output). Here, the CCD image pickup device 50
Reference numeral 5 denotes monochrome correspondence, in which image information (shading) at the position of each CCD pixel is represented by 8-bit data (0 to 25).
5) That is, output is performed in 256 gradations. However, 0 means white and 255 means black.

【0080】次に、前記走査型電子顕微鏡500と前記
画像処理装置550を用いてレジスト像の画像処理を行
う方法について説明する。
Next, a method for performing image processing of a resist image using the scanning electron microscope 500 and the image processing device 550 will be described.

【0081】先ず、オペレータがウエハW(又はウエハ
Wの一部分)を顕微鏡本体501の所定位置に保持した
後、顕微鏡本体501の図示しないスクリーン上に、所
定の倍率で拡大されたレジスト像(以下「拡大レジスト
像」という)が表示されると、この拡大レジスト像の情
報はCCD撮像装置505にてCCD画素毎に8ビット
のデジタルデータに変換される。そして、このデジタル
データは、撮像データとしてケーブル520を介して画
像処理装置550に供給される。画像処理装置550の
処理部551は、前記撮像データに基づいて拡大レジス
ト像に対応する画像を表示部552に表示する。すなわ
ち、表示部552には、顕微鏡本体501の図示しない
スクリーン上に表示される拡大レジスト像とほぼ同等の
画像が表示される。
First, after the operator holds the wafer W (or a part of the wafer W) at a predetermined position on the microscope main body 501, a resist image (hereinafter, referred to as "a") is enlarged on a screen (not shown) of the microscope main body 501 at a predetermined magnification. When the enlarged resist image is displayed, the information of the enlarged resist image is converted into 8-bit digital data for each CCD pixel by the CCD image pickup device 505. Then, the digital data is supplied to the image processing device 550 via the cable 520 as imaging data. The processing unit 551 of the image processing device 550 displays an image corresponding to the enlarged registration image on the display unit 552 based on the image data. That is, the display unit 552 displays an image substantially equivalent to the enlarged resist image displayed on a screen (not shown) of the microscope main body 501.

【0082】そして、オペレータは、表示部552に表
示されている画像を参照しながら、画像処理の対象とな
る所定の評価点対応領域の前記レジスト像RWA1〜R
WA11の拡大レジスト像に対応する画像(以下「表示
レジスト像」という)が表示部552に表示されるよう
に、顕微鏡本体501を調整する。
Then, the operator refers to the image displayed on the display section 552 and refers to the registration images RWA1 to RWA1 in the predetermined evaluation point corresponding area to be subjected to the image processing.
The microscope main body 501 is adjusted so that an image corresponding to the enlarged resist image of the WA 11 (hereinafter, referred to as a “display resist image”) is displayed on the display unit 552.

【0083】続いて、オペレータが、入力部553を介
して画像処理の実行を指示すると、処理部551は、C
CD撮像装置505からの撮像データを記憶部555に
保存する。
Subsequently, when the operator instructs execution of image processing via the input unit 553, the processing unit 551
The imaging data from the CD imaging device 505 is stored in the storage unit 555.

【0084】ここで、セル単位で表示レジスト像を区別
するため、配列DAi,j(i=1〜11、j=1〜1
0)という表記を用いることとする。本実施形態では、
図6に示されるように、添え字iは、投影光学系の光軸
方向に関するウエハWの位置を示している。すなわち、
DA1,j〜DA11,j(j=1〜10)は、投影光学
系の光軸方向に関するウエハWの位置がそれぞれZ
11の場合に転写された表示レジスト像を示してい
る。また、添え字jは、j=1〜9の場合はパターンセ
ルにおけるL/Sパターンのデューティ比の違いを示し
ている。すなわち、DAi,1〜DAi,9(i=1〜
11)は、それぞれパターンセルCA1〜CA9の表示
レジスト像を示している。例えば、DA5,9は、投影
光学系の光軸方向に関するウエハWの位置がZの場合
に転写された前記パターンセルCA9の表示レジスト像
を意味する。従って、図6における紙面右方向(i値の
増加方向)は、転写時の投影光学系の光軸方向に関する
ウエハWの位置Zの値が次第に増加する方向であり、紙
面下方向(j値の増加方向)は、パターンセルのL/S
パターンにおけるラインパターンの線幅が次第に細くな
る(デューティ比が小さくなる)方向である。なお、j
=10の場合は、空白セルCA10の表示レジスト像を
意味する。また、以下の説明において使用されるi及び
jは、上述と同じ意味を有するものとする。
Here, in order to distinguish display resist images on a cell-by-cell basis, arrays DA i, j (i = 1 to 11, j = 1 to 1)
0) will be used. In this embodiment,
As shown in FIG. 6, the subscript i indicates the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system. That is,
DA 1, j to DA 11, j (j = 1 to 10) indicate that the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system is Z 1 to Z 1, respectively.
Shows a display resist image transferred in the case of Z 11. The subscript j indicates a difference in the duty ratio of the L / S pattern in the pattern cell when j = 1 to 9. That is, DA i, 1 to DA i, 9 (i = 1 to
11) shows display resist images of the pattern cells CA1 to CA9, respectively. For example, DA 5,9, the position of the wafer W about the optical axis of the projection optical system means displaying resist image of the pattern cell CA9 transcribed in the case of Z 5. Therefore, the rightward direction of the paper (i-value increasing direction) in FIG. 6 is a direction in which the value of the position Z of the wafer W with respect to the optical axis direction of the projection optical system during transfer gradually increases, and the downward direction of the paper (the j-value L / S of the pattern cell)
This is a direction in which the line width of the line pattern in the pattern gradually becomes smaller (the duty ratio becomes smaller). Note that j
In the case of = 10, it means a display resist image of the blank cell CA10. Also, i and j used in the following description have the same meaning as described above.

【0085】また、本実施形態では、一例として、図7
に示されるように、各表示レジスト像DAi,j内を2
3×23のマトリックス状の微小領域に分割し、各微小
領域を対象画素GAm,n(m=1〜23、n=1〜2
3)とする。例えば対象画素GA12,22は、図7に
おける紙面左下の対象画素GA1,1に対して、紙面右
方向に21画素分、紙面上方向に11画素分離れた位置
の画素を意味している。そして、この対象画素は、前記
CCD撮像装置505におけるCCD画素と1対1で対
応しており、各対象画素GAm,n毎に8ビットの撮像
データ(以下「画素データ」という)を有している。す
なわち、1つのセルに対応する表示レジスト像は、52
9(=23×23)個の8ビットデータを有している。
In this embodiment, as an example, FIG.
As shown in FIG. 2, each display resist image DA i, j
It is divided into a 3 × 23 matrix of minute regions, and each minute region is divided into target pixels GA m, n (m = 1 to 23, n = 1 to 2).
3). For example, the target pixels GA 12 and 22 mean pixels at positions separated from the target pixel GA 1,1 at the lower left of the paper in FIG. 7 by 21 pixels in the right direction on the paper and 11 pixels upward in the paper. . The target pixels correspond one-to-one with the CCD pixels in the CCD image pickup device 505, and each target pixel GA m, n has 8-bit image data (hereinafter referred to as “pixel data”). ing. That is, the display resist image corresponding to one cell is 52
It has 9 (= 23 × 23) 8-bit data.

【0086】次に、処理部551は、記憶部555に保
存されている撮像データから、110個のフレームパタ
ーンを検索し、各フレームパターン内の撮像データを抽
出する。そして、処理部551は、抽出した撮像データ
を各表示レジスト像DAi, (i=1〜11、j=1
〜10)毎に整理し、撮像データファイルとして記憶部
555に保存する。
Next, the processing section 551 searches the image data stored in the storage section 555 for 110 frame patterns, and extracts the image data in each frame pattern. Then, the processing unit 551 converts the extracted imaging data into each of the display resist images DA i, j (i = 1 to 11, j = 1).
10) to 10), and saves them in the storage unit 555 as imaging data files.

【0087】さらに、処理部551は、次のようなテン
プレートとのパターンマッチングにより、パターンセル
の表示レジスト像DAi,j(i=1〜11、j=1〜
9)における各対象画素の画素データを二値化処理す
る。本実施形態では、処理対象のパターンセルと同時に
転写された空白セルの表示レジスト像の撮像データをテ
ンプレートパターンデータとする。
Further, the processing section 551 performs pattern matching with the following template to thereby display resist images DA i, j (i = 1 to 11, j = 1 to 1) of the pattern cells.
The pixel data of each target pixel in 9) is binarized. In this embodiment, imaging data of a display resist image of a blank cell transferred simultaneously with a pattern cell to be processed is used as template pattern data.

【0088】先ず、処理部551は、投影光学系の光軸
方向に関するウエハWの位置がZの場合に転写された
パターンセルCA1の表示レジスト像DA1,1及びテ
ンプレートパターンデータとしての空白セルCA10の
表示レジスト像DA1,10における各対象画素GA
m,nの画素データを記憶部555に保存されている前
記撮像データファイルから抽出する。
[0088] First, the processing unit 551, a blank cell as a display resist image DA 1, 1 and the template pattern data pattern cells CA1 transfer when the position of the wafer W about the optical axis of the projection optical system of Z 1 Each target pixel GA in the display resist image DA 1, 10 of CA10
The pixel data of m and n is extracted from the image data file stored in the storage unit 555.

【0089】そして、処理部551は、対象画素GA
m,n毎に、表示レジスト像DA1, の画素データと
それに対応するDA1,10の画素データとの差分を演
算し、その演算結果を相関係数Cm,n(m=1〜2
3、n=1〜23)とする。例えば、表示レジスト像D
1,10の対象画素GA1,1の画素データが45、そ
れに対応する表示レジスト像DA1,1の対象画素GA
1,1の画素データが60であれば、その相関係数C
1,1は15となる。すなわち、相関係数Cm,nは0〜
255までの値を持ち、0に近いほどマッチング度が高
いことを意味している。
Then, the processing section 551 outputs the target pixel GA
m, each n, display resist image DA 1, 1 a calculates the difference between the pixel data and the pixel data DA 1, 10 corresponding thereto, the correlation coefficient of the operation result C m, n (m = 1~ 2
3, n = 1 to 23). For example, the display resist image D
The pixel data of the target pixel GA 1,1 of A 1,10 is 45, and the target pixel GA of the corresponding display resist image DA 1,1 is 45.
If the pixel data of 1,1 is 60, the correlation coefficient C
1,1 becomes 15. That is, the correlation coefficient C m, n is 0 to
It has a value up to 255, and the closer to 0, the higher the matching degree.

【0090】次いで、処理部551は、前記各相関係数
m,nと所定の基準値(例えば200)とを比較し
て、表示レジスト像DA1,1の各対象画素GAm,n
おける画素データを0,1に二値化する。すなわち、例
えば、前記所定の基準値が200の場合には、相関係数
m,nが200より大きい場合を「0」、相関係数C
m,nが200未満の場合を「1」とする。なお、前記
所定の基準値は、0〜255の範囲内で任意に設定する
ことができる。図8には、表示レジスト像DA ,1
おける二値化処理後の各対象画素GAm,nにおける画
素データの一例が示されている。
Next, the processing unit 551 calculates the correlation coefficient
Cm, nAnd a predetermined reference value (for example, 200)
And display resist image DA1,1Each target pixel GAm, nTo
The pixel data in this is binarized into 0 and 1. That is, an example
For example, when the predetermined reference value is 200, the correlation coefficient
Cm, nIs greater than 200, "0", the correlation coefficient C
m, nIs less than 200 is defined as “1”. The above
The predetermined reference value is arbitrarily set within a range of 0 to 255.
be able to. FIG. 8 shows a display resist image DA.1 , 1To
Target pixel GA after binarization processingm, nPainting in
An example of raw data is shown.

【0091】処理部551は、上述した表示レジスト像
DA1,1の場合と同様に、他の表示レジスト像DA
1,j(j=2〜9)及びDAi,j(i=2〜11、j
=1〜9)についても、各対象画素GAm,nにおける
画素データの二値化処理を行う。このようにして求めら
れた二値化データは、二値化ファイルとして記憶部55
5に保存される。
The processing section 551, like the display resist images DA 1 , 1 described above, processes other display resist images DA.
1, j (j = 2-9) and DA i, j (i = 2-11, j
= 1 to 9), binarization processing of pixel data at each target pixel GA m, n is performed. The binarized data thus obtained is stored in the storage unit 55 as a binarized file.
5 is stored.

【0092】続いて、処理部551は、次のようにし
て、各表示レジスト像DAi,j(i=1〜11、j=
1〜9)にL/Sパターンの像が存在するか否かを検出
する。なお、検出に際して用いられる複数の閾値は、予
め画像処理装置550に登録されているものとする。
Subsequently, the processing section 551 makes each display resist image DA i, j (i = 1 to 11, j =
It is detected whether or not an image of the L / S pattern exists in 1) to 9). It is assumed that a plurality of thresholds used for detection are registered in the image processing device 550 in advance.

【0093】先ず、処理部551は、記憶部555に保
存されている前記二値化ファイルを参照し、表示レジス
ト像DAi,j(i=1〜11j=1〜9)毎に、二値
化後の画素データ中に「0」が何個あるかを計数する。
そして、処理部551は、「0」の個数が第1の閾値S
V1以上であれば、L/Sパターンの像が存在すると判
定し、検出結果として判定値を「0」とする。一方、
「0」の個数が第1の閾値SV1未満であれば、処理部
551は、L/Sパターンの像が存在しないと判定し、
検出結果として判定値を「1」とする。本実施形態で
は、一例として、図9に示されるような検出結果が得ら
れる。
First, the processing unit 551 refers to the binarized file stored in the storage unit 555, and generates a binary image for each display resist image DA i, j (i = 1 to 11j = 1 to 9). The number of “0” in the pixel data after the conversion is counted.
Then, the processing unit 551 determines that the number of “0” is the first threshold S
If V1 or more, it is determined that an image of the L / S pattern exists, and the determination value is set to “0” as a detection result. on the other hand,
If the number of “0” is less than the first threshold value SV1, the processing unit 551 determines that the image of the L / S pattern does not exist,
The determination value is set to “1” as the detection result. In the present embodiment, as an example, a detection result as shown in FIG. 9 is obtained.

【0094】次に、処理部551は、これらの検出結果
に基づいて、計測用パターンにおけるL/Sパターンの
デューティ比毎に、判定値が「0」である投影光学系の
光軸方向に関するウエハWの位置の範囲を求め、その中
央値M(j=1〜9)を算出する。具体的には、例え
ば、図9に示されるように、j=1(第1のデューティ
比)の場合は、i=1〜11の範囲で判定値が「0」で
あるので、その中央値Mは6となる。同様にして、j
=2(第2のデューティ比)の場合の中央値M は6、
j=3(第3のデューティ比)の場合の中央値M
5、j=4(第4のデューティ比)の場合の中央値M
は5.5、j=5(第5のデューティ比)の場合の中央
値Mは5、j=6(第6のデューティ比)の場合の中
央値Mは5.5、j=7(第7のデューティ比)の場
合の中央値Mは5.5、j=8(第8のデューティ
比)の場合の中央値Mは5、j=9(第9のデューテ
ィ比)の場合の中央値Mは5となる。なお、本実施形
態では、投影光学系の光軸方向に関するウエハWの位置
は、一定のピッチΔZで変化しているので、便宜上iの
値を用いて中央値の演算を行っているが、もしピッチが
一定でなければ、投影光学系の光軸方向に関するウエハ
Wの位置の値そのものを用いる必要がある。
Next, the processing unit 551 checks the detection results.
Of the L / S pattern in the measurement pattern based on
For each duty ratio, the projection optical system whose judgment value is “0”
The position range of the wafer W in the optical axis direction is obtained, and
Median Mj(J = 1 to 9) is calculated. Specifically, for example
For example, as shown in FIG. 9, j = 1 (first duty
Ratio), the judgment value is “0” in the range of i = 1 to 11.
So that its median M1Becomes 6. Similarly, j
= 2 (second duty ratio) 2Is 6,
Median value M when j = 3 (third duty ratio)3Is
5, median value M when j = 4 (fourth duty ratio)4
Is the center when 5.5 and j = 5 (fifth duty ratio)
Value M5Is in the case of 5, j = 6 (sixth duty ratio)
Median M6Is 5.5, j = 7 (seventh duty ratio)
Median value M7Is 5.5, j = 8 (the eighth duty
Median M for ratio)8Is 5, j = 9 (the ninth Deute
Median M in the case of9Becomes 5. Note that this embodiment
In the state, the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system
Is changing at a constant pitch ΔZ.
The median value is calculated using the values, but if the pitch is
If not constant, the wafer in the optical axis direction of the projection optical system
It is necessary to use the value of the position of W itself.

【0095】さらに、処理部551は、前記各中央値M
〜Mの平均値を算出し、該平均値を第1の閾値SV
1でのサブ最良フォーカス位置とする。なお、本実施形
態では、一例として、第1の閾値SV1でのサブ最良フ
ォーカス位置は5.4(=Z とZの中間位置よりや
やZ寄り)となる。
Further, the processing unit 551 calculates the median M
1~ M9Of the first threshold SV
The sub best focus position at 1. Note that this embodiment
In the embodiment, as an example, the sub-best file at the first threshold value SV1 is set.
The focus position is 5.4 (= Z 5And Z6More than the middle position of
And Z5).

【0096】次に、処理部551は、前記第1の閾値を
第2の閾値SV2(>SV1)に変更し、上述と同様
に、すべてのパターンセルの表示レジスト像DA
i,j(i=1〜11、j=1〜9)についてL/Sパタ
ーンの像の有無を検出する。本実施形態では、一例とし
て、図10に示されるような検出結果が得られる。
Next, the processing section 551 changes the first threshold value to the second threshold value SV2 (> SV1), and, similarly to the above, displays the display resist images DA of all pattern cells.
For i, j (i = 1 to 11, j = 1 to 9), the presence or absence of the image of the L / S pattern is detected. In the present embodiment, as an example, a detection result as shown in FIG. 10 is obtained.

【0097】そして、処理部551は、これらの検出結
果に基づいて、計測用パターンにおけるL/Sパターン
のデューティ比毎に、判定値が「0」である投影光学系
の光軸方向に関するウエハWの位置の範囲を求め、その
中央値M(j=1〜9)を算出する。例えば、図10
に示されるように、j=1の場合は、i=2〜11の範
囲で判定値が「0」であるので、中央値Mは6.5と
なる。同様にして、j=2の場合の中央値Mは6.
5、j=3の場合の中央値Mは6、j=4の場合の中
央値Mは6、j=5の場合の中央値Mは5.5、j
=6の場合の中央値Mは5.5、j=7の場合の中央
値Mは5.5となる。j=8,9の場合は、i=1〜
11の範囲では、すべての判定値が「1」であるため中
央値は無しとする。
Then, based on these detection results, the processing unit 551 determines, for each duty ratio of the L / S pattern in the measurement pattern, the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system whose judgment value is “0”. Is obtained, and the median value Mj (j = 1 to 9) is calculated. For example, FIG.
As shown in the case of j = 1, since the determination value in the range of i = 2 to 11 is "0", the median M 1 becomes 6.5. Similarly, the median M2 when j = 2 is 6.
5, j = median M 3 in the case of 3 6, j = 4 is the median M 4 in the case of 6, j = 5 median M 5 5.5 in the case of, j
The median M6 in the case of = 6 is 5.5, and the median M7 in the case of j = 7 is 5.5. When j = 8,9, i = 1 to
In the range of 11, all the judgment values are “1”, so there is no median.

【0098】そして、処理部551は、前記各中央値M
〜Mの平均値を算出し、該平均値を第2の閾値SV
2でのサブ最良フォーカス位置とする。なお、本実施形
態では、一例として、第2の閾値SV2でのサブ最良フ
ォーカス位置は5.9(=Z のややZ寄り)とな
る。
Then, the processing unit 551 calculates the median M
1~ M7Of the second threshold SV
The sub best focus position at 2 is set. Note that this embodiment
In the embodiment, as an example, the sub-best file at the second threshold value SV2 is set.
The focus position is 5.9 (= Z 6Somewhat Z5Leaning)
You.

【0099】さらに、処理部551は、前記第2の閾値
を第3の閾値SV3(>SV2)に変更し、上述と同様
に、すべてのパターンセルの表示レジスト像DA
i,j(i=1〜11、j=1〜9)についてL/Sパタ
ーンの像の有無を検出する。本実施形態では、一例とし
て、図11に示されるような検出結果が得られる。
Further, the processing section 551 changes the second threshold value to the third threshold value SV3 (> SV2), and similarly to the above, the display resist images DA of all the pattern cells.
For i, j (i = 1 to 11, j = 1 to 9), the presence or absence of the image of the L / S pattern is detected. In the present embodiment, as an example, a detection result as shown in FIG. 11 is obtained.

【0100】そして、処理部551は、これらの検出結
果に基づいて、計測用パターンにおけるL/Sパターン
のデューティ比毎に、判定値が「0」である投影光学系
の光軸方向に関するウエハWの位置の範囲を求め、その
中央値M(j=1〜9)を算出する。例えば、図11
に示されるように、j=1の場合は、i=2〜9の範囲
で判定値が「0」であるので、中央値Mは5.5とな
る。同様にして、j=2の場合の中央値Mは6、j=
3の場合の中央値Mは5、j=4の場合の中央値M
は5.5、j=5の場合の中央値Mは5となる。な
お、j=6〜9の場合は、i=1〜11の範囲では、す
べての判定値が「1」であるため中央値は無しとする。
Then, based on these detection results, the processing unit 551 determines, for each duty ratio of the L / S pattern in the measurement pattern, the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system whose judgment value is “0”. Is obtained, and the median value Mj (j = 1 to 9) is calculated. For example, FIG.
As shown in the case of j = 1, since the determination value in the range of i = 2 to 9 is "0", the median M 1 becomes 5.5. Similarly, the median M2 when j = 2 is 6, and j =
The median M 3 for 3 is 5, and the median M 4 for j = 4
Is 5.5, and the median M5 when j = 5 is 5. In the case of j = 6 to 9, in the range of i = 1 to 11, all the judgment values are “1”, so that there is no median value.

【0101】そして、処理部551は、前記各中央値M
〜Mの平均値を算出し、該平均値を第3の閾値SV
3でのサブ最良フォーカス位置とする。なお、本実施形
態では、一例として、第3の閾値SV3でのサブ最良フ
ォーカス位置は5.4(=Z とZの中間位置よりや
やZ寄り)である。
Then, the processing unit 551 calculates the median M
1~ M5Is calculated, and the average value is calculated as the third threshold value SV.
3 is the sub best focus position. Note that this embodiment
In the state, for example, the sub-best file at the third threshold value SV3 is used.
The focus position is 5.4 (= Z 5And Z6More than the middle position of
And Z5Leaning).

【0102】続けて、処理部551は、上述と同様にし
て、種々の閾値に対するサブ最良フォーカス位置を求
め、図12に示されるように、閾値の変化に関してサブ
最良フォーカス位置の変化が最も小さい時のサブ最良フ
ォーカス位置を最良フォーカス位置とする。なお、本実
施形態では、一例として、ZのややZ寄りが最良フ
ォーカス位置となる。処理部551は、この結果を記憶
部555に保存し、表示部552に表示するとともに、
オペレータからの次の指示を要求するメッセージを表示
部552に表示する。
Subsequently, the processing section 551 obtains sub-best focus positions for various threshold values in the same manner as described above, and when the change in the sub-best focus position is smallest with respect to the change in the threshold value as shown in FIG. Is set as the best focus position. In the present embodiment, as an example, somewhat Z 5 side of the Z 6 is the best focus position. The processing unit 551 stores the result in the storage unit 555 and displays the result on the display unit 552.
A message requesting the next instruction from the operator is displayed on the display unit 552.

【0103】次に、オペレータは、他の評価点対応領域
での表示レジスト像が表示部552に表示されるように
顕微鏡本体501を調整した後、画像処理装置550に
画像処理の実行を指示する。
Next, the operator adjusts the microscope main body 501 so that the display resist image in another evaluation point corresponding area is displayed on the display unit 552, and then instructs the image processing device 550 to execute image processing. .

【0104】処理部551は、上述と同様にして、最良
フォーカス位置を求める。
The processing section 551 obtains the best focus position in the same manner as described above.

【0105】このようにして、すべての評価点対応領域
において、上述と同様にして最良フォーカス位置が求め
られ、該最良フォーカス位置は印字部554からプリン
ト出力される。
In this way, the best focus position is obtained in all the evaluation point corresponding areas in the same manner as described above, and the best focus position is printed out from the printing unit 554.

【0106】このようにして投影光学系の視野内の複数
の評価点毎に求められた最良フォーカス位置に基づい
て、最小二乗法を用いた近似処理を行うことにより、投
影光学系の光学特性の一つである像面湾曲を算出するこ
とができる。
By performing an approximation process using the least squares method based on the best focus position obtained for each of a plurality of evaluation points in the field of view of the projection optical system in this manner, the optical characteristics of the projection optical system can be obtained. One field curvature can be calculated.

【0107】また、投影光学系の視野内の複数の評価点
において、最良フォーカス位置での同一パターンセル
(例えばCA5)の転写像における線幅値に基づいて、
最小二乗法を用いた近似処理を行うことにより、投影光
学系の光学特性の一つである投影光学系の視野内での線
幅均一性を求めることができる。ここでの線幅値は、走
査型電子顕微鏡を用いた従来の線幅計測法により求めて
も良いが、画像処理にて求めることも可能である。
Further, at a plurality of evaluation points in the field of view of the projection optical system, based on the line width value in the transfer image of the same pattern cell (for example, CA5) at the best focus position,
By performing the approximation processing using the least squares method, it is possible to obtain the line width uniformity in the field of view of the projection optical system, which is one of the optical characteristics of the projection optical system. Here, the line width value may be obtained by a conventional line width measurement method using a scanning electron microscope, but can also be obtained by image processing.

【0108】このようにして求められた投影光学系の光
学特性データは、露光装置100の主制御装置28に入
力され、図示しない記憶装置に保存される。そして、主
制御装置28は、この光学特性データに基づいて、図示
しない結像特性補正コントローラに指示し、例えば投影
光学系PLの少なくとも1つの光学素子(本実施形態で
は、レンズエレメント)の位置(他の光学素子との間隔
を含む)あるいは傾斜などを変更することにより投影光
学系PLの像面湾曲などを調整する。なお、投影光学系
PLの結像特性の調整に用いる光学素子は、レンズエレ
メントなどの屈折光学素子だけでなく、例えば凹面鏡な
どの反射光学素子、あるいは投影光学系PLの収差(デ
ィストーション、球面収差など)、特にその非回転対称
成分を補正する収差補正板などでも良い。さらに、投影
光学系PLの結像特性の補正方法は、光学素子の移動に
限られるものではなく、例えば露光光源を制御して照明
光ILの中心波長を僅かにシフトさせる方法、又は投影
光学系PLの一部で屈折率を変化させる方法などを単独
に、あるいは光学素子の移動と組み合わせて採用しても
良い。
The optical characteristic data of the projection optical system obtained in this way is input to the main controller 28 of the exposure apparatus 100 and stored in a storage device (not shown). Then, main controller 28 instructs an imaging characteristic correction controller (not shown) based on the optical characteristic data, for example, the position of at least one optical element (lens element in the present embodiment) of projection optical system PL (lens element). The curvature of field of the projection optical system PL is adjusted by changing the inclination of the projection optical system PL (including the distance from other optical elements). The optical elements used for adjusting the imaging characteristics of the projection optical system PL are not only refractive optical elements such as lens elements, but also reflective optical elements such as concave mirrors, or aberrations (distortion, spherical aberration, etc.) of the projection optical system PL. ), Especially an aberration correction plate for correcting the non-rotationally symmetric component. Further, the method of correcting the imaging characteristics of the projection optical system PL is not limited to the movement of the optical element. For example, a method of controlling the exposure light source to slightly shift the center wavelength of the illumination light IL, or a method of correcting the projection optical system A method of changing the refractive index in a part of the PL may be used alone or in combination with the movement of the optical element.

【0109】また、本実施形態の露光装置100では、
前述した投影光学系PLの光学特性を計測するためのレ
ジスト像を形成する動作と同様の手順で、上述のように
して、光学特性が調整された投影光学系PLを用いて露
光が行われる。
In the exposure apparatus 100 of the present embodiment,
Exposure is performed using the projection optical system PL whose optical characteristics have been adjusted as described above in the same procedure as the operation of forming a resist image for measuring the optical characteristics of the projection optical system PL described above.

【0110】以上説明したように、本実施形態の露光装
置100に係る光学特性計測方法によると、デューティ
比が異なる複数のラインアンドスペースパターンが計測
用パターンとして用いられているので、露光量は一定
で、投影光学系の光軸方向に関するウエハWの位置のみ
を変化させる計測方法でありながら、露光量と投影光学
系の光軸方向に関するウエハWの位置との両方を変化さ
せる計測方法における解析手法と類似の解析手法を用い
て光学特性の1つである最良フォーカス位置を求めるこ
とができる。従って、露光量と投影光学系の光軸方向に
関するウエハWの位置との両方を変化させる計測方法に
比べて、短時間で最良フォーカス位置を求めることがで
き、結果的に、光学特性計測のスループットを向上させ
ることが可能となる。また、露光量が一定であるため
に、露光量を変化させる方法(例えば、前述したオーバ
ー露光フォーカス計測法)と比較して、測定結果のバラ
ツキが小さく、結果的に測定精度及び測定結果の再現性
を向上させることができる。しかも、この時の露光量
は、最良露光量である必要はなく、最良露光量の±20
%以内であれば良い。
As described above, according to the optical characteristic measuring method of the exposure apparatus 100 of the present embodiment, since a plurality of line and space patterns having different duty ratios are used as the measurement patterns, the exposure amount is constant. An analysis method in a measurement method in which both the exposure amount and the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system are changed while the measurement method only changes the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system. The best focus position, which is one of the optical characteristics, can be obtained by using an analysis method similar to. Therefore, the best focus position can be obtained in a shorter time as compared with a measurement method in which both the exposure amount and the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system are changed. Can be improved. In addition, since the exposure amount is constant, the variation in the measurement result is small compared to the method of changing the exposure amount (for example, the over-exposure focus measurement method described above), and as a result, the measurement accuracy and the reproduction of the measurement result are reduced. Performance can be improved. In addition, the exposure amount at this time does not need to be the best exposure amount, and is ± 20 of the best exposure amount.
%.

【0111】また、計測用パターンは、デューティ比以
外は同一の形成条件で形成された複数のラインアンドス
ペースパターンから構成されているので、計測用パター
ンが周期方向の異なる複数のラインアンドスペースパタ
ーンを含む場合と比較して、所定の周期方向における投
影光学系の光学特性を短時間で精度良く求めることがで
きる。
Since the measurement pattern is composed of a plurality of line-and-space patterns formed under the same forming conditions except for the duty ratio, the measurement pattern includes a plurality of line-and-space patterns having different periodic directions. Compared with the case where the projection optical system includes the projection optical system, the optical characteristics of the projection optical system in the predetermined periodic direction can be obtained more accurately in a shorter time.

【0112】また、計測用パターンを構成する各パター
ンセルCA1〜CA9は、図3における紙面上側(−Y
側)から紙面下側(+Y側)に向かって、そのデューテ
ィ比が次第に小さくなっている。これにより、L/Sパ
ターンの像の形成状態をデューティ比毎に効率よく検出
することができるため、この検出結果に基づいて計測さ
れる光学特性を短時間で求めることができ、結果として
光学特性計測のスループットを向上させることが可能と
なる。
Each of the pattern cells CA1 to CA9 constituting the measurement pattern corresponds to the upper side (−Y
Side) to the lower side of the drawing (+ Y side), the duty ratio gradually decreases. As a result, the formation state of the image of the L / S pattern can be efficiently detected for each duty ratio, so that the optical characteristics measured based on the detection result can be obtained in a short time, and as a result, the optical characteristics can be obtained. It is possible to improve the measurement throughput.

【0113】さらに、本実施形態では、客観的かつ定量
的な手法であるパターンマッチングにより、各撮像デー
タと所定のテンプレートパターンデータとのマッチング
度(相関係数)が求められ、そして、該相関係数に基づ
いてL/Sパターンの像の形成状態を検出しているため
に、従来の寸法を計測する方法(例えば、前述したCD
/フォーカス法やSMPフォーカス計測法等)と比較し
て、短時間で、精度良く像の形成状態の検出を行うこと
が可能となる。従って、この検出結果に基づいて決定さ
れる光学特性の測定精度及び測定結果の再現性を向上さ
せることができるとともに、結果的に光学特性計測のス
ループットを向上させることが可能となる。
Further, in the present embodiment, the degree of matching (correlation coefficient) between each image data and a predetermined template pattern data is obtained by pattern matching, which is an objective and quantitative method. Since the state of formation of the image of the L / S pattern is detected based on the number, the conventional method of measuring a dimension (for example, the aforementioned CD)
/ Focus method or SMP focus measurement method), it is possible to detect an image formation state in a short time and with high accuracy. Therefore, it is possible to improve the measurement accuracy of the optical characteristics determined based on the detection result and the reproducibility of the measurement results, and as a result, it is possible to improve the throughput of the optical characteristics measurement.

【0114】また、従来の寸法を計測する方法に比べ
て、計測用パターンを小さくすることができるため、レ
チクルのパターン領域PA内に多くの計測用パターンを
配置することが可能となる。従って、評価点の数を増加
させることができるとともに、各評価点間の間隔を狭く
することができ、結果的に光学特性計測の測定精度を向
上させることが可能となる。
In addition, since the size of the measurement pattern can be reduced as compared with the conventional method of measuring dimensions, it is possible to arrange a large number of measurement patterns in the pattern area PA of the reticle. Therefore, the number of evaluation points can be increased, and the interval between each evaluation point can be narrowed. As a result, the measurement accuracy of the optical characteristic measurement can be improved.

【0115】また、本実施形態では、各セルは、レチク
ルRのパターン面PA上に特定方向であるY軸方向に
沿って一列に配置されているため、セルの列方向と直交
する方向(X軸方向)にウエハW上のショット領域を一
定間隔で移動しながらパターンを転写することにより、
ウエハW上に多くの像を転写することが可能となる。し
かも、レジスト像において、ウエハWのY軸方向に関し
てはL/Sパターンのデューティ比が変化し、ウエハW
のX軸方向に関しては投影光学系の光軸に関するウエハ
の位置が一定ピッチで変化するように、各セルが転写さ
れているため、L/Sパターンの像の形成状態の検出及
びその検出結果に基づくサブ最良フォーカス位置の算出
を効率的に行うことができる。従って、計測用パターン
を構成する各セルが一列に配置されていない場合と比較
して、短時間で最良フォーカス位置を求めることがで
き、光学特性計測のスループットを向上させることが可
能となる。
In this embodiment, since the cells are arranged in a line along the Y-axis direction which is a specific direction on the pattern surface PA of the reticle RT , the cells are arranged in a direction perpendicular to the cell column direction ( By transferring the pattern while moving the shot area on the wafer W in the (X-axis direction) at regular intervals,
Many images can be transferred onto the wafer W. Moreover, in the resist image, the duty ratio of the L / S pattern changes in the Y-axis direction of the wafer W,
In the X-axis direction, since the cells are transferred so that the position of the wafer with respect to the optical axis of the projection optical system changes at a constant pitch, the detection of the image formation state of the L / S pattern and the detection result The calculation of the sub best focus position based on this can be performed efficiently. Therefore, the best focus position can be obtained in a shorter time as compared with the case where the cells constituting the measurement pattern are not arranged in a line, and the throughput of optical characteristic measurement can be improved.

【0116】さらに、パターン領域PA内の計測用パタ
ーンが配置されていない領域は遮光用のクロムが蒸着さ
れているために、ウエハW上に多くの計測用パターンを
転写することができ、結果的に、光学特性計測の測定精
度及び計測結果の再現性を向上させることが可能とな
る。
Further, in the area where the measurement pattern is not arranged in the pattern area PA, chrome for light shielding is deposited, so that many measurement patterns can be transferred onto the wafer W. As a result, In addition, it is possible to improve the measurement accuracy of the optical characteristic measurement and the reproducibility of the measurement result.

【0117】また、レチクルRのパターン領域PA内
の計測用パターンの近傍に、パターンを含まない空白領
域として空白セルが存在するため、像の形成状態の検出
対象となるパターンセルが投影されるショット領域と同
一のショット領域内にパターンが存在しない空白領域を
転写することができ、この空白領域の撮像データをテン
プレートパターンデータとして用いることにより、パタ
ーンマッチングの精度が向上し、精度良く像の形成状態
の検出を行うことが可能となる。従って、この検出結果
に基づいて決定される光学特性の精度を向上させること
ができる。
Further, since a blank cell exists as a blank area not including a pattern in the vicinity of the measurement pattern in the pattern area PA of the reticle RT, a pattern cell which is a detection target of an image formation state is projected. It is possible to transfer a blank area where no pattern exists in the same shot area as the shot area. By using the image data of this blank area as template pattern data, the accuracy of pattern matching is improved, and an image is formed with high accuracy. The state can be detected. Therefore, it is possible to improve the accuracy of the optical characteristics determined based on the detection result.

【0118】さらに、本実施形態では、像の形成状態の
検出結果に基づき、その像が検出された投影光学系の光
軸方向に関するウエハWの位置の範囲が、L/Sパター
ンのデューティ比毎に求められ、その範囲とデューティ
比との相関関係から算出されるサブ最良フォーカス位置
に基づいて最良フォーカス位置が決定されている。この
決定方法は、従来の露光量を変化させる計測方法(例え
ば、前述したオーバー露光フォーカス計測法等)で用い
られている決定方法と類似しているが、露光量を変化さ
せることによる誤差を含まないため、精度良く光学特性
の1つである最良フォーカス位置を求めることが可能と
なる。
Further, in the present embodiment, based on the detection result of the image formation state, the range of the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system where the image is detected is changed for each duty ratio of the L / S pattern. The best focus position is determined based on the sub best focus position calculated from the correlation between the range and the duty ratio. This determination method is similar to the determination method used in the conventional measurement method for changing the exposure amount (for example, the above-described over-exposure focus measurement method), but includes an error caused by changing the exposure amount. Therefore, it is possible to accurately determine the best focus position, which is one of the optical characteristics.

【0119】しかも、サブ最良フォーカス位置と閾値と
の関係において、閾値の変化に対してサブ最良フォーカ
ス位置の変動が最も小さい時の投影光学系の光軸方向に
関するウエハWの位置から最良フォーカス位置を決定し
ているため、光学特性計測の測定結果の再現性を向上さ
せることが可能となる。
Further, in the relationship between the sub-best focus position and the threshold value, the best focus position is determined from the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system when the variation of the sub-best focus position is smallest with respect to the change of the threshold value. Since the determination is made, it is possible to improve the reproducibility of the measurement result of the optical characteristic measurement.

【0120】さらに、本実施形態に係る露光方法による
と、前述のようにして決定された最良フォーカス位置を
考慮して露光の際のフォーカス制御目標値の設定が行わ
れるので、微細パターンをウエハ上に高精度に転写する
ことが可能となる。
Further, according to the exposure method of the present embodiment, the focus control target value at the time of exposure is set in consideration of the best focus position determined as described above. It is possible to transfer the image with high precision.

【0121】次に、本実施形態において、最良フォーカ
ス位置の計測に用いた解析手法について、図13〜図1
5を用いて詳細に説明する。
Next, the analysis method used for measuring the best focus position in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
5 will be described in detail.

【0122】先ず、最良フォーカス位置に対するL/S
パターンのデューティ比の影響と、最良フォーカス位置
に対するL/Sパターンの周期の影響を求める。
First, L / S with respect to the best focus position
The influence of the duty ratio of the pattern and the influence of the period of the L / S pattern on the best focus position are determined.

【0123】例えば、周期が一定でデューティ比が異な
る3種類のL/SパターンPA1〜PA3と、線幅が一
定で周期が異なる3種類のL/SパターンPB1〜PB
3とを、レチクルRのパターン領域PA内の投影光学
系PLの視野内の複数の評価点に対応する複数の位置に
配置する。そして、投影光学系PLの光軸方向に関する
ウエハWの位置を変更しながら、各パターンの像をウエ
ハW上の複数のショット領域に転写する。ウエハWを現
像し、ウエハW上に形成される各パターンのレジスト像
の線幅値を計測し、この線幅値から各パターンのコント
ラストを算出する。ここで、コントラストとは、パター
ンの線幅に投影光学系の投影倍率を掛けた値と、実際に
ウエハW上に形成されたレジスト像の線幅値との比を意
味している。そして、各評価点毎に、各L/Sパターン
について、前記コントラストと投影光学系の光軸方向に
関するウエハWの位置との相関関係を示す近似曲線を算
出し、該近似曲線に基づいてコントラストが極大値をと
るときの投影光学系の光軸方向に関するウエハWの位置
を最良フォーカス位置とする。
For example, three types of L / S patterns PA1 to PA3 having a constant period and different duty ratios and three types of L / S patterns PB1 to PB having a constant line width and different periods.
3 are arranged at a plurality of positions corresponding to a plurality of evaluation points in the field of view of the projection optical system PL in the pattern area PA of the reticle RT . Then, the image of each pattern is transferred to a plurality of shot areas on the wafer W while changing the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system PL. The wafer W is developed, the line width value of the resist image of each pattern formed on the wafer W is measured, and the contrast of each pattern is calculated from the line width value. Here, the contrast means a ratio between a value obtained by multiplying the line width of the pattern by the projection magnification of the projection optical system and the line width value of the resist image actually formed on the wafer W. Then, for each evaluation point, an approximate curve indicating the correlation between the contrast and the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system is calculated for each L / S pattern, and the contrast is determined based on the approximate curve. The position of the wafer W in the direction of the optical axis of the projection optical system when the local maximum value is taken is defined as the best focus position.

【0124】図13には、ある評価点(第1の評価点)
に対応するウエハW上の点における、前記L/Sパター
ンPA1〜PA3のコントラストと投影光学系の光軸方
向に関するウエハWの位置との相関関係が示されてい
る。これによれば、コントラストの極大値は、L/Sパ
ターンのデューティ比によって異なる値を示している
が、最良フォーカス位置は、L/Sパターンのデューテ
ィ比に関係なく一義的に求めることができる。また、図
14には、別の評価点(第2の評価点)に対応するウエ
ハW上の点における、前記L/SパターンPA1〜PA
3のコントラストと投影光学系の光軸方向に関するウエ
ハWの位置との相関関係が示されている。これによれ
ば、図13と同様に、コントラストの極大値は、L/S
パターンのデューティ比によって異なる値を示している
が、最良フォーカス位置は、L/Sパターンのデューテ
ィ比に関係なく一義的に求めることができる。すなわ
ち、周期が一定であれば、最良フォーカス位置はL/S
パターンのデューティ比に依存しない。
FIG. 13 shows a certain evaluation point (first evaluation point).
The correlation between the contrast of the L / S patterns PA1 to PA3 and the position of the wafer W in the direction of the optical axis of the projection optical system at a point on the wafer W corresponding to. According to this, the local maximum value of the contrast shows a different value depending on the duty ratio of the L / S pattern, but the best focus position can be uniquely obtained regardless of the duty ratio of the L / S pattern. FIG. 14 shows the L / S patterns PA1 to PA at points on the wafer W corresponding to different evaluation points (second evaluation points).
3 shows the correlation between the contrast of No. 3 and the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system. According to this, similarly to FIG. 13, the maximum value of the contrast is L / S
Although different values are shown depending on the duty ratio of the pattern, the best focus position can be uniquely obtained regardless of the duty ratio of the L / S pattern. That is, if the period is constant, the best focus position is L / S
It does not depend on the duty ratio of the pattern.

【0125】図15には、第1の評価点に対応するウエ
ハW上の点における、前記L/SパターンPB1〜PB
3のコントラストと投影光学系の光軸方向に関するウエ
ハWの位置との相関関係が示されている。これによれ
ば、周期の値によって最良フォーカス位置は異なってい
る。すなわち、L/Sパターンの線幅が一定で周期が異
なる場合には、最良フォーカス位置を一義的に求めるこ
とはできない。
FIG. 15 shows the L / S patterns PB1 to PB at a point on the wafer W corresponding to the first evaluation point.
3 shows the correlation between the contrast of No. 3 and the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system. According to this, the best focus position differs depending on the value of the period. That is, when the line width of the L / S pattern is constant and the period is different, the best focus position cannot be uniquely obtained.

【0126】また、図13及び図14に示されるよう
に、周期が一定の場合は、ラインパターンの線幅が細い
ほど、L/Sパターンの像のコントラストが低下してい
る。さらに、投影光学系の光軸に関するウエハの位置と
最良フォーカス位置との差が大きい程、L/Sパターン
の像のコントラストが低下している。
Further, as shown in FIGS. 13 and 14, when the period is constant, the contrast of the image of the L / S pattern decreases as the line width of the line pattern decreases. Further, as the difference between the position of the wafer and the best focus position with respect to the optical axis of the projection optical system increases, the contrast of the image of the L / S pattern decreases.

【0127】すなわち、同一露光量で、同一周期のL/
Sパターンを投影する場合、デューティ比が小さい程、
及びウエハ位置の最良フォーカス位置からのずれが大き
い程、L/Sパターンの像はウエハ上に形成されにくく
なる。
That is, L / L of the same exposure amount and the same cycle
When projecting the S pattern, the smaller the duty ratio is,
Also, as the deviation of the wafer position from the best focus position is larger, the image of the L / S pattern is less likely to be formed on the wafer.

【0128】本実施形態では、この現象を利用し、周期
が一定でデューティ比が異なる複数のL/Sパターン
を、投影光学系の光軸に関するウエハ位置を変更しなが
ら転写し、L/Sパターンの像がウエハW上に形成され
ているか否かをL/Sパターンのデューティ比毎に検出
し、その検出結果に基づいて最良フォーカス位置を求め
ているため、最良フォーカス位置を精度良く求めること
ができ、結果的に、光学特性計測の測定精度を向上させ
ることが可能となる。なお、図13〜図15では、投影
光学系の光軸方向に関する所定の基準位置に対するウエ
ハWの位置をフォーカス位置として横軸にとっている。
In this embodiment, utilizing this phenomenon, a plurality of L / S patterns having a constant period and different duty ratios are transferred while changing the wafer position with respect to the optical axis of the projection optical system, and the L / S pattern is transferred. Is detected at each duty ratio of the L / S pattern, and the best focus position is obtained based on the detection result. Therefore, the best focus position can be obtained with high accuracy. As a result, the measurement accuracy of the optical characteristic measurement can be improved. 13 to 15, the position of the wafer W with respect to a predetermined reference position in the optical axis direction of the projection optical system is taken as the focus position on the horizontal axis.

【0129】また、本実施形態において、最良露光量を
計測することも可能である。すなわち、前述のようにし
て決定された最良フォーカス位置において、ウエハW上
に照射される露光光のエネルギ量(露光ドーズ量)を変
えながら、計測用パターンを転写し、例えばL/Sパタ
ーンのデューティ比がL:S=1:1のパターンセルC
A5のレジスト像におけるL/Sパターンのデューティ
比がL:S=1:1に最も近い時の露光ドーズ量、すな
わち最もコントラストが大きい時の露光ドーズ量から最
良露光量を求めることができる。
In the present embodiment, it is also possible to measure the best exposure amount. That is, at the best focus position determined as described above, the measurement pattern is transferred while changing the energy amount (exposure dose) of the exposure light irradiated onto the wafer W, and for example, the duty of the L / S pattern is changed. Pattern cell C with ratio L: S = 1: 1
The best exposure can be obtained from the exposure dose when the duty ratio of the L / S pattern in the A5 resist image is closest to L: S = 1: 1, that is, the exposure dose when the contrast is the highest.

【0130】なお、撮像データから最良フォーカス位置
を求める方法として、前述したサブ最良フォーカス位置
を利用する方法とは別に、投影光学系の光軸方向に関す
るウエハWの位置毎のL/Sパターンの像が形成される
デューティ比の最小値(以下「限界デューティ比」とい
う)を利用する方法がある。一例として、閾値が第2の
閾値SV2の場合に得られた検出結果(図10参照)を
用いて、具体的に説明する。
As a method for obtaining the best focus position from the image data, apart from the above-described method using the sub best focus position, an image of the L / S pattern at each position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system is provided. There is a method of utilizing the minimum value of the duty ratio (hereinafter, referred to as “limit duty ratio”) in which is formed. As an example, a specific description will be given using a detection result (see FIG. 10) obtained when the threshold value is the second threshold value SV2.

【0131】ここでは、図10に示されるように、i=
2の場合の限界デューティ比はj=2(第2のデューテ
ィ比DR)、i=3の場合の限界デューティ比はj=
3(第3のデューティ比DR)、i=4の場合の限界
デューティ比はj=3(第3のデューティ比DR)、
i=5の場合の限界デューティ比はj=7(第7のデュ
ーティ比DR)、i=6の場合の限界デューティ比は
j=7(第7のデューティ比DR)、i=7の場合の
限界デューティ比はj=4(第4のデューティ比D
)、i=8の場合の限界デューティ比はj=3(第
3のデューティ比DR)、i=9の場合の限界デュー
ティ比はj=3(第3のデューティ比DR)、i=1
0の場合の限界デューティ比はj=2(第2のデューテ
ィ比DR)、i=11の場合の限界デューティ比はj
=2(第2のデューティ比DR)である。次に、図1
6に示されるように、投影光学系の光軸方向に関するウ
エハWの位置と限界デューティ比との相関関係を示す近
似曲線を最小二乗法を用いた近似処理により求める。そ
して、前記近似曲線が極小値を示すときの投影光学系の
光軸方向に関するウエハWの位置を最良フォーカス位置
とする。すなわち、最も小さいデューティ比のL/Sパ
ターンが、ウエハW上に形成されるときの投影光学系の
光軸方向に関するウエハWの位置を最良フォーカス位置
とする。ここでは、最良フォーカス位置は、ZとZ
の間にあり、前述したサブ最良フォーカス位置を利用す
る場合とほぼ一致している。さらに、複数の閾値での判
定結果から上述のようにして求めた複数の最良フォーカ
ス位置の平均値(単純平均又は重み付け平均)を求める
ことにより、精度良く最良フォーカス位置を求めること
ができる。
In this case, as shown in FIG.
In the case of 2, the limit duty ratio is j = 2 (second duty ratio DR 2 ), and in the case of i = 3, the limit duty ratio is j =
3 (third duty ratio DR 3 ), the limit duty ratio when i = 4 is j = 3 (third duty ratio DR 3 ),
When i = 5, the limit duty ratio is j = 7 (seventh duty ratio DR 7 ), when i = 6, the limit duty ratio is j = 7 (seventh duty ratio DR 7 ), and when i = 7 In this case, the limit duty ratio is j = 4 (the fourth duty ratio D
R 4 ), when i = 8, the limit duty ratio is j = 3 (third duty ratio DR 3 ), when i = 9, the limit duty ratio is j = 3 (third duty ratio DR 3 ), i = 1
The limit duty ratio when j is 0 is j = 2 (second duty ratio DR 2 ), and when i = 11 is j.
= 2 (second duty ratio DR 2 ). Next, FIG.
As shown in FIG. 6, an approximation curve indicating the correlation between the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system and the limit duty ratio is obtained by an approximation process using the least squares method. Then, the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system when the approximation curve shows the minimum value is set as the best focus position. That is, the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system when the L / S pattern having the smallest duty ratio is formed on the wafer W is set as the best focus position. Here, the best focus position, Z 5 and Z 6
And almost coincides with the case where the above-described sub best focus position is used. Further, the average value (simple average or weighted average) of the plurality of best focus positions obtained as described above from the determination results at the plurality of threshold values can be obtained with high accuracy.

【0132】ここでは、像の形成状態の検出結果に基づ
き、その像が検出されたL/Sパターンのデューティ比
の最小値が、投影光学系の光軸方向に関するウエハWの
位置毎に求められ、投影光学系の光軸方向に関するウエ
ハWの位置とデューティ比の最小値との相関関係から最
良フォーカス位置が決定されている。この決定方法は、
従来の露光量を変化させる計測方法(例えば、前述した
オーバー露光フォーカス計測法等)で用いられている決
定方法と類似しているが、露光量を変化させることによ
る誤差を含まないため、精度良く光学特性の1つである
最良フォーカス位置を求めることが可能となる。
Here, based on the detection result of the image formation state, the minimum value of the duty ratio of the L / S pattern in which the image is detected is obtained for each position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system. The best focus position is determined from the correlation between the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system and the minimum value of the duty ratio. This decision method is
This method is similar to the determination method used in the conventional measurement method for changing the exposure amount (for example, the above-described over-exposure focus measurement method), but does not include an error due to the change in the exposure amount, so that it can be accurately performed. The best focus position, which is one of the optical characteristics, can be obtained.

【0133】また、レジスト像のコントラストに注目
し、L/Sパターンのデューティ比毎にコントラストが
最大となるときの投影光学系の光軸方向に関するウエハ
Wの位置を求め、その平均値(単純平均又は重み付け平
均)を最良フォーカス位置としても良い。なお、コント
ラストは、走査型電子顕微鏡等で計測されたパターンの
像の線幅値から求めることができるが、画像処理によっ
て求めることも可能である。
Further, paying attention to the contrast of the resist image, the position of the wafer W in the optical axis direction of the projection optical system when the contrast is maximized for each duty ratio of the L / S pattern is obtained, and the average value (simple average) is obtained. Or a weighted average) may be used as the best focus position. The contrast can be obtained from the line width value of the image of the pattern measured by a scanning electron microscope or the like, but can also be obtained by image processing.

【0134】また、本実施形態において、サブ最良フォ
ーカス位置は、像が形成されている全てのデューティ比
での中央値Mの平均値から求められているが、これに
限定されるものではなく、例えば、図9に示される第1
の閾値の場合には、M、M 、M、Mのように、
1つおきの中央値Mの平均値からサブ最良フォーカス
位置を求めても良く、また、M〜Mのようにデュー
ティ比が小さいときの中央値Mの平均値からサブ最良
フォーカス位置を求めても良い。あるいは、異なる複数
の組み合わせで平均値を求め、ばらつきが最も少ない平
均値をサブ最良フォーカス位置とすることも可能であ
る。また、本実施形態では、平均値は単純平均により求
めているが、重み付け平均により求めても良い。
Further, in the present embodiment, the sub best format
The focus position is determined by all the duty ratios at which the image is formed.
Median M atjIs calculated from the average value of
It is not limited, for example, the first shown in FIG.
If the threshold is3, M 5, M7, M9like,
Every other median MjSub-best focus from average
The position may be obtained, and M5~ M9Dew as
Median M when tee ratio is smalljSub-best from the average of
The focus position may be obtained. Or different multiple
Calculate the average value with the combination of
It is also possible to use the average value as the sub best focus position.
You. Further, in the present embodiment, the average value is obtained by a simple average.
However, it may be obtained by a weighted average.

【0135】さらに、本実施形態において、計測用パタ
ーンRPAは、図3における紙面上側(−Y側)から紙
面下側(+Y側)に向かって、L/Sパターンのデュー
ティ比が次第に小さくなるように9種類のパターンセル
が配置されているが、これに限定されるものではない。
例えば、逆に、図3における紙面上側(−Y側)から紙
面下側(+Y側)に向かって、L/Sパターンのデュー
ティ比が次第に大きくなるようにパターンセルを配置し
ていても良い。どちらの場合でも、像の形成状態をデュ
ーティ比毎に効率よく検出することができるからであ
る。また、本実施形態における各L/Sパターンのライ
ンパターン数、及びデューティ比は、一例であり、これ
に限定されるものではない。また、パターンセルの数
も、9種類に限定されるものではない。さらに、空白セ
ルCA10の配置位置も、パターンセルCA9の図3に
おける紙面下側(+Y側)に限定されるものではなく、
計測用パターンの近傍であれば良く、例えば、パターン
セルCA1の図3における紙面上側(−Y側)に配置さ
れていても良い。
Further, in the present embodiment, the duty ratio of the L / S pattern of the measurement pattern RPA gradually decreases from the upper side (−Y side) to the lower side (+ Y side) of FIG. , Nine types of pattern cells are arranged, but the present invention is not limited to this.
For example, conversely, the pattern cells may be arranged so that the duty ratio of the L / S pattern gradually increases from the upper side (−Y side) to the lower side (+ Y side) in FIG. In either case, the image formation state can be efficiently detected for each duty ratio. In addition, the number of line patterns and the duty ratio of each L / S pattern in the present embodiment are examples, and are not limited thereto. Also, the number of pattern cells is not limited to nine. Furthermore, the arrangement position of the blank cell CA10 is not limited to the lower side (+ Y side) of the pattern cell CA9 in FIG.
As long as it is in the vicinity of the measurement pattern, for example, it may be arranged on the upper side (−Y side) of the pattern cell CA1 in FIG.

【0136】また、計測用パターンRPAの代わりに、
図17に示されるように、レチクルRのパターン領域
PA内に、11個のパターンセルCB2〜CB12が、
特定方向であるY軸方向に沿って一列に等間隔で、紙面
上側(−Y側)から紙面下側(+Y側)に向かって配置
された計測用パターンRPBを用いることができる。こ
こでは、セルCB2〜CB12は、同一の周期方向及び
同一の周期を有するL/Sパターンを含むパターンセル
である。そして、前記パターンセルCB2から前記パタ
ーンセルCB7までは、L/Sパターンのデューティ比
が次第に大きくなり、パターンセルCB7からパターン
セルCB12までは、L/Sパターンのデューティ比が
次第に小さくなっている。例えば、パターンセルCB2
とCB12のL/Sパターンは、前記第6のデューティ
比を有し、パターンセルCB3とCB11のL/Sパタ
ーンは、前記第5のデューティ比を有し、パターンセル
CB4とCB10のL/Sパターンは、前記第4のデュ
ーティ比を有し、パターンセルCB5とCB9のL/S
パターンは、前記第3のデューティ比を有し、パターン
セルCB6とCB8のL/Sパターンは、前記第2のデ
ューティ比を有し、パターンセルCB7のL/Sパター
ンは、前記第1のデューティ比を有することができる。
すなわち、同一のパターンセルを計測用パターンに含ま
せることが可能となる。また、セルCB1とCB13は
空白領域としての空白セルであり、空白セルCB1は、
前記パターンセルCB2の紙面上側(−Y側)に配置さ
れ、空白セルCB13は、前記パターンセルCB12の
紙面下側(+Y側)に配置されている。
In place of the measurement pattern RPA,
As shown in Figure 17, the pattern area PA of the reticle R T, eleven patterns cell CB2~CB12,
Measurement patterns RPB arranged from the upper side of the drawing (−Y side) to the lower side of the drawing (+ Y side) at regular intervals in a line along the Y-axis direction which is the specific direction can be used. Here, the cells CB2 to CB12 are pattern cells including L / S patterns having the same period direction and the same period. The duty ratio of the L / S pattern gradually increases from the pattern cell CB2 to the pattern cell CB7, and the duty ratio of the L / S pattern gradually decreases from the pattern cell CB7 to the pattern cell CB12. For example, the pattern cell CB2
The L / S pattern of the pattern cells CB12 and CB12 has the sixth duty ratio, the L / S pattern of the pattern cells CB3 and CB11 has the fifth duty ratio, and the L / S pattern of the pattern cells CB4 and CB10. The pattern has the fourth duty ratio and the L / S of pattern cells CB5 and CB9.
The pattern has the third duty ratio, the L / S pattern of the pattern cells CB6 and CB8 has the second duty ratio, and the L / S pattern of the pattern cell CB7 is the first duty ratio. Can have a ratio.
That is, the same pattern cell can be included in the measurement pattern. The cells CB1 and CB13 are blank cells as blank areas, and the blank cell CB1 is
The blank cell CB13 is arranged below the pattern cell CB12 (+ Y side).

【0137】図18には、前述した計測用パターンRP
Aの場合と同様にして、前記計測用パターンRPBと前
記空白セルCB1,CB13を露光し、現像が終了した
ウエハW上のレジスト像の一例が示されている。そし
て、前述と同様にしてサブ最良フォーカス位置と閾値と
の関係を求め、閾値の変化に対するサブ最良フォーカス
位置の変化が最も小さい時のサブ最良フォーカス位置を
最良フォーカス位置とする。これによれば、サブ最良フ
ォーカス位置と閾値との相関関係が2つ得られ、各相関
関係から求められる最良フォーカス位置の平均値を算出
することにより、さらに精度良く最良フォーカス位置を
求めることができる。この場合に、L/Sパターンのデ
ューティ比が同じであるパターンセルを3個以上、計測
用パターンに含ませることも可能である。また、当然な
がら、パターンセルの個数も11個に限定されるもので
はなく、L/Sパターンの列に、特定方向の一側から他
側に向かってデューティ比が次第に大きくなる部分とデ
ューティ比が次第に小さくなる部分とをそれぞれ少なく
とも1つ含んでいれば良い。さらに、特定方向の一側か
ら他側に向かってデューティ比が次第に大きくなる部分
とデューティ比が次第に小さくなる部分とで、L/Sパ
ターンの周期方向が異なるものとすることも可能であ
る。デューティ比が次第に大きくなる部分と、デューテ
ィ比が次第に小さくなる部分とでそれぞれ個別に最良フ
ォーカス位置を求めることができるからである。
FIG. 18 shows the measurement pattern RP described above.
As in the case of A, an example of the resist image on the wafer W after exposing the measurement pattern RPB and the blank cells CB1 and CB13 and completing development is shown. Then, the relationship between the sub-best focus position and the threshold is determined in the same manner as described above, and the sub-best focus position when the change in the sub-best focus position with respect to the change in the threshold is the smallest is set as the best focus position. According to this, two correlations between the sub-best focus position and the threshold are obtained, and by calculating the average value of the best focus positions obtained from each correlation, the best focus position can be obtained with higher accuracy. . In this case, three or more pattern cells having the same duty ratio of the L / S pattern can be included in the measurement pattern. In addition, the number of pattern cells is not limited to 11 as a matter of course, and the portion where the duty ratio gradually increases from one side to the other side in the specific direction and the duty ratio It suffices that at least one part each having a gradually decreasing size is included. Furthermore, it is also possible to make the period direction of the L / S pattern different between a portion where the duty ratio gradually increases from one side to the other side in a specific direction and a portion where the duty ratio gradually decreases. This is because the best focus position can be individually obtained for a portion where the duty ratio gradually increases and a portion where the duty ratio gradually decreases.

【0138】また、計測用パターンRPAの代わりに、
図19に示されるように、レチクルRのパターン領域
PA内に、第1の周期方向を有する第1パターンとして
の前記計測用パターンRPAと、第2の周期方向を有す
る第2パターンRPaとが特定方向であるY軸方向に沿
って一列に配置された計測用パターンRPCを用いるこ
ともできる。なお、前記第1パターンRPA及び前記第
2パターンRPaの紙面下側(+Y側)にそれぞれ空白
領域として空白セルが配置されている。ここでは、前記
第2の周期方向は前記第1の周期方向を紙面内で90度
回転させた方向である。これにより、前述と同様にして
各周期方向毎の最良フォーカス位置を求めることができ
る。また、前記第1パターンRPAと前記第2パターン
RPaとが、周期方向以外は同一の形成条件(周期、デ
ューティ比など)で形成されたパターンの場合には、前
記第1パターンから求められる最良フォーカス位置と、
前記第2パターンから求められる最良フォーカス位置と
の差から投影光学系の非点収差を求めることができる。
すなわち、投影光学系PLの視野内で任意の像高位置に
ある評価点に配置されたサジタル方向とメリジオナル方
向とを周期方向とする計測用パターンに基づいて求めら
れる最良フォーカス位置の差に基づいて非点収差を算出
することができる。さらに、前記第1パターンから求め
られる最良フォーカス位置と、前記第2パターンから求
められる最良フォーカス位置との平均値(単純平均又は
重み付け平均)をその評価点での最良フォーカス位置と
することも可能である。これにより、精度良く最良フォ
ーカス位置を求めることができる。すなわち、第1の周
期方向と第2の周期方向のそれぞれについて、光学特性
を求めることができ、周期方向の変化による光学特性の
違いを求めることが可能となるとともに、各周期方向に
ついて求められた光学特性の平均値を用いることによ
り、さらに精度良く光学特性を求めることができる。
In place of the measurement pattern RPA,
As shown in FIG. 19, in the pattern area PA of the reticle RT , the measurement pattern RPA as the first pattern having the first periodic direction and the second pattern RPa having the second periodic direction are provided. It is also possible to use the measurement patterns RPC arranged in a line along the Y-axis direction which is a specific direction. Note that blank cells are arranged as blank regions below the first pattern RPA and the second pattern RPa (+ Y side). Here, the second periodic direction is a direction obtained by rotating the first periodic direction by 90 degrees in the plane of the paper. Thus, the best focus position for each periodic direction can be obtained in the same manner as described above. In the case where the first pattern RPA and the second pattern RPa are patterns formed under the same forming conditions (period, duty ratio, etc.) except in the periodic direction, the best focus obtained from the first pattern is used. location and,
The astigmatism of the projection optical system can be obtained from the difference from the best focus position obtained from the second pattern.
That is, based on the difference between the best focus position obtained based on the measurement pattern having the periodic direction of the sagittal direction and the meridional direction arranged at the evaluation point at an arbitrary image height position in the field of view of the projection optical system PL. Astigmatism can be calculated. Furthermore, the average value (simple average or weighted average) of the best focus position obtained from the first pattern and the best focus position obtained from the second pattern can be set as the best focus position at the evaluation point. is there. Thereby, the best focus position can be obtained with high accuracy. That is, the optical characteristics can be obtained for each of the first and second periodic directions, and the difference in the optical characteristics due to the change in the periodic direction can be obtained. By using the average value of the optical characteristics, the optical characteristics can be obtained with higher accuracy.

【0139】さらに、投影光学系の視野内の複数の評価
点について、このようにして算出された投影光学系の非
点収差に基づいて最小二乗法による近似処理を行うこと
により非点収差面内均一性を求めることができる。
Further, an approximation process by the least square method is performed on a plurality of evaluation points in the field of view of the projection optical system based on the astigmatism of the projection optical system calculated in this manner, so that the astigmatism plane is obtained. Uniformity can be determined.

【0140】また、この非点収差面内均一性と像面湾曲
とから投影光学系の総合焦点差を求めることができる。
The total focal difference of the projection optical system can be obtained from the astigmatism in-plane uniformity and the field curvature.

【0141】また、前記第1の周期方向と前記第2の周
期方向との違いは、90度以外であっても良く、しか
も、レチクルRのパターン領域PA内に、遮光用パタ
ーンとしてのクロム蒸着領域を挟んで、前記第1パター
ンを特定方向であるY軸方向の所定の一列に沿って配置
し、前記第2パターンをY軸方向の他の一列に沿って配
置しても良い。また、3種類以上の周期方向を有するL
/Sパターンが、計測用パターンに含まれていても良
い。これにより、周期方向の違いによる最良フォーカス
位置の違いを求めることができる。さらに、各周期方向
での最良フォーカス位置の平均値(単純平均又は重み付
け平均)をその評価点での最良フォーカス位置としても
良い。
Further, the difference between the first periodic direction and the second periodic direction may be other than 90 degrees, and the chromium as a light shielding pattern is provided in the pattern area PA of the reticle RT. The first pattern may be disposed along a predetermined row in the Y-axis direction, which is a specific direction, and the second pattern may be disposed along another row in the Y-axis direction, with the deposition region interposed therebetween. L having three or more types of periodic directions
The / S pattern may be included in the measurement pattern. Thus, a difference in the best focus position due to a difference in the periodic direction can be obtained. Further, an average value (simple average or weighted average) of the best focus positions in each cycle direction may be set as the best focus position at the evaluation point.

【0142】また、計測用パターンRPAの代わりに、
図20に示されるように、レチクルRのパターン領域
PA内に、遮光用パターンとしてのクロム蒸着領域VC
Rを挟んで、第1の周期を有する第1パターンとしての
前記計測用パターンRPAが特定方向であるY軸方向の
所定の一列に沿って配置され、第2の周期を有する第2
パターンRPDがY軸方向の他の一列に沿って配置され
る計測用パターンを用いることができる。これにより、
第1パターンの像と第2パターンの像とを判別すること
が容易となり、両パターンの像の形成状態を効率よく検
出することができ、第1パターンに基づく光学特性と、
第2パターンに基づく光学特性とを短時間で求めること
ができる。従って、第1パターンと第2パターンとが混
在している場合と比較して、光学特性計測のスループッ
トを向上させることが可能となる。また、前述と同様に
して求められる各周期毎の最良フォーカス位置の平均値
(単純平均又は重み付け平均)から、さらに精度良く最
良フォーカス位置を求めることが可能となる。また、前
記第1パターンと前記第2パターンが、周期以外は同一
の形成条件で形成されたパターンであれば、最良フォー
カス位置に及ぼすL/Sパターンの周期の影響について
求めることができる。すなわち、第1の周期と第2の周
期のそれぞれについて、光学特性を求めることができ、
周期の変化による光学特性の違いを求めることが可能と
なるとともに、各周期について求められた光学特性の平
均値を用いることにより、さらに精度良く光学特性を求
めることができる。
Further, instead of the measurement pattern RPA,
As shown in FIG. 20, in the pattern area PA of the reticle RT , a chromium deposition area VC as a light-shielding pattern is provided.
The measurement pattern RPA as a first pattern having a first cycle is disposed along a predetermined row in the Y-axis direction which is a specific direction, with a second cycle having a second cycle.
A measurement pattern in which the pattern RPD is arranged along another row in the Y-axis direction can be used. This allows
The image of the first pattern and the image of the second pattern can be easily distinguished, the formation state of the images of both patterns can be detected efficiently, and the optical characteristics based on the first pattern and
The optical characteristics based on the second pattern can be obtained in a short time. Therefore, compared with the case where the first pattern and the second pattern are mixed, the throughput of the optical characteristic measurement can be improved. Further, it is possible to obtain the best focus position with higher accuracy from the average value (simple average or weighted average) of the best focus position in each cycle obtained in the same manner as described above. Further, if the first pattern and the second pattern are patterns formed under the same forming conditions except for the period, the effect of the period of the L / S pattern on the best focus position can be obtained. That is, optical characteristics can be obtained for each of the first cycle and the second cycle,
The difference in the optical characteristics due to the change in the period can be obtained, and the optical characteristics can be obtained with higher accuracy by using the average value of the optical characteristics obtained for each period.

【0143】しかも、ウエハW上のショット領域をX軸
方向に一定間隔で移動させることにより、第1パターン
の像に隣接して第1パターンの像を転写することがで
き、又第2パターンの像に隣接して第2パターンの像を
転写することができるため、第1パターンの像の転写領
域と第2パターンの像の転写領域とを分けることができ
る。従って、第1パターンの像の形成状態の検出結果に
基づく光学特性と、第2パターンの像の形成状態の検出
結果に基づく光学特性とを効率よく求めることができ、
その結果として光学特性計測のスループットを向上させ
ることが可能となる。なお、前記所定の一列に沿って前
記第1パターンと前記第2パターンとを配置しても良
い。
Further, by moving the shot area on the wafer W at regular intervals in the X-axis direction, the image of the first pattern can be transferred adjacent to the image of the first pattern. Since the image of the second pattern can be transferred adjacent to the image, the transfer area of the image of the first pattern and the transfer area of the image of the second pattern can be separated. Therefore, the optical characteristics based on the detection result of the image formation state of the first pattern and the optical characteristics based on the detection result of the image formation state of the second pattern can be efficiently obtained.
As a result, it is possible to improve the throughput of optical characteristic measurement. Note that the first pattern and the second pattern may be arranged along the predetermined row.

【0144】また、本実施形態では、空白セルのレジス
ト像の撮像データをテンプレートパターンデータとして
いるが、パターンセルのレジスト像の撮像データの中か
らL/Sパターンの像が実質的に存在しない少なくとも
1つのパターンセルの撮像データをテンプレートパター
ンデータとしても良い。この場合は、必ずしもレチクル
のパターン領域PA内の計測用パターン近傍に空白
セルを配置する必要はない。ここで、複数のパターンセ
ルの撮像データをテンプレートパターンデータとする場
合には、対応する同一対象画素毎に撮像データの平均値
(単純平均又は重み付け平均)を求め、該平均値をテン
プレートパターンデータとして用いても良い。
In the present embodiment, the image data of the resist image of the blank cell is used as the template pattern data. However, at least the image of the L / S pattern substantially does not exist in the image data of the resist image of the pattern cell. The imaging data of one pattern cell may be used as template pattern data. In this case, it is not always necessary to arrange a blank cell near the measurement pattern in the pattern area PA of the reticle RT . Here, when imaging data of a plurality of pattern cells is used as template pattern data, an average value (simple average or weighted average) of the imaging data is obtained for each corresponding target pixel, and the average value is used as template pattern data. May be used.

【0145】さらに、本実施形態では、前記CCD撮像
装置505は、拡大レジスト像の情報をCCD画素毎に
白黒の濃淡に対応して8ビットのデジタルデータに変換
しているが、これに限定されるものではなく,必要に応
じて8ビット以外(例えば4ビットなど)に変更可能で
ある。また、カラー対応のCCD撮像装置を用いて、R
(赤色),G(緑色),B(青色)に対応して、それぞ
れ例えば、8ビットのデジタルデータ(合計24ビット
データ)に変換しても良い。この場合は、テンプレート
パターンデータとのパターンマッチングにおいて各対象
画素の画素データはR,G,B毎にテンプレートパター
ンデータと比較されることとなる。
Further, in the present embodiment, the CCD image pickup device 505 converts the information of the enlarged resist image into 8-bit digital data corresponding to the density of black and white for each CCD pixel, but is not limited to this. However, it can be changed to a value other than 8 bits (for example, 4 bits) if necessary. Also, using a color-capable CCD imaging device,
For example, corresponding to (red), G (green), and B (blue), respectively, the data may be converted into 8-bit digital data (24-bit data in total). In this case, in pattern matching with the template pattern data, the pixel data of each target pixel is compared with the template pattern data for each of R, G, and B.

【0146】また、テンプレートとのパターンマッチン
グにおいて、比較対象の領域を529(=23×23)
の画素(対象画素)に分割しているがこれに限定される
ものではない。また、必ずしも対象画素数を比較対象の
領域における前記CCD撮像装置505のCCD画素数
と一致させる必要はない。対象画素数をCCD画素数よ
りも多くすることは無意味であるが、対象画素数をCC
D画素数よりも少なくすることにより、画像処理に要す
る時間を短くすることができる。この場合、例えば、9
個のCCD画素が1個の対象画素に対応する場合は、9
個のCCD画素データの平均値(単純平均又は重み付け
平均)を対象画素の画素データとしても良い。
In the pattern matching with the template, the area to be compared is set to 529 (= 23 × 23).
(Target pixel), but the present invention is not limited to this. Further, it is not always necessary to make the number of target pixels coincide with the number of CCD pixels of the CCD imaging device 505 in the region to be compared. It is meaningless to make the number of target pixels larger than the number of CCD pixels.
By making the number smaller than the number of D pixels, the time required for image processing can be shortened. In this case, for example, 9
If one CCD pixel corresponds to one target pixel, 9
The average value (simple average or weighted average) of the CCD pixel data may be used as the pixel data of the target pixel.

【0147】なお、本実施形態では、レジスト像の撮像
データを得るために、走査型電子顕微鏡を利用している
がこれに限定されるものではない。例えば、露光装置1
00に設けられるアライメントセンサ(ウエハアライメ
ントに用いられるアライメント検出系ASなど)を利用
しても良い。この場合は、アライメント検出系ASから
の撮像データを画像処理装置550に供給することによ
り、前述と同様にして最良フォーカス位置を求めること
ができる。さらに、オペレータなどが介在することな
く、前述の計測結果(最良フォーカス位置など)に基づ
いて投影光学系PLの光学特性を調整することができ
る。すなわち、露光装置に自動調整機能を持たせること
が可能となる。また、レジスト像(又は潜像)を画像処
理方式以外で検出しても良い。
In this embodiment, a scanning electron microscope is used to obtain image data of a resist image, but the present invention is not limited to this. For example, the exposure apparatus 1
Alternatively, an alignment sensor (such as an alignment detection system AS used for wafer alignment) provided at 00 may be used. In this case, by supplying image data from the alignment detection system AS to the image processing device 550, the best focus position can be obtained in the same manner as described above. Further, the optical characteristics of the projection optical system PL can be adjusted based on the above-described measurement results (such as the best focus position) without the intervention of an operator or the like. That is, the exposure apparatus can have an automatic adjustment function. Further, the resist image (or latent image) may be detected by a method other than the image processing method.

【0148】また、本実施形態では、投影光学系の光軸
方向に関するウエハWの位置を一定のピッチΔZで+Z
方向に変化させているが、これに限定されるものではな
く、例えば、最良フォーカス位置近傍と思われる範囲内
では、測定精度を向上させるため、ピッチΔZをより小
さなピッチに変更しても良い。
In this embodiment, the position of the wafer W in the direction of the optical axis of the projection optical system is set to + Z at a constant pitch ΔZ.
Although the direction is changed, the present invention is not limited to this. For example, the pitch ΔZ may be changed to a smaller pitch in a range considered to be near the best focus position in order to improve measurement accuracy.

【0149】さらに、本実施形態では、ショット領域を
セルの列方向と直交する方向に一定間隔で移動させてい
るが、これに限定されるものではない。転写時の投影光
学系の光軸方向に関するウエハWの位置が、像の形成状
態の検出処理時に明確であれば良い。すなわち、撮像デ
ータファイルを正しく作成することができれば良い。
Further, in the present embodiment, the shot area is moved at regular intervals in the direction orthogonal to the cell column direction, but the present invention is not limited to this. It is sufficient that the position of the wafer W in the direction of the optical axis of the projection optical system at the time of transfer is clear during the process of detecting the image formation state. That is, it is only necessary that the imaging data file can be created correctly.

【0150】さらに、本実施形態では、画像処理装置5
50は、1つの評価点対応領域の撮像データ(110個
のセルの撮像データ)を一度に取り込んでいるが、例え
ばウエハWの位置毎の撮像データ(11個のセルの撮像
データ)を複数回(10回)に分けて取り込んでも良
い。これは、CCD撮像装置505の解像度(CCD画
素数)や、走査型電子顕微鏡500の拡大倍率等に関係
する。勿論、セルのレジスト像を1個ずつ取り込むこと
も可能である。また、処理部551は、全ての像の撮像
データが揃ってから画像処理を行っても良い。
Further, in the present embodiment, the image processing device 5
Numeral 50 captures image data (image data of 110 cells) of one evaluation point corresponding region at one time, and for example, captures image data (image data of 11 cells) of each position of the wafer W a plurality of times. (10 times). This relates to the resolution (the number of CCD pixels) of the CCD imaging device 505, the magnification of the scanning electron microscope 500, and the like. Of course, it is also possible to take in the resist images of the cells one by one. In addition, the processing unit 551 may perform the image processing after the imaging data of all the images are prepared.

【0151】また、本実施形態では、基板上における像
の形成状態を検出するための感光層がフォトレジストの
場合について説明しているが、感光層はフォトレジスト
に限らず、光(エネルギ)の照射によって像(潜像及び
顕像)が形成されるものであれば良い。例えば、感光層
は、光記録層、光磁気記録層などであっても良く、従っ
て、感光層が形成される物体もウエハ又はガラスプレー
ト等に限らず、光記録層、光磁気記録層が形成可能な板
等であっても良い。但し、撮像の対象が潜像の場合に
は、潜像を顕像に変換する必要があり、潜像の記録方法
によって顕像への変換方法は異なる。
In this embodiment, the case where the photosensitive layer for detecting the state of image formation on the substrate is a photoresist has been described. However, the photosensitive layer is not limited to the photoresist, and is not limited to the photoresist. What is necessary is just to form an image (latent image and visible image) by irradiation. For example, the photosensitive layer may be an optical recording layer, a magneto-optical recording layer, or the like. Therefore, the object on which the photosensitive layer is formed is not limited to a wafer or a glass plate. A possible plate or the like may be used. However, if the object to be imaged is a latent image, it is necessary to convert the latent image into a visible image, and the method of converting the latent image into a visible image differs depending on the recording method of the latent image.

【0152】さらに、像の形成状態の検出は、投影光学
系により投影されたパターンの投影像(空間像)を計測
する空間像計測によって行っても良い。例えば、スリッ
ト状あるいは矩形状の開口パターンが形成されたパター
ン板を備え、該パターン板を投影光学系の光軸に垂直な
2次元平面内の所定方向に走査し、開口を介して受光し
た光の光電変換を行ういわゆる空間像計測器を用いて空
間像計測を行う場合には、投影光学系の光軸方向に関す
る位置毎に、前記空間像計測器からの光電変換信号をフ
ーリエ変換し、例えば1次周波数成分と零次周波数成分
の振幅比(コントラストとも呼ばれる)から像の形成状
態を検出することができる。そして、デューティ比毎に
前記振幅比(コントラスト)が最大となるときの投影光
学系の光軸方向に関する位置を求め、その平均値(単純
平均又は重み付け平均)を最良フォーカス位置とするこ
とができる。
Further, the detection of the image formation state may be performed by aerial image measurement for measuring a projection image (aerial image) of the pattern projected by the projection optical system. For example, a pattern plate on which a slit-shaped or rectangular opening pattern is formed, the pattern plate is scanned in a predetermined direction in a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system, and light received through the opening When performing aerial image measurement using a so-called aerial image measurement device that performs photoelectric conversion, for each position in the optical axis direction of the projection optical system, Fourier-transform the photoelectric conversion signal from the aerial image measurement device, for example, The image formation state can be detected from the amplitude ratio (also called contrast) between the first-order frequency component and the zero-order frequency component. Then, the position in the optical axis direction of the projection optical system when the amplitude ratio (contrast) is maximized for each duty ratio is obtained, and the average value (simple average or weighted average) can be set as the best focus position.

【0153】さらに、本実施形態では、テンプレートパ
ターンデータとのパターンマッチングという手法を用い
て、L/Sパターンの像が形成されているか否かの検出
を行っているが、これに限定されるものではなく、例え
ば、テンプレートパターンデータの代わりに予め基準値
を設定しておき、この基準値と各セルの像における対象
画素データとを比較した結果に基づいて検出を行うこと
もできる。あるいは、セルにおける全ての対象画素デー
タを加算し、所定の基準値と比較してL/Sパターンの
像が形成されているか否かの検出を行っても良い。
Further, in the present embodiment, whether or not an image of the L / S pattern is formed is detected by using a technique called pattern matching with template pattern data. However, the present invention is not limited to this. Instead, for example, a reference value may be set in advance instead of the template pattern data, and the detection may be performed based on a result of comparing the reference value with the target pixel data in the image of each cell. Alternatively, all the target pixel data in the cell may be added and compared with a predetermined reference value to detect whether or not the image of the L / S pattern is formed.

【0154】また、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡等で
像を拡大し、目視によってL/Sパターンの像が形成さ
れているか否かの検出を行っても良い。
The image may be enlarged by an optical microscope, a scanning electron microscope, or the like, and whether or not the image of the L / S pattern is formed may be visually detected.

【0155】さらに、本実施形態では、対象画素データ
の二値化処理において、対象パターンセルの表示レジス
ト像の対象画素データと空白セルの表示レジスト像の対
象画素データとの差から相関値を算出し、この相関値と
所定の基準値との比較により対象画素データの二値化を
行っているが、これに限定されるものではなく、別のア
ルゴリズムに基づいて二値化処理を行っても良い。例え
ば、相関値を算出するときに、各対象画素の画素データ
のみを用いるのではなく、各対象画素の周囲の複数の画
素データの単純平均値、あるいはそれらの重み付け平均
値などを用いることも可能である。
Further, in the present embodiment, in the binarization processing of the target pixel data, the correlation value is calculated from the difference between the target pixel data of the display resist image of the target pattern cell and the target pixel data of the display resist image of the blank cell. Although the binarization of the target pixel data is performed by comparing the correlation value with a predetermined reference value, the present invention is not limited to this, and the binarization processing may be performed based on another algorithm. good. For example, when calculating the correlation value, instead of using only the pixel data of each target pixel, a simple average value of a plurality of pixel data around each target pixel or a weighted average value thereof can be used. It is.

【0156】また、本実施形態では、各セルは、フレー
ムパターンを有しているが、基板上における各セルの転
写位置を他の手段で検出できる場合には、フレームパタ
ーンがなくても良い。あるいは、一部のセルのみフレー
ムパターンを有していても良い。さらに、フレームパタ
ーンは、像の位置検出用マーカとしての目的が達成され
るのであれば、必ずしも枠状である必要はなく、例えば
コンタクトホール等であっても良い。さらに、本実施形
態では、結像特性補正コントローラを介して投影光学系
PLの結像特性を調整するものとしたが、例えば、結像
特性補正コントローラだけでは結像特性を所定の許容範
囲内に制御することができないときなどは、投影光学系
PLの少なくとも一部を交換しても良いし、あるいは投
影光学系PLの少なくとも1つの光学素子を再加工(非
球面加工など)しても良い。また、特に光学素子がレン
ズエレメントであるときはその偏芯を変更したり、ある
いは光軸を中心として回転させても良い。このとき、露
光装置100のアライメントセンサを用いてレジスト像
などを検出する場合、主制御装置28はディスプレイ
(モニター)への警告表示、あるいはインターネット又
は携帯電話などによって、オペレータなどにアシストの
必要性を通知しても良いし、投影光学系PLの交換箇所
や再加工すべき光学素子など、投影光学系PLの調整に
必要な情報を一緒に通知すると良い。これにより、光学
特性(結像特性を含む)の計測などの作業時間だけでな
く、その準備期間も短縮でき、露光装置の停止期間の短
縮、すなわち稼働率の向上を図ることが可能となる。
In this embodiment, each cell has a frame pattern. However, if the transfer position of each cell on the substrate can be detected by other means, the frame pattern may not be provided. Alternatively, only some of the cells may have a frame pattern. Furthermore, the frame pattern does not necessarily have to be frame-shaped, and may be, for example, a contact hole, as long as the purpose as a marker for detecting the position of an image is achieved. Further, in the present embodiment, the image forming characteristic of the projection optical system PL is adjusted via the image forming characteristic correction controller. However, for example, only the image forming characteristic correction controller sets the image forming characteristic within a predetermined allowable range. When the control cannot be performed, at least a part of the projection optical system PL may be replaced, or at least one optical element of the projection optical system PL may be reworked (aspherical processing or the like). In particular, when the optical element is a lens element, the eccentricity may be changed or the optical element may be rotated around the optical axis. At this time, when a registration image or the like is detected using the alignment sensor of the exposure apparatus 100, the main control device 28 displays a warning on a display (monitor) or informs an operator or the like of necessity of assistance to the operator through the Internet or a mobile phone. The notification may be given, or information necessary for adjusting the projection optical system PL, such as a replacement portion of the projection optical system PL and an optical element to be reworked, may be notified together. As a result, not only the operation time for measuring the optical characteristics (including the imaging characteristics) but also the preparation period can be shortened, and the stop period of the exposure apparatus can be shortened, that is, the operation rate can be improved.

【0157】なお、上記実施形態では、本発明がステッ
プ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置に適用さ
れた場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれ
に限定されないのは勿論である。すなわち、ステップ・
アンド・スキャン方式、ステップ・アンド・スティッチ
方式、ミラープロジェクション・アライナー、及びフォ
トリピータなどにも好適に適用することができる。さら
に、投影光学系PLは、屈折系、反射屈折系、及び反射
系のいずれでも良いし、縮小系、等倍系、及び拡大系の
いずれでも良い。
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus has been described. However, the scope of the present invention is not limited to this. That is, step
The present invention can be suitably applied to an AND scan method, a step and stitch method, a mirror projection aligner, a photo repeater, and the like. Further, the projection optical system PL may be any of a refraction system, a catadioptric system, and a reflection system, and may be any of a reduction system, an equal magnification system, and an enlargement system.

【0158】特に、ステップ・アンド・スキャン方式の
縮小投影露光装置では、露光量を変化させて投影光学系
の光学特性を計測する従来の方法(例えば、前述したオ
ーバー露光フォーカス計測法など)を用いた場合、レジ
スト像が消失する露光量の前後で露光量やフォーカス位
置、振動、レチクルとウエハの同期精度などの影響によ
り測定結果のばらつきが大きく、測定結果の再現性が低
下するという問題があり、さらに、レジスト像が消失す
るときの露光量が、通常使用される最良露光量と大きく
異なるため、露光時の振動や同期精度の状態が通常の使
用状態と必ずしも同一ではないという問題があった。し
かしながら、本発明では、同一の露光量下で投影光学系
の光学特性を計測しているため、上記問題の発生を抑え
ることが可能となり、その結果として測定結果の再現性
を向上させることができる。
In particular, the step-and-scan type reduction projection exposure apparatus uses a conventional method of measuring the optical characteristics of the projection optical system by changing the exposure amount (for example, the above-described over-exposure focus measurement method). In such a case, there is a problem that the measurement result varies greatly before and after the exposure amount at which the resist image disappears due to the influence of the exposure amount, focus position, vibration, synchronization accuracy between the reticle and the wafer, and the reproducibility of the measurement result is reduced. Furthermore, since the exposure amount when the resist image disappears is significantly different from the normally used best exposure amount, there is a problem that the state of vibration and synchronization accuracy at the time of exposure is not always the same as the normal use state. . However, in the present invention, since the optical characteristics of the projection optical system are measured under the same exposure amount, it is possible to suppress the occurrence of the above problem, and as a result, it is possible to improve the reproducibility of the measurement result. .

【0159】さらに、本発明が適用される露光装置の光
源は、KrFエキシマレーザやArFエキシマレーザに
限らず、F2レーザ(波長157nm)、あるいは他の
真空紫外域のパルスレーザ光源であっても良い。この
他、露光用照明光として、例えば、DFB半導体レーザ
又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視
域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(又はエル
ビウムとイッテルビウムの両方)がドープされたファイ
バーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に
波長変換した高調波を用いても良い。
Further, the light source of the exposure apparatus to which the present invention is applied is not limited to a KrF excimer laser or an ArF excimer laser, but may be an F 2 laser (wavelength: 157 nm) or another pulsed laser light source in the vacuum ultraviolet region. good. In addition, a fiber doped with, for example, erbium (or both erbium and ytterbium) is used as the exposure illumination light, for example, a single-wavelength laser beam in the infrared or visible range oscillated from a DFB semiconductor laser or a fiber laser. A harmonic that has been amplified by an amplifier and wavelength-converted to ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used.

【0160】さらに、本発明は、半導体素子の製造に用
いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子、プラズマ
ディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられ
る、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露
光装置、薄膜磁気へッドの製造に用いられる、デバイス
パターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮
像素子(CCDなど)、マイクロマシン、及びDNAチ
ップなどの製造、さらにはマスク又はレチクルの製造に
用いられる露光装置などにも適用することができる。
Further, the present invention relates to an exposure apparatus for transferring a device pattern onto a glass plate, which is used not only for an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element but also for a display including a liquid crystal display element and a plasma display. Exposure equipment used in the manufacture of thin-film magnetic heads for exposing device patterns onto ceramic wafers, imaging devices (such as CCDs), micromachines, and DNA chips, as well as exposure used in the manufacture of masks or reticles. It can also be applied to devices and the like.

【0161】また、本実施形態で用いた画像処理装置を
応用して、像の所定領域の濃度を求めて簡易的なコント
ラスト測定を行うことができ、投影光学系の光学特性の
評価だけではなく、露光装置本体の装置の精度の評価に
用いることが可能である。
Further, by applying the image processing apparatus used in the present embodiment, a simple contrast measurement can be performed by obtaining the density of a predetermined area of an image. It can be used for evaluating the accuracy of the apparatus of the exposure apparatus main body.

【0162】さらに、画像処理装置550としては、C
CD撮像装置505とのインターフェースを有するパー
ソナルコンピュータを用いることができる。この場合、
処理部551の機能は、コンピュータプログラムとして
記憶部555に格納されており、オペレータの指示によ
り呼び出されるようになっている。
Further, as the image processing device 550, C
A personal computer having an interface with the CD imaging device 505 can be used. in this case,
The function of the processing unit 551 is stored in the storage unit 555 as a computer program, and is called by an operator's instruction.

【0163】《デバイス製造方法》次に、上で説明した
露光装置及び露光方法を使用したデバイスの製造方法の
実施形態を説明する。
<< Device Manufacturing Method >> Next, an embodiment of a device manufacturing method using the above-described exposure apparatus and exposure method will be described.

【0164】図21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、
DNAチップ、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21に示されるように、ま
ず、ステップ301(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302(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303(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. 21 shows devices (semiconductor chips such as ICs and LSIs, liquid crystal panels, CCDs, thin-film magnetic heads,
A flow chart of a manufacturing example of a DNA chip, a micromachine, etc.) is shown. As shown in FIG. 21, first, in step 301 (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 302 (mask manufacturing step), a mask on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step 303 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.

【0165】次に、ステップ304(ウエハ処理ステッ
プ)において、ステップ301〜ステップ303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305(デバイス組立ステップ)
において、ステップ304で処理されたウエハを用いて
デバイス組立を行う。このステップ305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 304 (wafer processing step), an actual circuit or the like is formed on the wafer by lithography using the mask and the wafer prepared in steps 301 to 303, as will be described later. Next, step 305 (device assembly step)
In, device assembly is performed using the wafer processed in step 304. This step 305 includes processes such as a dicing process, a bonding process, and a packaging process (chip encapsulation) as necessary.

【0166】最後に、ステップ306(検査ステップ)
において、ステップ305で作製されたデバイスの動作
確認テスト、耐久性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 306 (inspection step)
In step 305, inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the device manufactured in step 305 are performed. After these steps, the device is completed and shipped.

【0167】図22には、半導体デバイスの場合におけ
る、上記ステップ304の詳細なフロー例が示されてい
る。図22において、ステップ311(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312
(CVD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313(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3
14(イオン打込みステップ)においてはウエハにイオ
ンを打ち込む。以上のステップ311〜ステップ314
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. 22 shows a detailed flow example of step 304 in the case of a semiconductor device. In FIG. 22, step 311 (oxidation step)
In, the surface of the wafer is oxidized. Step 312
In the (CVD step), an insulating film is formed on the wafer surface. In step 313 (electrode forming step), electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. Step 3
At 14 (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Steps 311 to 314 described above
Each of them constitutes a pre-processing step in each stage of wafer processing, and is selected and executed according to a necessary process in each stage.

【0168】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3
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316(露光ステッ
プ)において、上記実施形態の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317(現像ステップ)においては露光さ
れたウエハを現像し、ステップ318(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319(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 3
In 15 (resist forming step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step 316 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred to the wafer by the exposure apparatus and the exposure method of the above embodiment. Next, in step 317 (development step), the exposed wafer is developed, and in step 318 (etching step), the exposed members other than the portion where the resist remains are removed by etching. Then, in step 319 (resist removing step), unnecessary resist after etching is removed.

【0169】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.

【0170】以上のような、本実施形態のデバイス製造
方法を用いれば、露光ステップで、上記実施形態の露光
装置及び露光方法が用いられるので、前述した光学特性
計測方法で精度良く求められた光学特性を考慮して調整
された投影光学系を介して高精度な露光が行われ、高集
積度のデバイスを生産性良く製造することが可能とな
る。
If the device manufacturing method of the present embodiment as described above is used, the exposure apparatus and the exposure method of the above embodiment are used in the exposure step. High-precision exposure is performed via the projection optical system adjusted in consideration of the characteristics, and a highly integrated device can be manufactured with high productivity.

【0171】[0171]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光学
特性計測方法によれば、短時間で、精度及び再現性良く
投影光学系の光学特性を求め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 of the present invention, there is an effect that the optical characteristics of the projection optical system can be obtained in a short time with high accuracy and reproducibility.

【0172】また、本発明に係る露光方法によれば、高
精度な露光を実現できるという効果がある。
Further, according to the exposure method of the present invention, there is an effect that highly accurate exposure can be realized.

【0173】また、本発明に係るデバイス製造方法によ
れば、高集積度の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, the productivity of a highly integrated 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】投影光学系の光学特性の計測に用いられるレチ
クルの一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a reticle used for measuring optical characteristics of a projection optical system.

【図3】投影光学系の光学特性の計測に用いられる計測
用パターンを説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a measurement pattern used for measuring optical characteristics of a projection optical system.

【図4】ウエハ上に形成されたレジスト像を説明するた
めの図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a resist image formed on a wafer.

【図5】レジスト像の画像処理を行うために用いられる
装置を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining an apparatus used for performing image processing of a resist image.

【図6】表示レジスト像における各セルを特定するため
に用いた配列DAi,jを説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining an array DA i, j used to specify each cell in a display resist image.

【図7】パターンマッチングにおいて、比較対象となる
領域の画素GAm,nを説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining pixels GA m, n in a region to be compared in pattern matching.

【図8】表示レジスト像DA1,1における画素データ
の二値化処理の結果の一例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a result of binarization processing of pixel data in the display resist images DA 1, 1 .

【図9】表示レジスト像において、第1の閾値SV1の
場合におけるL/Sパターンの像の形成状態を検出した
結果の一例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a result of detection of an L / S pattern image formation state in a display resist image in a case of a first threshold value SV1.

【図10】表示レジスト像において、第2の閾値SV2
の場合におけるL/Sパターンの像の形成状態を検出し
た結果の一例を示す図である。
FIG. 10 shows a second threshold value SV2 in a display resist image.
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a result of detection of an L / S pattern image formation state in the case of FIG.

【図11】表示レジスト像において、第3の閾値SV3
の場合におけるL/Sパターンの像の形成状態を検出結
果の一例を示す図である。
FIG. 11 shows a third threshold value SV3 in a display resist image.
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a detection result of a state of forming an image of an L / S pattern in the case of FIG.

【図12】サブ最良フォーカス位置と閾値との関係を示
す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between a sub best focus position and a threshold.

【図13】同一周期でデューティ比が異なる3種類のL
/Sパターンの像におけるコントラストと投影光学系の
光軸方向に関するウエハ位置との関係を示す図である。
FIG. 13 shows three types of L having the same cycle but different duty ratios.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between contrast in an image of the / S pattern and a wafer position in an optical axis direction of a projection optical system.

【図14】図13とは異なる評価点での、同一周期でデ
ューティ比が異なる3種類のL/Sパターンの像におけ
るコントラストと投影光学系の光軸方向に関するウエハ
位置との関係を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the contrast and the wafer position in the optical axis direction of the projection optical system in images of three types of L / S patterns having the same cycle and different duty ratios at evaluation points different from FIG. is there.

【図15】同一線幅で周期が異なる3種類のL/Sパタ
ーンの像におけるコントラストと投影光学系の光軸方向
に関するウエハ位置との関係を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a relationship between contrast in images of three types of L / S patterns having the same line width and different periods, and the wafer position in the optical axis direction of the projection optical system.

【図16】表示レジスト像において、L/Sパターンの
像が形成されるデューティ比の最小値(限界デューティ
比)と投影光学系の光軸方向に関するウエハ位置との関
係を示す図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating a relationship between a minimum value (limit duty ratio) of a duty ratio at which an image of an L / S pattern is formed in a display resist image and a wafer position in an optical axis direction of a projection optical system.

【図17】図3の計測用パターンとは異なる計測用パタ
ーンを説明するための図である。
FIG. 17 is a view for explaining a measurement pattern different from the measurement pattern of FIG. 3;

【図18】図17の計測用パターンのレジスト像を示す
図である。
18 is a diagram showing a resist image of the measurement pattern of FIG.

【図19】図3及び図17の計測用パターンとは異なる
計測用パターンを説明するための図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining a measurement pattern different from the measurement patterns of FIGS. 3 and 17;

【図20】図3、図17及び図19の計測用パターンと
は異なる計測用パターンを説明するための図である。
20 is a diagram for explaining a measurement pattern different from the measurement patterns of FIGS. 3, 17 and 19. FIG.

【図21】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. 21 is a flowchart illustrating an embodiment of a device manufacturing method according to the present invention.

【図22】図21のステップ304における処理のフロ
ーチャートである。
FIG. 22 is a flowchart of a process in step 304 of FIG. 21.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

28…主制御装置、100…露光装置、500…走査型
電子顕微鏡、550…画像処理装置、CA10…空白セ
ル(空白領域)、PL…投影光学系、R…レチクル(マ
スク)、RPA…計測用パターン(第1パターン:第1
の周期方向、第1の周期)、RPa…第2パターン(第
2の周期方向)、RPB…計測用パターン(第1の周期
方向、第1の周期)、RPD…第2パターン(第2の周
期)、VCR…遮光用パターン、W…ウエハ(基板)。
28: Main control unit, 100: Exposure unit, 500: Scanning electron microscope, 550: Image processing unit, CA10: Blank cell (blank area), PL: Projection optical system, R: Reticle (mask), RPA: For measurement Pattern (first pattern: first)
, The first direction), RPa... Second pattern (second period), RPB... Measurement pattern (first period, first period), RPD... Second pattern (second Cycle), VCR: light-shielding pattern, W: wafer (substrate).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03F 9/02 H01L 21/30 516A Fターム(参考) 2G086 HH07 2H095 BA02 BB01 BB02 BB31 5F046 DB05 DB10 EA03 EA09 FC04 FC06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G03F 9/02 H01L 21/30 516A F-term (Reference) 2G086 HH07 2H095 BA02 BB01 BB02 BB31 5F046 DB05 DB10 EA03 EA09 FC04 FC06

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1面上のパターンを第2面上に投影す
る投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法に
おいて、 デューティ比が異なる少なくとも2つのラインアンドス
ペースパターンを含む計測用パターンが形成されたマス
クを前記第1面上に配置し、前記計測用パターンの像を
前記投影光学系により前記第2面側に投影し、前記投影
光学系の光軸方向に関する複数の位置で前記計測用パタ
ーン中の各ラインアンドスペースパターンの像の形成状
態を検出し、その検出結果に基づいて前記投影光学系の
光学特性を求めることを特徴とする光学特性計測方法。
1. An optical characteristic measuring method for measuring an optical characteristic of a projection optical system for projecting a pattern on a first surface onto a second surface, wherein the measuring pattern includes at least two line and space patterns having different duty ratios. Is arranged on the first surface, an image of the measurement pattern is projected on the second surface side by the projection optical system, and the image is projected at a plurality of positions in the optical axis direction of the projection optical system. An optical characteristic measuring method comprising: detecting an image forming state of each line and space pattern in a measurement pattern; and obtaining an optical characteristic of the projection optical system based on the detection result.
【請求項2】 前記各ラインアンドスペースパターンの
周期方向は、同じ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 line and space patterns have the same periodic direction.
【請求項3】 前記計測用パターンは、 前記デューティ比が異なりかつ周期方向を第1方向とす
る少なくとも2つのラインアンドスペースパターンから
成る第1パターンと、 前記デューティ比が異なりかつ周期方向を第2方向とす
る少なくとも2つのラインアンドスペースパターンから
成る第2パターンと、を含む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 measurement pattern includes: a first pattern including at least two line-and-space patterns having different duty ratios and a periodic direction as a first direction; and a second pattern having different duty ratios and a second periodic direction. A second pattern comprising at least two line and space patterns as directions.
The optical characteristic measurement method described in 1.
【請求項4】 前記計測用パターンは、 前記デューティ比が異なりかつ同一の第1の周期を有す
る少なくとも2つのラインアンドスペースパターンから
なる第1パターンと、 前記デューティ比が異なりかつ同一の第2の周期を有す
る少なくとも2つのラインアンドスペースパターンから
なる第2パターンと、を含むことを特徴とする請求項1
に記載の光学特性計測方法。
4. The measurement pattern includes a first pattern including at least two line-and-space patterns having different duty ratios and the same first period, and a second pattern having different duty ratios and the same second pattern. A second pattern comprising at least two line-and-space patterns having a period.
The optical characteristic measurement method described in 1.
【請求項5】 前記各ラインアンドスペースパターン
は、前記マスクのパターン面上に特定方向に沿って一列
に配置されてい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 optical device according to claim 1, wherein the line and space patterns are arranged in a line on a pattern surface of the mask along a specific direction. Characteristics measurement method.
【請求項6】 前記第1パターンを構成する前記各ライ
ンアンドスペースパターンは、前記マスクのパターン面
上に前記特定方向の所定の一列に沿って配置され、 前記第2パターンを構成する前記各ラインアンドスペー
スパターンは、前記パターン面上に前記所定の一列とは
異なる前記特定方向の他の一列に沿って配置されている
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の光学特性計測
方法。
6. The line and space pattern constituting the first pattern is arranged along a predetermined line in the specific direction on a pattern surface of the mask, and the line constituting the second pattern is provided. The optical property measuring method according to claim 3, wherein the AND space pattern is arranged on the pattern surface along another row in the specific direction different from the predetermined row.
【請求項7】 前記計測用パターンは、前記パターン面
上の前記第1パターンが配列された前記所定の一列と前
記第2パターンが配列された前記他の一列との間に形成
された遮光用パターンを更に含むことを特徴とする請求
項6に記載の光学特性計測方法。
7. The light-shielding pattern formed between the predetermined row on which the first pattern is arranged on the pattern surface and the other row on which the second pattern is arranged. 7. The method according to claim 6, further comprising a pattern.
【請求項8】 前記特定方向に沿って配置された前記各
ラインアンドスペースパターンの列は、パターンのデュ
ーティ比が前記特定方向の一側から他側に向かって次第
に大きくなる部分と次第に小さくなる部分との少なくと
も一方の部分を含むことを特徴とする請求項5〜7のい
ずれか一項に記載の光学特性計測方法。
8. A row of the line and space patterns arranged along the specific direction includes a portion where a duty ratio of the pattern gradually increases from one side to the other side in the specific direction and a portion where the duty ratio gradually decreases. The optical characteristic measuring method according to any one of claims 5 to 7, comprising at least one portion of:
【請求項9】 前記計測用パターンの像は、前記投影光
学系の前記第2面側に配置された基板の前記投影光学系
の光軸方向に関する複数の位置で、前記投影光学系によ
り前記基板上の異なる領域にそれぞれ転写される像であ
ることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載
の光学特性計測方法。
9. The image of the measurement pattern is provided by the projection optical system at a plurality of positions of a substrate arranged on the second surface side of the projection optical system in an optical axis direction of the projection optical system. The method according to claim 1, wherein the images are respectively transferred to different upper areas.
【請求項10】 前記基板上の異なる領域に転写された
前記計測用パターンの像の各撮像データと所定のテンプ
レートパターンデータとのパターンマッチングにより前
記計測用パターン中の各ラインアンドスペースパターン
の像の形成状態を検出することを特徴とする請求項9に
記載の光学特性計測方法。
10. An image of each line and space pattern in the measurement pattern by pattern matching between each image data of the image of the measurement pattern transferred to a different region on the substrate and predetermined template pattern data. The method for measuring optical characteristics according to claim 9, wherein a formation state is detected.
【請求項11】 前記マスク上の前記計測用パターンが
形成されたパターン領域の近傍には、パターンが存在し
ない空白領域が存在することを特徴とする請求項10に
記載の光学特性計測方法。
11. The optical characteristic measuring method according to claim 10, wherein a blank area where no pattern exists exists near the pattern area on the mask where the measurement pattern is formed.
【請求項12】 前記テンプレートパターンデータは、
前記基板上に投影された前記マスク上の前記空白領域の
撮像データであることを特徴とする請求項11に記載の
光学特性計測方法。
12. The template pattern data includes:
12. The optical characteristic measuring method according to claim 11, wherein the image data is imaging data of the blank area on the mask projected on the substrate.
【請求項13】 前記形成状態の検出対象となる像は、
前記基板に形成される潜像であることを特徴とする請求
項9〜12のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
13. The image to be detected for the formation state,
The optical characteristic measuring method according to claim 9, wherein the method is a latent image formed on the substrate.
【請求項14】 前記形成状態の検出対象となる像は、
前記基板を現像して得られるレジスト像であることを特
徴とする請求項9〜12のいずれか一項に記載の光学特
性計測方法。
14. An image to be detected for the formation state,
The optical characteristic measuring method according to claim 9, wherein the resist image is a resist image obtained by developing the substrate.
【請求項15】 前記像の形成状態の検出の結果、その
像が検出された前記ラインアンドスペースパターンのデ
ューティ比の最小値を、前記投影光学系の光軸方向に関
する位置毎に求め、前記投影光学系の前記光軸方向に関
する位置と前記最小値との相関関係により最良フォーカ
ス位置を決定することを特徴とする請求項1〜14のい
ずれか一項に記載の光学特性計測方法。
15. As a result of detecting the state of formation of the image, a minimum value of a duty ratio of the line and space pattern where the image is detected is obtained for each position in the optical axis direction of the projection optical system. The optical characteristic measuring method according to claim 1, wherein a best focus position is determined based on a correlation between a position of the optical system in the optical axis direction and the minimum value.
【請求項16】 前記像の形成状態の検出の結果、その
像が検出された前記投影光学系の光軸方向に関する範囲
を、前記ラインアンドスペースパターンのデューティ比
毎に求め、該範囲と前記デューティ比との相関関係によ
り最良フォーカス位置を決定することを特徴とする請求
項1〜14のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
16. As a result of detecting the state of formation of the image, a range in the optical axis direction of the projection optical system in which the image is detected is obtained for each duty ratio of the line-and-space pattern. 15. The optical characteristic measuring method according to claim 1, wherein the best focus position is determined based on a correlation with the ratio.
【請求項17】 露光用のエネルギビームをマスクに照
射し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を
介して基板上に転写する露光方法であって、 請求項1〜16のいずれか一項に記載の光学特性計測方
法によって計測された前記光学特性を考慮して前記投影
光学系を調整する工程と; 前記調整された投影光学系を介して前記マスクに形成さ
れたパターンを前記基板に転写する工程と;を含む露光
方法。
17. An exposure method for irradiating a mask with an energy beam for exposure and transferring a pattern formed on the mask onto a substrate via a projection optical system, wherein the exposure method comprises the steps of: A step of adjusting the projection optical system in consideration of the optical characteristics measured by the optical characteristic measurement method according to the paragraph; and a pattern formed on the mask via the adjusted projection optical system on the substrate. And a transferring step.
【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は、請求項17に記載の露光方
法を用いる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 the lithography step uses the exposure method according to claim 17.
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