JP2007201298A - Focus measurement method, exposure system and mask for focus measurement - Google Patents

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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure focus information related to a projection optics system through the use of simply configured marks. <P>SOLUTION: A focus measurement method of measuring projection optics system focus information comprises the steps of: using illumination light, in which principal ray is inclined relative to an optical axis AX of the projection optics system PL, to illuminate the marks 50A, 50B such that each center of barycenter of two diffraction lights from the marks 50A, 50B deviates in the X direction on the pupil surface PLP of the projection optics PL, and thereby to project images of marks 50A, 50B disposed by projection optics PL on a wafer W; obtaining the spacing in the X direction of the projected marks 50A, 50B; and also obtaining defocus amount at the locations where the mark images are projected based on the obtained spacing. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、投影光学系のフォーカス計測技術及び露光技術に関し、例えば半導体集積回路、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程でパターンを基板上に転写するために使用される露光装置の投影光学系の結像状態を計測する際に適用可能なものである。   The present invention relates to a focus measurement technique and an exposure technique of a projection optical system, for example, for transferring a pattern onto a substrate in a lithography process for manufacturing various devices such as a semiconductor integrated circuit, a liquid crystal display element, or a thin film magnetic head. This is applicable when measuring the imaging state of the projection optical system of the exposure apparatus used.

例えば半導体集積回路を製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光性基板としてのレジストが塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)上に転写するために使用される投影露光装置においては、集積回路の一層の微細化に伴い、投影光学系の解像度に対する要求が高まっている。   For example, to transfer a pattern formed on a mask onto a wafer (or glass plate or the like) coated with a resist as a photosensitive substrate through a projection optical system in a lithography process for manufacturing a semiconductor integrated circuit. In the projection exposure apparatus to be used, with the further miniaturization of the integrated circuit, the demand for the resolution of the projection optical system is increasing.

一般に、投影光学系の解像度が高まると、その焦点深度は浅くなり、許容されるデフォーカス量が小さくなる。また、デフォーカス量は投影光学系の像面湾曲等の結像特性、露光装置のオートフォーカス性能、及びウエハ表面の凹凸分布に対応するフラットネス等によっても変化する。そこで、予め投影光学系の結像特性や、ウエハのフラットネス等のフォーカス情報を評価するために、従来は、+1次及び−1次の回折光の回折効率が異なる特殊な非対称の回折格子マーク及び遮光パターンからなる基準マークを照明光学系の光軸を中心とした対称な光量分布を持つ照明光で照明し、その非対称の回折格子マーク及び遮光パターンの像をレジストが塗布されたウエハ上に投影して、そのレジスト像の形状等を計測し、その計測結果からデフォーカス量を求めていた(例えば、特許文献1参照)。
特許第3297423号明細書
In general, when the resolution of the projection optical system increases, the depth of focus becomes shallower and the allowable defocus amount decreases. The defocus amount also varies depending on imaging characteristics such as the curvature of field of the projection optical system, autofocus performance of the exposure apparatus, and flatness corresponding to the uneven distribution on the wafer surface. Therefore, specially asymmetric diffraction grating marks having different diffraction efficiencies of the + 1st order and -1st order diffracted light have been conventionally used in order to evaluate the imaging characteristics of the projection optical system and the focus information such as the flatness of the wafer in advance. And illuminating a reference mark composed of a light shielding pattern with illumination light having a symmetric light distribution around the optical axis of the illumination optical system, and an image of the asymmetric diffraction grating mark and the light shielding pattern on a resist-coated wafer. The shape of the resist image is measured by projection, and the defocus amount is obtained from the measurement result (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent No. 3297423

上記の如く、特殊な非対称の回折格子マークを用いる従来のデフォーカス量の計測方法では、+1次及び−1次の回折光の回折効率の比率を所定値に設定するためのマークの形成が困難であり、評価用マスクの製造コストが高くなるという不都合があった。
また、デフォーカス量の計測は、投影光学系の視野(露光領域)内の複数の計測点で行うこともあるが、このためにはその複数の計測点に対応する評価用マスク上の位置にそれぞれその特殊なマークを形成しておく必要がある。しかしながら、回折効率の比率が規定された特殊なマークを複数個形成するのはさらに困難であった。
As described above, in the conventional defocus amount measurement method using a special asymmetric diffraction grating mark, it is difficult to form a mark for setting the ratio of the diffraction efficiency of + 1st order and −1st order diffracted light to a predetermined value. Therefore, there is a disadvantage that the manufacturing cost of the evaluation mask is increased.
In addition, the defocus amount may be measured at a plurality of measurement points in the field of view (exposure region) of the projection optical system. For this purpose, the defocus amount is measured at positions on the evaluation mask corresponding to the plurality of measurement points. It is necessary to form a special mark for each. However, it is more difficult to form a plurality of special marks with a defined diffraction efficiency ratio.

本発明は斯かる点に鑑み、簡単な構成のマークを用いて投影光学系のフォーカス情報を計測できるフォーカス計測技術及び露光技術を提供することを目的とする。
さらに本発明は、投影光学系のフォーカス情報を計測する際に使用できる簡単な構成のフォーカス計測用マスクを提供することをも目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, an object of the present invention is to provide a focus measurement technique and an exposure technique that can measure focus information of a projection optical system using a mark having a simple configuration.
A further object of the present invention is to provide a focus measurement mask having a simple configuration that can be used when measuring focus information of a projection optical system.

本発明によるフォーカス計測方法は、投影光学系(PL)のフォーカス情報を計測するフォーカス計測方法であって、主光線がその投影光学系の光軸に対して傾斜した照明光を用いて、その投影光学系の瞳面において当該瞳面における光軸からの距離が互いに異なるような光強度分布が得られるように2つの回折光を発生する第1マーク(50A)を照明する第1工程と、その投影光学系を介してその第1マークの像を所定面に投影し、この第1マークの像の位置情報を求める第2工程と、その第2工程で求められる位置情報に基づいて、その投影光学系のフォーカス情報を求める第3工程とを有するものである。   A focus measurement method according to the present invention is a focus measurement method for measuring focus information of a projection optical system (PL), and the projection is performed using illumination light whose principal ray is inclined with respect to the optical axis of the projection optical system. A first step of illuminating a first mark (50A) that generates two diffracted lights so that a light intensity distribution in which the distance from the optical axis on the pupil plane is different from each other is obtained on the pupil plane of the optical system; Projecting the image of the first mark on a predetermined surface via the projection optical system, the second step of obtaining the position information of the image of the first mark, and the projection based on the position information obtained in the second step And a third step for obtaining focus information of the optical system.

本発明によれば、その第1マークからの2つの回折光がその投影光学系を通過して形成される像は、その投影面のデフォーカス量に応じて横ずれするため、例えばその像の横ずれ量の情報からフォーカス情報を求めることができる。この際に、その第1マークとして所定ピッチの周期的マーク等の簡単なマークを使用できる。
次に、本発明による露光装置は、投影光学系(PL)を介してパターンを基板上に転写する露光装置において、その投影光学系の物体面側に配置される第1マーク(50A)を照明する照明光学系(5)と、その第1マークから発生する2つの回折光がその投影光学系の瞳面における光軸からの距離が互いに異なるような光強度分布を得るように、その第1マークを照明する照明光の主光線の傾斜角を制御する制御装置(1,11,12)とを備えたものである。本発明によって、本発明のフォーカス計測方法を使用できる。
According to the present invention, an image formed by passing two diffracted lights from the first mark through the projection optical system is laterally shifted according to the defocus amount of the projection surface. Focus information can be obtained from quantity information. At this time, a simple mark such as a periodic mark having a predetermined pitch can be used as the first mark.
Next, the exposure apparatus according to the present invention illuminates the first mark (50A) arranged on the object plane side of the projection optical system in the exposure apparatus that transfers the pattern onto the substrate via the projection optical system (PL). The illumination optical system (5) and the first diffracted light generated from the first mark so as to obtain a light intensity distribution such that the distance from the optical axis on the pupil plane of the projection optical system is different from each other. And a control device (1, 11, 12) for controlling the inclination angle of the principal ray of the illumination light for illuminating the mark. According to the present invention, the focus measurement method of the present invention can be used.

また、本発明によるフォーカス計測用のマスク(TR)は、照明光の主光線が傾斜した照明条件で照明されるマスクであって、回折光のずれ方が互いに異なるとともに、それぞれ所定の周期方向に対称な第1マーク(50A)及び第2マーク(50B)が並べて形成されたものである。本発明によって、本発明のフォーカス制御方法を使用できる。   In addition, the focus measurement mask (TR) according to the present invention is a mask that is illuminated under illumination conditions in which the chief ray of illumination light is tilted, and the diffracted light is shifted in different ways and each has a predetermined periodic direction. A symmetrical first mark (50A) and second mark (50B) are formed side by side. According to the present invention, the focus control method of the present invention can be used.

なお、以上の本発明の所定の要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。   In addition, although the code | symbol with the parenthesis attached | subjected to the predetermined element of the above this invention respond | corresponds to the member in drawing which shows one Embodiment of this invention, each code | symbol is used for easy understanding of this invention. However, the present invention is not limited to the configuration of the embodiment.

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図1〜図23を参照して説明する。
図1は、本例のスキャニングステッパーよりなる投影露光装置の概略構成を示し、この図1において、露光光源6としてはArFエキシマレーザ光源(波長193nm)が使用されている。なお、露光光源としては、KrFエキシマレーザ光源(波長247nm)、F2 レーザ光源(波長157nm)、固体レーザ(半導体レーザなど)の高調波発生装置、又は水銀ランプなども使用することができる。
Hereinafter, an example of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus comprising a scanning stepper of this example. In FIG. 1, an ArF excimer laser light source (wavelength 193 nm) is used as the exposure light source 6. As an exposure light source, a KrF excimer laser light source (wavelength 247 nm), an F 2 laser light source (wavelength 157 nm), a harmonic generator of a solid-state laser (semiconductor laser or the like), a mercury lamp, or the like can also be used.

露光時に露光光源6から発光された露光用の照明光(露光ビーム)ILは、ミラー7、不図示のビーム整形光学系、第1レンズ8A、ミラー9、及び第2レンズ8Bを経て断面形状が所定形状に整形されて、オプティカル・インテグレータ(ユニフォマイザ又はホモジナイザ)としてのフライアイレンズ10に入射して、照度分布が均一化される。フライアイレンズ10の射出面(照明光学系の瞳面)には、照明光の光量分布を光軸に対して対称な2つの円形領域に分布させる2極照明(ダイポール照明)用の開口絞り13A、光軸から離れた1つの円形領域からなり物体面上での照明光の主光線を光軸に対して所定角度で傾斜させるため(即ち、テレセントリシティを崩すため)の開口絞り13B、輪帯照明用の開口絞り13C、及び円形開口からなる通常照明用の開口絞り13D等を有する照明系開口絞り部材11が、駆動モータ12によって回転自在に配置されている。なお、以下、テレセントリシティを崩すことをテレセン崩しと言う。装置全体の動作を制御する主制御系1が駆動モータ12の動作を制御し、主制御系1、照明系開口絞り部材11、及び駆動モータ12より、照明光ILの主光線の傾斜角を制御する制御装置が構成されている。   Exposure illumination light (exposure beam) IL emitted from the exposure light source 6 at the time of exposure has a cross-sectional shape through a mirror 7, a beam shaping optical system (not shown), a first lens 8A, a mirror 9, and a second lens 8B. After being shaped into a predetermined shape, it is incident on the fly-eye lens 10 as an optical integrator (a homogenizer or a homogenizer), and the illuminance distribution is made uniform. On the exit surface of the fly-eye lens 10 (the pupil plane of the illumination optical system), an aperture stop 13A for dipole illumination (dipole illumination) that distributes the light amount distribution of illumination light in two circular regions symmetrical to the optical axis. An aperture stop 13B and a ring for tilting the principal ray of illumination light on the object plane at a predetermined angle with respect to the optical axis (that is, breaking the telecentricity), which is composed of one circular area away from the optical axis. An illumination system aperture stop member 11 having a band illumination aperture stop 13C, a normal illumination aperture stop 13D having a circular aperture, and the like is rotatably arranged by a drive motor 12. Hereinafter, losing telecentricity is referred to as telecentric collapse. The main control system 1 that controls the operation of the entire apparatus controls the operation of the drive motor 12, and the main control system 1, the illumination system aperture stop member 11, and the drive motor 12 control the tilt angle of the principal ray of the illumination light IL. A control device is configured.

照明系開口絞り部材11中の所定の開口絞りを通過した照明光ILは、反射率の小さいビームスプリッタ14及びリレーレンズ17Aを経て、固定視野絞りとしての固定ブラインド18A及び可動視野絞りとしての可動ブラインド18Bを順次通過する。ブラインド18A,18Bを通過した照明光ILは、サブコンデンサレンズ17B、光路折り曲げ用のミラー19、及びメインコンデンサレンズ20を経て、マスクとしてのレチクルRのパターン領域の照明領域21Rを均一な照度分布で照明する。   The illumination light IL that has passed through a predetermined aperture stop in the illumination system aperture stop member 11 passes through a beam splitter 14 and a relay lens 17A having a low reflectivity, and then a fixed blind 18A as a fixed field stop and a movable blind as a movable field stop. Pass through 18B sequentially. The illumination light IL that has passed through the blinds 18A and 18B passes through the sub-condenser lens 17B, the optical path bending mirror 19, and the main condenser lens 20, and the illumination area 21R of the pattern area of the reticle R as a mask has a uniform illuminance distribution. Illuminate.

一方、ビームスプリッタ14で反射された照明光は、集光レンズ15を介して光電センサよりなるインテグレータセンサ16に受光される。その検出信号は露光量制御系3に供給され、露光量制御系3は、その検出信号と予め計測されているビームスプリッタ14から物体としてのウエハWまでの光学系の透過率とを用いてウエハW上での露光エネルギーを間接的に算出する。露光量制御系3は、その算出結果の積算値及び装置全体の動作を統轄制御する主制御系1からの制御情報に基づいて、ウエハW上で適正露光量が得られるように露光光源6の発光動作を制御する。ミラー7,9及びレンズ8A,8Bからメインコンデンサレンズ20までの光学部材を含んで照明光学系5が構成されている。   On the other hand, the illumination light reflected by the beam splitter 14 is received by the integrator sensor 16 including a photoelectric sensor via the condenser lens 15. The detection signal is supplied to the exposure amount control system 3, and the exposure amount control system 3 uses the detection signal and the transmittance of the optical system from the beam splitter 14 measured in advance to the wafer W as an object. The exposure energy on W is indirectly calculated. The exposure amount control system 3 controls the exposure light source 6 so that an appropriate exposure amount is obtained on the wafer W based on the integrated value of the calculation result and the control information from the main control system 1 that controls the overall operation of the apparatus. Controls the light emission operation. The illumination optical system 5 includes the optical members from the mirrors 7 and 9 and the lenses 8A and 8B to the main condenser lens 20.

照明光ILのもとで、レチクルRの照明領域21R内のパターンは、両側テレセントリックの投影光学系PLを介して投影倍率β(βは1/4,1/5等)で、レジストが塗布されたウエハW上の一つのショット領域SA上の非走査方向に細長いスリット状の露光領域21Wに投影される。以下、図1において、投影光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクルR及びウエハWの走査方向に直交する非走査方向にX軸を取り、その走査方向にY軸を取って説明する。   Under the illumination light IL, the pattern in the illumination area 21R of the reticle R is coated with a resist at a projection magnification β (β is 1/4, 1/5, etc.) via a bilateral telecentric projection optical system PL. And projected onto a slit-like exposure area 21W elongated in the non-scanning direction on one shot area SA on the wafer W. Hereinafter, in FIG. 1, the Z axis is taken in parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, and X in the non-scanning direction orthogonal to the scanning direction of the reticle R and the wafer W during scanning exposure in a plane perpendicular to the Z axis. A description will be given by taking the axis and taking the Y axis in the scanning direction.

先ず、レチクルRはレチクルステージ22上に保持され、レチクルステージ22はレチクルベース23上でY方向に一定速度で移動すると共に、同期誤差を補正するようにX方向、Y方向、回転方向に微動して、レチクルRの走査を行う。レチクルステージ22の位置は、この上に設けられた移動鏡(不図示)及びレーザ干渉計(不図示)によって計測され、この計測値及び主制御系1からの制御情報に基づいて、ステージ駆動系2は不図示の駆動機構(リニアモータなど)を介してレチクルステージ22の位置及び速度を制御する。また、レチクルRの周辺部の上方には、レチクルアライメント用のレチクルアライメント顕微鏡(不図示)が配置されている。   First, the reticle R is held on the reticle stage 22, and the reticle stage 22 moves on the reticle base 23 at a constant speed in the Y direction, and finely moves in the X, Y, and rotational directions so as to correct the synchronization error. Then, the reticle R is scanned. The position of the reticle stage 22 is measured by a movable mirror (not shown) and a laser interferometer (not shown) provided on the reticle stage 22, and based on the measured value and control information from the main control system 1, a stage drive system 2 controls the position and speed of the reticle stage 22 via a drive mechanism (not shown) such as a linear motor. A reticle alignment microscope (not shown) for reticle alignment is disposed above the periphery of the reticle R.

一方、ウエハWは、ウエハホルダ24を介してウエハステージ28上に保持され、ウエハステージ28はウエハベース27上でY方向に一定速度で移動すると共に、X方向、Y方向にステップ移動するXYステージ26と、Zチルトステージ25とを備えている。Zチルトステージ25は、不図示のオートフォーカスセンサによるウエハWのZ方向の位置の計測値に基づいて、ウエハWのフォーカシングを行う。ウエハステージ28のXY平面内での位置、及びX軸、Y軸、Z軸の回りの回転角はレーザ干渉計(不図示)によって計測され、この計測値及び主制御系1からの制御情報に基づいて、ステージ駆動系2は不図示の駆動機構(リニアモータなど)を介してウエハステージ28の動作を制御する。   On the other hand, the wafer W is held on the wafer stage 28 via the wafer holder 24. The wafer stage 28 moves on the wafer base 27 at a constant speed in the Y direction, and moves in steps in the X and Y directions. And a Z tilt stage 25. The Z tilt stage 25 performs focusing of the wafer W based on a measurement value of a position in the Z direction of the wafer W by an auto focus sensor (not shown). The position of the wafer stage 28 in the XY plane and the rotation angles around the X, Y, and Z axes are measured by a laser interferometer (not shown), and the measured values and control information from the main control system 1 are used. Based on this, the stage drive system 2 controls the operation of the wafer stage 28 via a drive mechanism (such as a linear motor) (not shown).

また、ウエハステージ28上のウエハホルダ24の近傍には、空間像計測系29が固定され、空間像計測系29上のウエハWの表面とほぼ同じ高さに設定された面に、照明光ILを通過させるためのY方向に細長いスリット30が形成されている。空間像計測系29の内部には、スリット30を通過した照明光を集光して光電変換する光電センサが設置され、その光電センサの検出信号が主制御系1内の信号処理部に供給されている。空間像計測系29を用いて、投影光学系PLの露光領域21W(視野)内の所定の計測点における投影光学系PLのベストフォーカス位置を計測できる。   An aerial image measurement system 29 is fixed in the vicinity of the wafer holder 24 on the wafer stage 28, and the illumination light IL is applied to a surface set at substantially the same height as the surface of the wafer W on the aerial image measurement system 29. An elongated slit 30 is formed in the Y direction for passing through. A photoelectric sensor that condenses and photoelectrically converts the illumination light that has passed through the slit 30 is installed inside the aerial image measurement system 29, and a detection signal of the photoelectric sensor is supplied to a signal processing unit in the main control system 1. ing. The aerial image measurement system 29 can be used to measure the best focus position of the projection optical system PL at a predetermined measurement point in the exposure area 21W (field of view) of the projection optical system PL.

具体的に、レチクルステージ22上に、例えばX方向に所定ピッチのライン・アンド・スペースパターン(以下、L&Sパターンという。)よりなる評価用マークが形成されたテストレチクルをロードして、その評価用マークの像を空間像計測系29のスリット30でX方向に走査して、ウエハステージ28のX方向の座標に対応させてその光電センサの検出信号を取り込み、その検出信号のコントラストを求める。そして、スリット30のZ位置(上記のオートフォーカスセンサによって計測できる)を変えながら、その動作を繰り返してその検出信号のコントラストが最大になるときのZ位置を求めると、それがその評価用マークが投影される計測点におけるベストフォーカス位置となる。   Specifically, for example, a test reticle on which an evaluation mark made of a line and space pattern (hereinafter referred to as an L & S pattern) having a predetermined pitch in the X direction is loaded on the reticle stage 22 and the evaluation is performed. The mark image is scanned in the X direction by the slit 30 of the aerial image measurement system 29, the detection signal of the photoelectric sensor is taken in correspondence with the coordinate in the X direction of the wafer stage 28, and the contrast of the detection signal is obtained. Then, while changing the Z position of the slit 30 (which can be measured by the autofocus sensor), the operation is repeated and the Z position when the contrast of the detection signal is maximized is obtained. This is the best focus position at the projected measurement point.

また、ウエハステージ28の上方には、ウエハアライメント用のオフ・アクシス方式のアライメントセンサ32が配置されており、この検出結果に基づいて主制御系1はウエハWのアライメントを行う。
露光時には、レチクルステージ22及びウエハステージ28を駆動して、照明光ILを照射した状態でレチクルRとウエハW上の一つのショット領域とをY方向に同期走査する動作と、ウエハステージ28を駆動してウエハWをX方向、Y方向にステップ移動する動作とが繰り返される。これによって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハW上の各ショット領域にレチクルRのパターン像が露光される。
Further, an off-axis type alignment sensor 32 for wafer alignment is disposed above the wafer stage 28, and the main control system 1 aligns the wafer W based on the detection result.
At the time of exposure, the reticle stage 22 and the wafer stage 28 are driven so that the reticle R and one shot area on the wafer W are synchronously scanned in the Y direction while being irradiated with the illumination light IL, and the wafer stage 28 is driven. Then, the step of moving the wafer W stepwise in the X and Y directions is repeated. Thereby, the pattern image of the reticle R is exposed to each shot area on the wafer W by the step-and-scan method.

次に、本例の投影光学系PLに関するフォーカス情報としては、投影光学系PLの像面湾曲や非点収差等の結像特性、及び露光対象のウエハのフラットネス等がある。この場合、投影光学系PLの像面湾曲は、例えば上記の空間像計測系29を用いて露光領域21W内の複数の計測点でベストフォーカス位置を求めることによって求めることができる。しかしながら、空間像計測系29を用いる方法では、ウエハのフラットネスは計測できないため、以下では所定マークを用いて露光領域21W内の所定の計測位置で投影光学系PLに対するデフォーカス量を計測することによって、ウエハのフラットネスを計測する方法の一例について説明する。この計測によって、例えば複数ロットのウエハをフラットネスの良否に応じて複数ランクに分けて、用途に応じてウエハを使い分けることが可能になる。また、予め平面度が良好であることが分かっている基準ウエハを用いて、露光領域21W内の複数の計測位置でデフォーカス量を計測することによって、投影光学系PLの像面湾曲等を計測することも可能である。   Next, the focus information related to the projection optical system PL of this example includes imaging characteristics such as field curvature and astigmatism of the projection optical system PL, and the flatness of the wafer to be exposed. In this case, the curvature of field of the projection optical system PL can be obtained, for example, by obtaining the best focus position at a plurality of measurement points in the exposure region 21W using the aerial image measurement system 29 described above. However, since the flatness of the wafer cannot be measured by the method using the aerial image measurement system 29, in the following, the defocus amount with respect to the projection optical system PL is measured at a predetermined measurement position in the exposure area 21W using a predetermined mark. Thus, an example of a method for measuring the flatness of the wafer will be described. By this measurement, for example, a plurality of lots of wafers can be divided into a plurality of ranks according to whether the flatness is good or not, and the wafers can be selectively used according to the application. Further, by using a reference wafer that is known to have good flatness in advance, the defocus amount is measured at a plurality of measurement positions in the exposure area 21W, thereby measuring the curvature of field of the projection optical system PL. It is also possible to do.

図2(A)は、本例でフォーカス計測用マスクとして使用するテストレチクルTRを図1のレチクルステージ22上に載置した状態を示し、この図2(A)において、テストレチクルTRのパターン領域51内の中央部及び4隅の遮光膜(例えばクロム等の金属膜)が被着された5箇所のマーク形成領域52A,52B,52C,52D,52Eに、それぞれ図2(B)に代表的に拡大したマーク形成領域52Aで示すように、X方向に沿って第1マーク50A及び第2マーク50Bが配列されている。第1マーク50Aは、X方向に沿って、所定ピッチで配列された複数の開口パターンを有し、第2マークは50Bは、X方向に沿って、第1マーク50Aのピッチとは異なるピッチで配列された複数の開口パターンを有する。なお、第1マーク50Aが有する開口パターンと、第2マーク50Bが有する開口パターンとのピッチは同じであっても良い。即ち、マーク50A及び50Bは、クロム等の遮光膜をパターニングしたマークである。テストレチクルTRのパターン領域51は、図1の照明領域21Rとほぼ同じ大きさであり、その中央部のマーク形成領域52Aの中心が投影光学系PLの光軸AX上に位置している。なお、パターン領域51内には中央のマーク形成領域52Aのみを形成してもよく、2箇所以上の任意の個数のマーク形成領域を形成してもよい。また、マーク50A及び50Bのピッチは、投影光学系PLによる投影像の段階で100nm程度〜数100nm程度である。   2A shows a state in which the test reticle TR used as a focus measurement mask in this example is placed on the reticle stage 22 of FIG. 1, and in FIG. 2A, the pattern region of the test reticle TR is shown. 2B is representative of five mark formation regions 52A, 52B, 52C, 52D, and 52E to which a light shielding film (for example, a metal film of chromium or the like) at the center and four corners in 51 is deposited. As shown by the enlarged mark formation region 52A, the first mark 50A and the second mark 50B are arranged along the X direction. The first mark 50A has a plurality of opening patterns arranged at a predetermined pitch along the X direction, and the second mark 50B has a pitch different from the pitch of the first mark 50A along the X direction. It has a plurality of opening patterns arranged. Note that the pitch of the opening pattern of the first mark 50A and the opening pattern of the second mark 50B may be the same. That is, the marks 50A and 50B are marks obtained by patterning a light shielding film such as chromium. The pattern area 51 of the test reticle TR is substantially the same size as the illumination area 21R of FIG. 1, and the center of the mark formation area 52A at the center is located on the optical axis AX of the projection optical system PL. Note that only the central mark formation region 52A may be formed in the pattern region 51, or an arbitrary number of mark formation regions of two or more may be formed. Further, the pitch of the marks 50A and 50B is about 100 nm to several hundred nm at the stage of the projected image by the projection optical system PL.

本例では、図1のウエハステージ28上にフラットネスを計測するためにレジスト(感光材料)が塗布された未露光のウエハ(ウエハWとする)をロードして、ウエハステージ28をX方向、Y方向にステップ移動しながら、図2(C)に示すように、ウエハW上の多数のショット領域SAi(i=1,2,…,I)に静止露光方式で順次、図2(A)のテストレチクルTRのパターン領域51の像51Pを露光する(第1工程)。その像51Pには、図2(A)のマーク形成領域52A〜52Eの像52AP〜52EPが含まれている。なお、図1の投影光学系PLは実際には反転像を投影するが、以下では説明の便宜上、正立像が投影されるものとして説明する。   In this example, an unexposed wafer (wafer W) coated with a resist (photosensitive material) is loaded on the wafer stage 28 in FIG. 1 to measure flatness, and the wafer stage 28 is moved in the X direction. While stepping in the Y direction, as shown in FIG. 2 (C), a large number of shot areas SAi (i = 1, 2,..., I) on the wafer W are sequentially applied in a stationary exposure manner to FIG. The image 51P of the pattern region 51 of the test reticle TR is exposed (first step). The image 51P includes the images 52AP to 52EP of the mark formation regions 52A to 52E in FIG. Although the projection optical system PL of FIG. 1 actually projects a reverse image, the following description will be made assuming that an erect image is projected for convenience of explanation.

図2(D)は、図2(A)のマーク形成領域52A〜52Eの像52AP〜52EPのうちの代表的に像52APを示す拡大図であり、この図2(D)において、像52APは、図2(B)の第1マーク50Aの像50AP及び第2マーク50Bの像50BPを含んでいる。本例では、像50APの中心と像50BPの中心とのX方向(像50AP及び50BPの周期方向)の間隔DXAを計測する(第2工程)。後述のように、上記の第1工程において、本例では図1の照明光学系5からの主光線が投影光学系PLの光軸AXに対して傾斜した照明光を用いて、図2(B)の第1マーク50A及び第2マーク50Bを照明する。この照明により、第1マーク50Aから2つの回折光が発生する。2つの回折光は、投影光学系PLの瞳面のうち、光軸AXからX方向に対して互いに異なる位置を通過する。すなわち、投影光学系PLの瞳面上に、光軸AXからX方向に対して互い異なる領域に光強度分布を形成する。   FIG. 2D is an enlarged view representatively showing an image 52AP among the images 52AP to 52EP of the mark formation regions 52A to 52E of FIG. 2A. In FIG. 2B, the image 50AP of the first mark 50A and the image 50BP of the second mark 50B are included. In this example, the distance DXA between the center of the image 50AP and the center of the image 50BP in the X direction (the periodic direction of the images 50AP and 50BP) is measured (second step). As will be described later, in the first step described above, in this example, the principal ray from the illumination optical system 5 in FIG. 1 is used with the illumination light inclined with respect to the optical axis AX of the projection optical system PL, as shown in FIG. The first mark 50A and the second mark 50B are illuminated. With this illumination, two diffracted lights are generated from the first mark 50A. The two diffracted lights pass through different positions in the pupil plane of the projection optical system PL from the optical axis AX to the X direction. That is, light intensity distributions are formed in different regions from the optical axis AX to the X direction on the pupil plane of the projection optical system PL.

また、この照明により、第2マーク50Bから2つの回折光が発生する。2つの回折光は、第1マーク50Aからの2つの回折光が通過する位置に対して、X方向にずれた位置を通過する。すなわち、投影光学系PLの瞳面上における光軸AXからX方向に対し、第1マーク50Aからの2つの回折光による光強度分布とは異なる領域に光強度分布を形成する。なお、以下では、投影光学系PLの瞳面上において、各回折光の位置とは、各回折光の光強度分布の重心の位置を意味している。
従って、図2(D)の第1マークの像50AP及び第2マークの像50BPは、投影光学系PLの焦点位置からのデフォーカス量に応じてX方向(周期方向)での結像位置の横ずれ量(シフト量)が異なってくるため、予めそのデフォーカス量と横ずれ量との関係をシミュレーション又は実測によって求めておき、像50APと像50BPとのX方向の間隔DXAを計測することによって、それらの像が投影されているウエハW上の計測点におけるデフォーカス量を求めることができる(第3工程)。
Also, this illumination generates two diffracted lights from the second mark 50B. The two diffracted lights pass through a position shifted in the X direction with respect to the position through which the two diffracted lights from the first mark 50A pass. In other words, a light intensity distribution is formed in a region different from the light intensity distribution by the two diffracted lights from the first mark 50A in the X direction from the optical axis AX on the pupil plane of the projection optical system PL. In the following, the position of each diffracted light on the pupil plane of the projection optical system PL means the position of the center of gravity of the light intensity distribution of each diffracted light.
Accordingly, the first mark image 50AP and the second mark image 50BP in FIG. 2D have the imaging positions in the X direction (period direction) in accordance with the defocus amount from the focal position of the projection optical system PL. Since the lateral shift amount (shift amount) differs, the relationship between the defocus amount and the lateral shift amount is obtained in advance by simulation or actual measurement, and the distance DXA in the X direction between the image 50AP and the image 50BP is measured. The defocus amount at the measurement point on the wafer W on which these images are projected can be obtained (third step).

また、その間隔DXAの基準値を求めるために、図1の照明光学系5の照明系開口絞り部材11において2極照明用の開口絞り13Aを用いてもよい。開口絞り13Aを用いると、図2(A)の2つのマーク50A及び50BはX方向に対称な照明光で、テレセン崩しが行われない状態で照明されるため、図2(D)の2つのマークの像50AP及び50BPの間隔DXAは、ベストフォーカス位置での間隔と同じ値となり、それをテレセン崩しを行った場合の計測値に対する基準値として用いることができる。但し、コマ収差の影響が無視できない場合は、後述の方法を用いればよい。   Further, in order to obtain the reference value of the distance DXA, the aperture stop 13A for dipole illumination may be used in the illumination system aperture stop member 11 of the illumination optical system 5 in FIG. When the aperture stop 13A is used, the two marks 50A and 50B in FIG. 2A are illuminated with illumination light symmetric in the X direction without being telecentric. Therefore, the two marks 50A and 50B in FIG. The distance DXA between the mark images 50AP and 50BP has the same value as the distance at the best focus position, and can be used as a reference value for the measurement value when telecentric collapse is performed. However, when the influence of coma aberration cannot be ignored, the method described later may be used.

そして、図2(C)のウエハWの全部のショット領域SA1〜SAI中の全部のマーク形成領域52A〜52Eの像52AP〜52EP(計測点)において、それぞれデフォーカス量を求めることによって、ウエハWの全面の凹凸量の分布状態であるフラットネス(ローカルなフラットネス)を求めることができる。なお、本例では、一例として、ウエハWの全面の露光後に、レジストの現像を行い、現像によって形成されるレジスト像の段階で、図2(D)の像50APと像50BPとの間隔DXAを、例えば光学顕微鏡式のセンサとレーザ干渉計式の座標計測系とを備えたレジストレーション測定機(重ね合わせ測定機)よりなるマーク計測装置で計測する。なお、レジストの現像を行わずに、潜像の段階で間隔DXAを計測してもよい。   Then, by obtaining the defocus amounts in the images 52AP to 52EP (measurement points) of all the mark forming areas 52A to 52E in all the shot areas SA1 to SAI of the wafer W in FIG. The flatness (local flatness) that is the distribution state of the unevenness amount on the entire surface can be obtained. In this example, as an example, after exposure of the entire surface of the wafer W, the resist is developed, and the distance DXA between the image 50AP and the image 50BP in FIG. For example, the measurement is performed by a mark measuring device including a registration measuring machine (overlay measuring machine) provided with an optical microscope type sensor and a laser interferometer type coordinate measuring system. The interval DXA may be measured at the latent image stage without developing the resist.

ただし、そのマーク計測装置として、走査型電子顕微鏡を使用してもよく、さらには、その現像後のウエハを図1のウエハステージ28上に戻して、例えばアライメントセンサ32を用いて、ウエハステージ28をX方向、Y方向にステップ移動しながら、図2(D)の像50APと像50BPとの間隔DXAを計測することも可能である。
また、図2(D)の像50AP及び像50BPのX方向の端部では非対称性の影響によって像の形状が変化する恐れがある。そこで、その非対称性の影響を除くために、後述のように例えば図2(B)のマーク50A及び50Bの中央部のみが遮光部となったマーク(以下、トリムマークとも呼ぶ。)の像の二重露光によって、図2(D)の像50AP及び像50BPのX方向の端部の像を消してもよい。このためには、一例として、ウエハW上のレジストとしてポジレジストを用いればよい。そのようなマーク像の端部又は一部の像を消すための露光は、トリム露光とも呼ぶことができる。なお、トリム露光後のマークは、6μmピッチ程度とすることが計測上好ましい。また、像50AP及び像50BPを構成する各開口パターンの像の線幅が微細過ぎて、センサによってはその計測精度が低下するような場合には、その像50AP及び像50BP(又はトリム露光後の像)をそれぞれ全体として一つの開口パターンの像とみなしてそのX方向(周期方向)の位置を計測するようにしてもよい。
However, a scanning electron microscope may be used as the mark measuring device, and the developed wafer is returned to the wafer stage 28 of FIG. It is also possible to measure the distance DXA between the image 50AP and the image 50BP in FIG.
Further, the shape of the image may change due to the influence of asymmetry at the ends in the X direction of the image 50AP and the image 50BP in FIG. Therefore, in order to eliminate the influence of the asymmetry, as described later, for example, an image of a mark (hereinafter also referred to as a trim mark) in which only the central portion of the marks 50A and 50B in FIG. The image at the end in the X direction of the image 50AP and the image 50BP in FIG. 2D may be erased by double exposure. For this purpose, as an example, a positive resist may be used as the resist on the wafer W. Such exposure for erasing the end portion or part of the image of the mark image can also be called trim exposure. In addition, it is preferable on a measurement that the mark after trim exposure shall be about 6 micrometers pitch. In addition, when the line width of the image of each opening pattern constituting the image 50AP and the image 50BP is too fine and the measurement accuracy is lowered depending on the sensor, the image 50AP and the image 50BP (or after trim exposure) The image) may be regarded as an image of one opening pattern as a whole, and the position in the X direction (period direction) may be measured.

次に、図2(B)のマーク50A及び50Bから発生する回折光について説明する。
図3(A)は、図2(A)の第2マーク50Bから発生する回折光を示しており、この図3(A)において、第2マーク50Bは、デフォーカスによる空間像のX方向へのシフト量がほぼ0となるマークである。この場合、図1の照明光学系5からの照明光ILは、主光線が投影光学系PLの光軸AXに対してX方向に角度θiだけ傾斜した状態で、即ちテレセン崩しの状態でテストレチクルTRに照射される。その角度θiを以下ではテレセン崩し量とも呼ぶ。このように照明光ILのテレセン崩しを行うためには、図1の照明系開口絞り部材11において、一つの開口を持つ開口絞り13Bを選択すればよい。
Next, diffracted light generated from the marks 50A and 50B in FIG. 2B will be described.
FIG. 3A shows diffracted light generated from the second mark 50B of FIG. 2A. In FIG. 3A, the second mark 50B is in the X direction of the aerial image by defocusing. This is a mark in which the amount of shift is substantially zero. In this case, the illumination light IL from the illumination optical system 5 in FIG. 1 is a test reticle in a state where the principal ray is inclined by an angle θi in the X direction with respect to the optical axis AX of the projection optical system PL, that is, in a telecentric state. The TR is irradiated. Hereinafter, the angle θi is also referred to as telecentric collapse amount. In order to perform telecentric collapse of the illumination light IL in this way, an aperture stop 13B having one opening may be selected in the illumination system aperture stop member 11 of FIG.

また、照明光学系5の照明光ILのコヒーレンスファクタ(σ)はなるべく小さい値、例えば照明光学系5の開口数iNAに換算した値で0.3以下が望ましい。なお、コヒーレンスファクタ(σ)と照明光学系5の開口数iNAとの関係は、投影光学系PLの開口数をNAとすると、以下のようになる。
iNA=NA・σ
さらに、マーク50BのピッチをP1、照明光ILの波長をλとして、上記のテレセン崩し量θiを用いて、(1)式よりピッチP1を決定する。なお、以下の各マークのピッチ(マークピッチ)の値は、投影光学系PLによる投影像での値を示している。このとき、図3(A)のマーク50Bからの0次光D0の射出角θ1はθiとなる。テレセン崩し量θiは(2)式を満たす範囲でなるべく大きいほど、後で説明する第1マーク50Aのデフォーカス時の横ずれ量が大きくなるので望ましい。
The coherence factor (σ) of the illumination light IL of the illumination optical system 5 is preferably as small as possible, for example, 0.3 or less in terms of the numerical aperture iNA of the illumination optical system 5. The relationship between the coherence factor (σ) and the numerical aperture iNA of the illumination optical system 5 is as follows when the numerical aperture of the projection optical system PL is NA.
iNA = NA · σ
Further, the pitch P1 is determined from the equation (1) by using the telecentric collapse amount θi, where P1 is the pitch of the mark 50B and λ is the wavelength of the illumination light IL. It should be noted that the following mark pitch values (mark pitches) indicate values in a projection image by the projection optical system PL. At this time, the exit angle θ1 of the 0th-order light D0 from the mark 50B in FIG. 3A is θi. The telecentric collapse amount θi is preferably as large as possible within the range satisfying the expression (2) because the lateral shift amount at the time of defocusing of the first mark 50A described later becomes large.

λ/P1=2sinθi …(1)
sinθi+iNA ≦ NA …(2)
(1)式を満たすことによって、図3(A)において、マーク50Bからの1次回折光D1は、光軸AXに関して0次光D0に対称に射出角θ1で射出されるため、0次光D0及び1次回折光D1によって投影光学系PLを介してウエハW上に形成されるマーク像は、ウエハWがデフォーカスしてもX方向には横ずれしない。
λ / P1 = 2sin θi (1)
sin θi + iNA ≦ NA (2)
By satisfying the expression (1), in FIG. 3A, the first-order diffracted light D1 from the mark 50B is emitted symmetrically with the 0th-order light D0 with respect to the optical axis AX at the emission angle θ1, and therefore the 0th-order light D0. The mark image formed on the wafer W by the first-order diffracted light D1 via the projection optical system PL does not shift laterally in the X direction even when the wafer W is defocused.

(1)式を満たす条件での第2マーク50Bの空間像の光量分布のベストフォーカス位置及び100nmデフォーカスした位置でのシミュレーション結果をそれぞれ図5(A)及び(B)の実線で示す。図5(A)及び(B)の横軸は、空間像のX座標(μm)、縦軸は空間像の光量(相対値)Iであり、これは以下の図6等でも同様である。シミュレーションの条件は、P1=λ/(2sinθi)=121(nm)、開口パターンの本数は24本、NA=0.92、λ=193(nm)、iNA=0.125、sinθi=NA−iNA、とした。また、図5(A)及び(B)において、点線は、ベストフォーカス位置における第2マーク50Bの理想的な像(マーク)の光量分布を示している。なお、ピッチP1以外の図5の例のシミュレーション条件は、以下の図6、図7、図8の例においても同様である。   The simulation results at the best focus position and 100 nm defocused position of the light quantity distribution of the aerial image of the second mark 50B under the condition satisfying the expression (1) are shown by solid lines in FIGS. 5A and 5B, respectively. 5A and 5B, the horizontal axis represents the X coordinate (μm) of the aerial image, and the vertical axis represents the light amount (relative value) I of the aerial image. This is the same in FIG. The simulation conditions are P1 = λ / (2 sin θi) = 121 (nm), the number of aperture patterns is 24, NA = 0.92, λ = 193 (nm), iNA = 0.125, sin θi = NA−iNA , And. In FIGS. 5A and 5B, the dotted line indicates the ideal light amount distribution of the second mark 50B at the best focus position. The simulation conditions of the example of FIG. 5 other than the pitch P1 are the same in the examples of FIGS. 6, 7, and 8 below.

図5(B)のデフォーカスした像の例では、マーク像の端部から600nm程度の幅において非対称性が発生して、その部分でのマーク像の横ずれが生じているが、それより内側はマーク像の横ずれは発生していない。そこで、その非対称性の影響を除くために、一例として、ウエハ上のポジレジストに図5(A)及び(B)の空間像による第1回目の露光を行い、そのポジレジストを感光させる。次に、上記のトリムマークによる2回目の露光を行い、パターン像の端部から600nm以内のレジストを感光させる。その後、レジストを現像することによって、パターン像の端部から600nm以内のレジスト像は消失し、横ずれの発生しない、中央付近のレジスト像のみを残すことができる。   In the example of the defocused image in FIG. 5B, asymmetry occurs in the width of about 600 nm from the end of the mark image, and the lateral shift of the mark image occurs in that portion. There is no lateral shift of the mark image. Therefore, in order to eliminate the influence of the asymmetry, as an example, the positive resist on the wafer is first exposed with the aerial images of FIGS. 5A and 5B to expose the positive resist. Next, the second exposure is performed with the above-described trim mark, and a resist within 600 nm from the end of the pattern image is exposed. Thereafter, by developing the resist, the resist image within 600 nm from the end of the pattern image disappears, and only the resist image near the center where no lateral shift occurs can be left.

次に、ピッチが(1)式を満たさないマークの空間像はデフォーカスによって横ずれが発生する。そこで、図2(B)のマーク50Aとしては、図3(B)の第1マーク50A又は図4(A)の第1マーク50Cのように、ピッチP1が(1)式を満たさないマークを使用する。なお、図3(C)及び図4(B)はそれぞれ第1マーク50A及び50Cからの回折光の投影光学系PLの瞳PLPの面(瞳面)における光量分布を示す。   Next, in the aerial image of the mark whose pitch does not satisfy the expression (1), a lateral shift occurs due to defocusing. Therefore, as the mark 50A in FIG. 2B, a mark whose pitch P1 does not satisfy the expression (1), such as the first mark 50A in FIG. 3B or the first mark 50C in FIG. 4A. use. 3 (C) and 4 (B) show the light quantity distribution on the plane (pupil plane) of the pupil PLP of the projection optical system PL of the diffracted light from the first marks 50A and 50C, respectively.

図2(B)の第1マーク50Aとしては、デフォーカスで発生するマーク像の横ずれ量が大きいほど感度的に有利となる。そのためには、第1マーク50Aからの0次光と1次回折光とは、投影光学系PLの瞳PLP上でできるだけ近い位置に入射した方が良い。また、第1マーク50Aとしては、遮光領域の幅と光透過領域の幅とが等しいマーク、即ちデューティー50%のマークを用いると、偶数次の回折光が発生しないので、感度的に有利である。図3(B)の第1マーク50Aでは、2次回折光が発生しないとともに、3次回折光D3は図3(C)に示すように瞳PLP外に出るため、結像には寄与しない。1次回折光が瞳PLP上のどの位置を通過するマークを使うと最も良い性能が得られるかは、シミュレーションによって確認することができる。   As the first mark 50A in FIG. 2B, the larger the lateral shift amount of the mark image generated by defocusing, the more advantageous in sensitivity. For this purpose, it is better that the 0th order light and the 1st order diffracted light from the first mark 50A are incident as close as possible on the pupil PLP of the projection optical system PL. Further, as the first mark 50A, use of a mark having the same width of the light shielding area and the width of the light transmission area, that is, a mark having a duty of 50% is advantageous in terms of sensitivity because even-order diffracted light is not generated. . In the first mark 50A in FIG. 3B, the second-order diffracted light is not generated, and the third-order diffracted light D3 goes out of the pupil PLP as shown in FIG. It can be confirmed by simulation that the best performance can be obtained by using which mark on the pupil PLP the first-order diffracted light passes.

例えば図3(B)の第1マーク50A及び図4(A)の第1マーク50Cの場合、それぞれの1次回折光D1,D(+1)が発生する位置は、マーク50Aの方が0次光D0に近く感度的に有利であるが、ピッチが大きくなり1次回折光の光量が低下するため、図3(A)のマーク50Bと同時に転写可能な露光量が存在するかどうか、確認する必要がある。
ここで、図4(A)の第1マーク50Cのように、1次回折光D(+1)がちょうど投影光学系PLに垂直に入射する場合の、ベストフォーカス位置及びデフォーカス量が100nmの場合の空間像のシミュレーション結果をそれぞれ図6(A)及び(B)に示す。マーク50CのピッチP2は226nmとした。図6(B)に示すデフォーカスした空間像では、端部から600nm程度の部分で非対称性が発生しているが、それより内側は均一な横ずれ量が発生している。図6の例でも、図5の例と同様にトリムマークの二重露光によって、均一に横ずれした、中央付近のレジスト像のみを残すことができる。
For example, in the case of the first mark 50A in FIG. 3B and the first mark 50C in FIG. 4A, the positions where the respective first-order diffracted lights D1 and D (+1) are generated are the zero-order light in the mark 50A. Although it is close to D0 and is advantageous in terms of sensitivity, it is necessary to check whether there is an exposure amount that can be transferred simultaneously with the mark 50B in FIG. 3A because the pitch increases and the amount of first-order diffracted light decreases. is there.
Here, as in the case of the first mark 50C in FIG. 4A, when the first-order diffracted light D (+1) is incident on the projection optical system PL perpendicularly, the best focus position and the defocus amount are 100 nm. The simulation results of the aerial image are shown in FIGS. 6A and 6B, respectively. The pitch P2 of the marks 50C was 226 nm. In the defocused aerial image shown in FIG. 6 (B), asymmetry is generated at a portion of about 600 nm from the end portion, but a uniform lateral shift amount is generated on the inner side. In the example of FIG. 6 as well, only the resist image near the center that is uniformly laterally shifted can be left by the double exposure of the trim mark as in the example of FIG.

図3(A)のマーク50B及び図4(A)の第1マーク50Cの像をウエハ上に同時に露光し、上記のトリムマークの二重露光後の周期方向の間隔を計測すればデフォーカス量が求められる。この場合、第2マーク50Bと第1マーク50Cとの間隔DXAの基準値を予め求める場合には、2つのマーク50Bと50Cを同時に露光した方がよい。図5及び図6から2つのマークを同時に転写させるために適正な露光量の閾値は、0.3程度であることが分かる。このときのデフォーカス量の検出感度(=横ずれ量/デフォーカス量)は、100nmのデフォーカス量当たりで44nmであった。   If the image of the mark 50B in FIG. 3A and the image of the first mark 50C in FIG. 4A are simultaneously exposed on the wafer and the interval in the period direction after the double exposure of the trim mark is measured, the defocus amount Is required. In this case, when the reference value of the distance DXA between the second mark 50B and the first mark 50C is obtained in advance, it is better to expose the two marks 50B and 50C at the same time. It can be seen from FIGS. 5 and 6 that the appropriate exposure threshold for transferring two marks simultaneously is about 0.3. The defocus amount detection sensitivity (= lateral deviation amount / defocus amount) at this time was 44 nm per 100 nm defocus amount.

次に、図3(B)の第1マーク50Aで示すように、3次回折光が瞳PLPにほぼ接するが、瞳PLPには入らないマークについての、ベストフォーカス位置及びデフォーカス量が100nmの場合の空間像のシミュレーション結果をそれぞれ図7(A)及び(B)に示す。そのようなマークのピッチP3の条件は以下のようになり、本例での値は289.5nmとなる。   Next, as shown by the first mark 50A in FIG. 3B, when the best focus position and the defocus amount are about 100 nm for the mark in which the third-order diffracted light is substantially in contact with the pupil PLP but does not enter the pupil PLP. The aerial image simulation results are shown in FIGS. 7A and 7B, respectively. The condition of such a mark pitch P3 is as follows, and the value in this example is 289.5 nm.

3・λ/P3=2NA …(3)
図7のシミュレーション結果から分かる検出感度は、100nmのデフォーカス量当たりで58.8nmであり、図6の場合よりも高感度であることが分かる。
次にマークピッチをさらに大きくして、3次回折光が完全に瞳PLPに入射する条件を検討した。この場合のピッチP4は以下のとおりとした。
P4=P3(1+2σ)=368(nm)
このマークについての、ベストフォーカス位置及びデフォーカス量が100nmの場合の空間像のシミュレーション結果をそれぞれ図8(A)及び(B)に示す。図8(B)から分かるように、空間像の光量分布は非対称性が大きく、露光量によっても横ずれ量が変化するような分布になっているため、空間像の横ずれ量からデフォーカス量を求める際に計測誤差が生じる恐れがある。すなわち、マークピッチを大きくして、3次回折光までが瞳PLPに入射した場合には、正確なデフォーカス量を計測することができない。これは、ダイポール照明時にコマ収差によるマークの位置ずれ量が第2マーク50Bと第1マーク50Cとで同じ量になり相殺されるためである(詳細は後述する)。
3 · λ / P3 = 2NA (3)
The detection sensitivity known from the simulation result of FIG. 7 is 58.8 nm per 100 nm defocus amount, which indicates that the sensitivity is higher than that of FIG.
Next, the mark pitch was further increased, and the conditions under which the third-order diffracted light was completely incident on the pupil PLP were examined. The pitch P4 in this case was as follows.
P4 = P3 (1 + 2σ) = 368 (nm)
FIGS. 8A and 8B show the simulation results of the aerial image when the best focus position and the defocus amount are 100 nm for this mark, respectively. As can be seen from FIG. 8B, the light amount distribution of the aerial image has a large asymmetry, and the distribution is such that the lateral deviation amount changes depending on the exposure amount. Therefore, the defocus amount is obtained from the lateral deviation amount of the aerial image. Measurement errors may occur. That is, when the mark pitch is increased and up to the third-order diffracted light is incident on the pupil PLP, an accurate defocus amount cannot be measured. This is because the amount of mark misalignment caused by coma during dipole illumination becomes the same amount between the second mark 50B and the first mark 50C and is canceled (details will be described later).

以上の検討により、デフォーカス量を計測するためのマークとしては、2光束干渉によって形成されるマーク(例えばマーク50A,50B,50C)が望ましいことが分かった。その結果、好ましいマークのピッチPsは、(1)式のP1以上で(3)式のP3以下という条件から以下の(4)式で示される。
λ/(2sinθi)≦Ps≦3λ/(2NA) …(4)
次に、二重露光の方法を簡単に説明する。図9は、ウエハW上のレジストの断面図、及びその上のマーク像(例えば図2(D)の像50APに対応する)の位置Xにおける光量I(相対値)の分布を示し、図9において、ポジ型のレジストPRの感光レベルEthが、実線で示す光量Iを中央部で横切るように空間像の露光量を調整する。これは、図1の照明光学系5内に設置されるNDフィルタ(不図示)の透過率や、照明光ILの積算露光パルス数によって調整される。感光されたレジストPRを現像すると、図9に示されるような凹凸パターンが残るはずであるが、ここではすぐには現像せず、図10に示すように、2回目の露光を行ってから現像する。
From the above examination, it was found that marks formed by two-beam interference (for example, marks 50A, 50B, and 50C) are desirable as marks for measuring the defocus amount. As a result, a preferable mark pitch Ps is expressed by the following equation (4) from the condition that it is greater than or equal to P1 in equation (1) and less than or equal to P3 in equation (3).
λ / (2 sin θi) ≦ Ps ≦ 3λ / (2NA) (4)
Next, the double exposure method will be briefly described. FIG. 9 shows a cross-sectional view of the resist on the wafer W and the distribution of the light quantity I (relative value) at the position X of the mark image (for example, corresponding to the image 50AP in FIG. 2D). , The exposure amount of the aerial image is adjusted so that the photosensitive level Eth of the positive resist PR crosses the light amount I indicated by the solid line at the center. This is adjusted by the transmittance of an ND filter (not shown) installed in the illumination optical system 5 of FIG. 1 and the number of integrated exposure pulses of the illumination light IL. When the exposed resist PR is developed, the concavo-convex pattern as shown in FIG. 9 should remain. However, the development is not performed immediately here, and the development is performed after the second exposure as shown in FIG. To do.

図10(A)において、1回目の露光によって感光されるレジストPR上の領域が白抜き部分で示されている。次に、一例として、図2(A)のテストレチクルTRのマーク形成領域52A〜52EのY方向の近傍に間隔ΔY(投影光学系PLの投影像の段階での値とする)でそれぞれ上記のトリムマークを形成しておき、ウエハステージ28をΔYだけY方向に移動して、図10(B)のマーク像の両端部の数本の開口パターンの像を含む領域53A及び53Bに2回目の露光を行う。   In FIG. 10A, a region on the resist PR that is exposed by the first exposure is indicated by a white portion. Next, as an example, each of the above-described distances ΔY (values at the stage of the projection image of the projection optical system PL) are respectively provided in the vicinity of the Y direction of the mark formation regions 52A to 52E of the test reticle TR in FIG. Trim marks are formed, the wafer stage 28 is moved in the Y direction by ΔY, and a second time is applied to the regions 53A and 53B including images of several opening patterns at both ends of the mark image in FIG. Perform exposure.

この際には、図1の照明光学系5では例えば開口絞り13Dを用いることによって、テレセン崩しは行わない。この場合、図3(A)の照明光ILの主光線の傾斜角θiは0である。また、照明光ILのコヒーレンスファクタ(σ)は、デフォーカスとコマ収差との相互作用でデフォーカス時の空間像の横シフトが発生しないように、できるだけ大きな値に設定する。この二重露光後のレジストPRを現像すると、図10(C)のようなレジストパターン54が形成される。   At this time, in the illumination optical system 5 of FIG. 1, for example, the aperture stop 13D is used so that telecentric collapse is not performed. In this case, the tilt angle θi of the chief ray of the illumination light IL in FIG. Further, the coherence factor (σ) of the illumination light IL is set as large as possible so that a lateral shift of the aerial image during defocus does not occur due to the interaction between defocus and coma. When the resist PR after the double exposure is developed, a resist pattern 54 as shown in FIG. 10C is formed.

図11は、図10(C)のレジストパターン54と同様のレジストパターン541,542,543,544を示し、レジストパターン541〜544のX方向のピッチは交互にP3,P1,P3,P1となっているものとする。そして、ピッチP1のレジストパターン542,544とピッチP3のレジストパターン541,543との間隔を、例えばレジストレーション測定機によって計測する。レジストレーション測定機は通常、開口数が0.5、波長が530nm程度の結像性能であり、ピッチ200nm〜300nmのマークは解像できないので、図11のレジストパターン542,544及び541,543はそれぞれピッチP1,P3の複数のマークの集合体として計測される。   FIG. 11 shows resist patterns 541, 542, 543, and 544 similar to the resist pattern 54 in FIG. 10C, and the pitches of the resist patterns 541 to 544 in the X direction are P3, P1, P3, and P1 alternately. It shall be. Then, the distance between the resist patterns 542 and 544 having the pitch P1 and the resist patterns 541 and 543 having the pitch P3 is measured by, for example, a registration measuring machine. Since the registration measuring device usually has an imaging performance with a numerical aperture of 0.5 and a wavelength of about 530 nm, and marks with a pitch of 200 nm to 300 nm cannot be resolved, the resist patterns 542, 544 and 541, 543 in FIG. Each is measured as an aggregate of a plurality of marks having pitches P1 and P3.

測定再現性を向上させるため、2回目のトリム露光を、図12(A)の0.5μm程度の間隔の領域53A,53C,53D,53E,53Bに行うことによって、二重露光後に現像して得られるパターンを、図12(B)の1μm程度のピッチで配列されたレジストパターン54A,54B,54C,54Dに分離してもよい。この場合も2回目の露光は、大きなσ値でテレセン崩しは行わない(図3(A)のθi=0)。   In order to improve the measurement reproducibility, the second trim exposure is performed on the regions 53A, 53C, 53D, 53E, and 53B having an interval of about 0.5 μm in FIG. The obtained pattern may be separated into resist patterns 54A, 54B, 54C, and 54D arranged at a pitch of about 1 μm in FIG. Also in this case, the second exposure does not cause telecentric collapse with a large σ value (θi = 0 in FIG. 3A).

次に、図13は、上記の感度的に最も良い図3(B)の第1マーク50Aの回折光の角度関係を改めて示す。図13において、投影光学系PLの開口数NAをsinθ0、投影光学系PLの瞳面上での0次光の位置(開口半角)をsinθ1、1次回折光の位置をsinθ2、照明光のコヒーレンスファクタをσとすると、iNA=σ・NAで、iNAは瞳面上での各回折次数の回折光の半径である。このとき、デフォーカス量の検出感度(=横ずれ量/デフォーカス量=Δx/Δz)は次式で示される。
Δx/Δz=tan{(θ1+θ2)/2} …(5)
また、3次回折光が投影光学系PLの瞳PLPにほぼ外接しているが、瞳PLPには入らない状態であるので、パターンのピッチをPとして以下の関係がある。
2sinθ2=3λ/P …(6)
sinθ2−sinθ1=λ/P …(7)
(6),(7)式より次式を得る。
Next, FIG. 13 shows again the angular relationship of the diffracted light of the first mark 50A of FIG. In FIG. 13, the numerical aperture NA of the projection optical system PL is sin θ 0 , the 0th-order light position (aperture half-angle) on the pupil plane of the projection optical system PL is sinθ 1 , the first-order diffracted light position is sinθ 2 , and illumination light. Where iNA = σ · NA, iNA is the radius of diffracted light of each diffraction order on the pupil plane. At this time, the defocus amount detection sensitivity (= lateral deviation amount / defocus amount = Δx / Δz) is expressed by the following equation.
Δx / Δz = tan {(θ 1 + θ 2 ) / 2} (5)
Further, since the third-order diffracted light is substantially circumscribed by the pupil PLP of the projection optical system PL but does not enter the pupil PLP, the following relationship is established with the pattern pitch being P.
2 sin θ 2 = 3λ / P (6)
sin θ 2 −sin θ 1 = λ / P (7)
The following formula is obtained from formulas (6) and (7).

3sinθ1=sinθ2 …(8)
0≦θ1,θ2≦90°の範囲では(5)式、(8)式は単調であるため、θ1,θ2は大きいほど、iNAは小さいほど検出感度が高い。
なお、上記の実施形態のマーク50A〜50Cの代わりに、いわゆるハーフトーンのマークを用いることで、像コントラストが向上し、露光量の誤差に対するレジストパターンの形状変化量が少なくなり、露光量誤差の許容量が増す。デフォーカス量の検出感度は、マークピッチが同じであればマーク50A〜50Cを用いる場合と同じである。
3 sin θ 1 = sin θ 2 (8)
Since the expressions (5) and (8) are monotonous in the range of 0 ≦ θ1 and θ2 ≦ 90 °, the detection sensitivity increases as θ 1 and θ 2 increase and the iNA decreases.
By using so-called halftone marks instead of the marks 50A to 50C in the above embodiment, the image contrast is improved, the resist pattern shape change amount with respect to the exposure amount error is reduced, and the exposure amount error is reduced. Increased tolerance. The defocus amount detection sensitivity is the same as when the marks 50A to 50C are used if the mark pitch is the same.

次に、上記のマーク像の端部を消すためのトリム露光による光量分布のシミュレーション結果の一例につき図14を参照して説明する。
図14(A)、(B)の横軸はX座標(μm)、縦軸は光量I(相対値)であり、図14(A)、(B)において、分布55C及び55Dはそれぞれトリム露光の理想的な及び実際の(投影光学系PLを介した)光量分布を示し、分布55A及び55Bはそれぞれベストフォーカス位置及び100nmデフォーカスした場合の周期的なマークの空間像の光量分布とトリム露光の光量分布とを合わせた光量分布を示している。シミュレーションの条件は、1回目の露光条件を、NA=0.87、λ=193(nm)、iNA=0.087として、トリムパターンの露光は像コントラストを上げた方が有利であり、2回目の露光条件は、NA=0.92、iNA=0.174として、2回目の露光量は1回目の50%に設定した。なお、図14(A)、(B)はマークピッチが異なっている。
Next, an example of a simulation result of the light amount distribution by trim exposure for erasing the end portion of the mark image will be described with reference to FIG.
14A and 14B, the horizontal axis is the X coordinate (μm) and the vertical axis is the light amount I (relative value). In FIGS. 14A and 14B, distributions 55C and 55D are trim exposures, respectively. The ideal and actual light amount distributions (through the projection optical system PL) are shown, and the distributions 55A and 55B are the best focus position and the light amount distribution of the periodic mark aerial image and trim exposure when defocused by 100 nm, respectively. The light quantity distribution combined with the light quantity distribution is shown. The simulation conditions are such that the first exposure condition is NA = 0.87, λ = 193 (nm), and iNA = 0.087, and it is advantageous to increase the image contrast in the exposure of the trim pattern. The exposure conditions were NA = 0.92 and iNA = 0.174, and the exposure amount for the second time was set to 50% for the first time. 14A and 14B have different mark pitches.

図14(A)の例のマークピッチPsmllは、次のとおりである。
Psmll=λ/{2(NA−iNA)}=120.92(nm) …(9)
また、トリムパターンは、その像がマーク像の中心の±0.973μmの領域を遮光するように設定されている。図14(A)の二重露光によって形成される分布55A及び55Bのたとえば0.4のレベルにポジレジストの感光レベルを設定して、レジストを現像すれば、100nmのデフォーカスによって横ずれがほとんど発生しないレジストパターンが形成される。
The mark pitch Psmll in the example of FIG. 14 (A) is as follows.
Psml1 = λ / {2 (NA−iNA)} = 1200.92 (nm) (9)
The trim pattern is set so that the image shields the region of ± 0.973 μm at the center of the mark image. If the photosensitive level of the positive resist is set to, for example, a level of 0.4 in the distributions 55A and 55B formed by the double exposure shown in FIG. 14A, and the resist is developed, lateral shift is almost caused by 100 nm defocus. A resist pattern is formed.

一方、図14(B)のマークピッチPelrgは、次のとおりである。
Pelrg=3λ/(2NA)=314.67(nm) …(10)
また、トリムパターンは、その像がマーク像の中心の±2.532μmの領域を遮光するように設定されている。図14(B)の二重露光によって形成される分布55A及び55Bのたとえば0.4のレベルにポジレジストの感光レベルを設定して、レジストを現像すれば、100nmのデフォーカスによって−60nmだけ横ずれしたレジストパターンが形成されることになる。
On the other hand, the mark pitch Pelrg in FIG. 14B is as follows.
Pelrg = 3λ / (2NA) = 314.67 (nm) (10)
The trim pattern is set so that the image shields the region of ± 2.532 μm at the center of the mark image. If the photosensitive level of the positive resist is set to a level of, for example, 0.4 in the distributions 55A and 55B formed by the double exposure in FIG. 14B, and the resist is developed, the lateral shift is −60 nm by defocusing of 100 nm. The resist pattern thus formed is formed.

実際にはアライメント誤差など様々な横ずれ誤差を相殺するため、図14(A)のピッチPsmllのマーク像と図14(B)のピッチPelrgのマーク像との間隔(相対距離)を計測し、それをデフォーカス量に換算する。レジストパターンのエッジは全部計測する必要はなく、最も外側のエッジのみを計測することにすれば、ピッチPsmllのマーク像とピッチPelrgのマーク像との間隔は、通常のレジストレーション測定機の顕微鏡でも計測できる。その顕微鏡は通常、波長が540nm、開口数が0.5程度であるので、解像できるのは1μmピッチ程度の正弦波状の光量分布までである。このような顕微鏡で図14(A)、(B)の二重露光結果を感光レベル0.4で現像したレジストパターンを観察すると、図14(A)、(B)の中央部の16個のパターンは分離できず、平均位置が求められる。顕微鏡の分離能の限界により、図14(A)では±0.9μm辺りにパターンエッジの存在が認識される。図14(B)では±2.3μm辺りにパターンエッジの存在が認識される。この場合でもデフォーカスによるピッチPsmllのマーク像とピッチPelrgのマーク像との間隔の変化は問題なく計測可能である。   Actually, in order to cancel various lateral deviation errors such as alignment errors, the distance (relative distance) between the mark image with the pitch Psml in FIG. 14A and the mark image with the pitch Pelrg in FIG. Is converted into a defocus amount. It is not necessary to measure all the edges of the resist pattern. If only the outermost edge is measured, the distance between the mark image with the pitch Psml and the mark image with the pitch Pelrg can be measured even with a microscope of a normal registration measuring machine. It can be measured. Since the microscope usually has a wavelength of 540 nm and a numerical aperture of about 0.5, the resolution can be up to a sinusoidal light quantity distribution of about 1 μm pitch. When a resist pattern obtained by developing the double exposure results of FIGS. 14A and 14B with a light sensitivity level of 0.4 is observed with such a microscope, 16 pieces in the center of FIGS. 14A and 14B are observed. The patterns cannot be separated and the average position is determined. Due to the limit of the resolution of the microscope, the presence of a pattern edge is recognized around ± 0.9 μm in FIG. In FIG. 14B, the presence of a pattern edge is recognized around ± 2.3 μm. Even in this case, a change in the interval between the mark image having the pitch Psml and the mark image having the pitch Pelrg due to defocusing can be measured without any problem.

次に、図15(A)は、図14(A)の空間像を形成するマーク、即ちデフォーカスによってその空間像に横ずれが発生しない図3(A)の第2マーク50Bの代用となるマーク50Dを示し、図15(B)は、投影光学系PLの瞳PLP上でのマーク50Dからの回折光の分布を示している。マーク50Dは、デューティー50%のL&Sパターンにおいて、透過部に交互に0°及び180°の位相シフターを設けた位相シフトマークである。この場合、0°の部分と幅と180°の部分の幅とが等しいため、0次光は発生することがない。   Next, FIG. 15A is a mark that forms the aerial image of FIG. 14A, that is, a mark that substitutes for the second mark 50B of FIG. 3A that does not cause a lateral shift in the aerial image due to defocusing. FIG. 15B shows the distribution of diffracted light from the mark 50D on the pupil PLP of the projection optical system PL. The mark 50D is a phase shift mark in which phase shifters of 0 ° and 180 ° are alternately provided in the transmissive portion in an L & S pattern with a duty of 50%. In this case, since the 0 ° portion, the width, and the 180 ° portion are equal, zero-order light is not generated.

マーク50DのピッチPpsmは、
Ppsm=3λ/{2(NA−iNA)} …(11)
となるように設定され、瞳PLPに入射するのは1次回折光D(+1)及び3次回折光D(+3)のみであり、これらの2光束干渉によって像が形成されるようになっている。1次回折光D(+1)と3次回折光D(+3)との平均的光軸axaは、図3(B)の第1マーク50A、図4(A)の第1マーク50Cのときの0次光と1次回折光との平均的光軸axaと投影光学系PLの光軸AXを挟んで反対側にあるので、デフォーカスによるマーク像の移動方向が反対になる。従って、本例の位相シフター付きのマーク50Dの像とマーク50A又は50Cの像との間隔を計測して、デフォーカス量を計測することも可能である。
なお、このように第1マークが遮光膜をパターニングしたマーク(クロムマーク等)で、第2マークが位相シフトマークである場合には、両マークのピッチを同じにしてもよい。
The pitch Ppsm of the mark 50D is
Ppsm = 3λ / {2 (NA−iNA)} (11)
Only the first-order diffracted light D (+1) and the third-order diffracted light D (+3) are incident on the pupil PLP, and an image is formed by these two-beam interference. The average optical axis axa of the first-order diffracted light D (+1) and the third-order diffracted light D (+3) is the 0th order when the first mark 50A in FIG. 3 (B) and the first mark 50C in FIG. 4 (A). Since the average optical axis axa of the light and the first-order diffracted light is on the opposite side of the optical axis AX of the projection optical system PL, the moving direction of the mark image by defocusing is opposite. Therefore, it is also possible to measure the defocus amount by measuring the interval between the image of the mark 50D with the phase shifter of this example and the image of the mark 50A or 50C.
When the first mark is a mark (chrome mark or the like) obtained by patterning the light shielding film and the second mark is a phase shift mark, the pitch of both marks may be the same.

図15(A)のマーク50Dのシミュレーション結果の一例を図16〜図17に示す。図16〜図17の横軸はX座標、縦軸は光量I(相対値)である。シミュレーションの条件は、1回目の露光条件がNA=0.874、λ=193(nm)、iNA=0.087、sinθi=NA−iNAであり、この場合、ピッチPpsm=362.8(nm)である。   An example of the simulation result of the mark 50D in FIG. 15A is shown in FIGS. 16 to 17, the horizontal axis represents the X coordinate, and the vertical axis represents the light amount I (relative value). The simulation conditions are: NA = 0.874, λ = 193 (nm), iNA = 0.087, sin θi = NA−iNA, and in this case, the pitch Ppsm = 362.8 (nm). It is.

図16(A)及び(B)は、それぞれベストフォーカス位置及び100nmデフォーカスした位置でのそのピッチPpsmのマークの空間像の光量分布を示している。なお、図16(A)及び(B)における矩形の波形は、対応するマークを通過する照明光の振幅分布(値が反転しているのは位相が0°及び180°であることを示す)である。図16(B)より、100nmデフォーカスしたマーク像には、+35nmの横ずれが生じていることが分かる。図3(B)の第1マーク50A(ピッチPelrgを314.67nmとする)の像と図15(A)のマーク50Dの像との間隔の変化率(検出感度)は、100nmのデフォーカス当たり95nmとなる。   FIGS. 16A and 16B show the light amount distribution of the aerial image of the mark having the pitch Ppsm at the best focus position and the position defocused by 100 nm, respectively. Note that the rectangular waveforms in FIGS. 16A and 16B indicate the amplitude distribution of the illumination light passing through the corresponding marks (the values are inverted to indicate that the phase is 0 ° and 180 °). It is. From FIG. 16B, it can be seen that a lateral shift of +35 nm occurs in the mark image defocused by 100 nm. The change rate (detection sensitivity) of the distance between the image of the first mark 50A (pitch Pelrg is 314.67 nm) in FIG. 3B and the image of the mark 50D in FIG. 95 nm.

次に図17は、図16(A)及び(B)のマーク像に対してトリム露光を行った後の光量分布を示し、分布55C及び55Dはそれぞれトリム露光の理想的及び実際の光量分布、分布55A及び55Bはそれぞれベストフォーカス位置及び100nmデフォーカスした状態での光量分布を示している。
また、トリムパターンは、その像がマーク像の中心の−3.085〜+3.084μmの領域を遮光するように設定されている。トリムパターンの露光は像コントラストを上げた方が有利であるため、2回目の露光条件は、NA=0.92、iNA=0.087とした。また、2回目の露光量は1回目の50%に設定した。二重露光によって形成される光量分布のたとえば0.4のレベルにポジレジスト感光レベルを設定して、レジストを現像すれば、+100nmのデフォーカスによって+35nmだけ横ずれしたレジストパターンが形成される。このレジストパターンと図14(B)のレジストパターンとの間隔からデフォーカス量を求めるようにしてもよい。
Next, FIG. 17 shows a light amount distribution after trim exposure is performed on the mark images of FIGS. 16A and 16B, and distributions 55C and 55D are an ideal and actual light amount distribution of trim exposure, respectively. Distributions 55A and 55B show the light amount distribution in the best focus position and 100 nm defocused state, respectively.
The trim pattern is set so that the image shields the region of −3.085 to +3.084 μm in the center of the mark image. Since it is advantageous to increase the image contrast in the exposure of the trim pattern, the second exposure condition is set to NA = 0.92 and iNA = 0.087. The exposure amount for the second time was set to 50% for the first time. If the positive resist exposure level is set to 0.4, for example, of the light amount distribution formed by double exposure and the resist is developed, a resist pattern laterally shifted by +35 nm is formed by defocus of +100 nm. The defocus amount may be obtained from the interval between this resist pattern and the resist pattern shown in FIG.

次に、図18(A)は、図3(A)の第2マーク50Bの代わりに使用できるマーク50Eを示し、図18(B)は、投影光学系PLの瞳PLP上でのマーク50Eからの回折光の分布を示している。マーク50Eは0次光が消える位相シフトマークであり、1次回折光D(+1)及び2次回折光D(+2)のみが投影光学系PLの瞳PLPに入射し、2光束干渉によってマーク像が形成される。1次回折光D(+1)と2次回折光D(+2)との平均的光軸axaは、図3(B)の第1マーク50A、及び図4(A)の第1マーク50Cの0次光と1次回折光との平均的光軸axaに対して投影光学系PLの光軸AXを挟んで反対側にあるので、デフォーカスによるマーク像の移動方向が反対になる。従って、マーク50Eの像とマーク50A又は50Cの像との間隔を計測することによってデフォーカス量をより高感度に計測することが可能である。
特に、第2マーク50Eと第1マーク50Cとの間隔DXAの基準値を予め求める場合には、2つのマーク50Eと50Cを同時に露光した方がよい。なお、2つのマークを組み合わせて露光することにより描画誤差の影響を低減することができる。これは、ダイポール照明時にコマ収差によるマークの位置ずれ量が第2マーク50Bと第1マーク50Cとで同じ量になり相殺されるためである(詳細は後述する)。
18A shows a mark 50E that can be used instead of the second mark 50B in FIG. 3A, and FIG. 18B shows the mark 50E on the pupil PLP of the projection optical system PL. The distribution of diffracted light is shown. The mark 50E is a phase shift mark in which the 0th-order light disappears. Only the first-order diffracted light D (+1) and the second-order diffracted light D (+2) are incident on the pupil PLP of the projection optical system PL, and a mark image is formed by two-beam interference. Is done. The average optical axis axa of the first-order diffracted light D (+1) and the second-order diffracted light D (+2) is the 0th-order light of the first mark 50A in FIG. 3B and the first mark 50C in FIG. And the average optical axis axa between the first-order diffracted light and the opposite side of the optical axis AX of the projection optical system PL, the movement direction of the mark image by defocusing is opposite. Therefore, it is possible to measure the defocus amount with higher sensitivity by measuring the interval between the image of the mark 50E and the image of the mark 50A or 50C.
In particular, when the reference value of the distance DXA between the second mark 50E and the first mark 50C is obtained in advance, it is better to expose the two marks 50E and 50C at the same time. Note that the influence of the drawing error can be reduced by combining and exposing the two marks. This is because the amount of mark misalignment caused by coma during dipole illumination becomes the same amount between the second mark 50B and the first mark 50C and is canceled (details will be described later).

マーク50Eの構成例を図20(B)に示す。図20(B)はマーク50Eを透過する照明光の位置Xに対応した振幅分布56Aを示し、ピッチをPとすると、図20(B)の左側から、幅Mnsl=P/8の部分は180°位相シフト部56Ab、次の幅Pls1=P/4の部分は位相0°の透過部56Aa、次の幅Mns2=3P/8の部分は180°位相シフト部56Ab、次の幅Pls2=P/4の部分の位相0°の透過部56Aaであり、以下この順に位相0°の透過部と位相180°の位相シフト部とが交互に繰り返される。この場合、位相0°の透過部と、位相180°の位相シフト部との1ピッチ当たりの全部の幅は互いに同じになっているため、0次光は発生しない。マーク50Eの構造は、1次回折光と2次回折光との振幅が同じ程度になるようにシミュレーションによって決定されている。マーク50EのピッチPpsm12は、次式で与えられるときデフォーカス量の検出感度が最大となる。   A configuration example of the mark 50E is shown in FIG. FIG. 20B shows an amplitude distribution 56A corresponding to the position X of the illumination light transmitted through the mark 50E, and assuming that the pitch is P, the portion of the width Mnsl = P / 8 is 180 from the left side of FIG. The phase shift portion 56Ab, the portion of the next width Pls1 = P / 4 is the transmission portion 56Aa of the phase 0 °, the portion of the next width Mns2 = 3P / 8 is the 180 ° phase shift portion 56Ab, the next width Pls2 = P / 4 is a transmission part 56Aa having a phase of 0 °, and a transmission part having a phase of 0 ° and a phase shift part having a phase of 180 ° are alternately repeated in this order. In this case, since all the widths per pitch of the transmission part having a phase of 0 ° and the phase shift part having a phase of 180 ° are the same, zero-order light is not generated. The structure of the mark 50E is determined by simulation so that the amplitudes of the first-order diffracted light and the second-order diffracted light are the same. When the pitch Ppsm12 of the mark 50E is given by the following equation, the detection sensitivity of the defocus amount is maximized.

Ppsm12=λ/(NA−iNA) …(12)
図18(A)のマーク50Eのシミュレーション結果の一例を図19〜図22に示す。図19〜図22の各図(図20(B)を除く)の横軸はX座標、縦軸は光量I(相対値)である。シミュレーションの条件は、1回目の露光条件がNA=0.874、λ=193(nm)、iNA=0.087、sinθi=NA−iNAであり、この場合、(12)式のピッチPpsm12は242(nm)である。
Ppsm12 = λ / (NA−iNA) (12)
An example of the simulation result of the mark 50E in FIG. 18A is shown in FIGS. In each of FIGS. 19 to 22 (excluding FIG. 20B), the horizontal axis represents the X coordinate, and the vertical axis represents the light amount I (relative value). The simulation conditions are NA = 0.874, λ = 193 (nm), iNA = 0.087, sin θi = NA−iNA in the first exposure condition. In this case, the pitch Ppsm12 in the equation (12) is 242. (Nm).

図19(A)、図19(B)、及び図20(A)の分布56B,56C,56Dは、それぞれベストフォーカス位置、100nmデフォーカスした位置、及び−100nmデフォーカスした位置での、そのピッチPpsm12のマーク像の光量分布を示している。なお、これらの図における矩形の振幅分布56Aは、対応するマーク上での照明光の振幅分布である。図19(B)から、デフォーカス量が100nmで、マーク像に+50nmの横ずれが生じていることが分かる。図18(A)のマーク50Eと図3(B)の第1マーク50A(ピッチPelrgが314.67nmの場合)との間隔変化による検出感度は、100nmのデフォーカス当たり110nmとなる。   Distributions 56B, 56C, and 56D in FIGS. 19A, 19B, and 20A are the best focus position, the 100 nm defocused position, and the −100 nm defocused position, respectively. The light quantity distribution of the mark image of Ppsm12 is shown. Note that the rectangular amplitude distribution 56A in these drawings is the amplitude distribution of illumination light on the corresponding mark. From FIG. 19B, it can be seen that the defocus amount is 100 nm and the mark image has a lateral shift of +50 nm. The detection sensitivity due to the change in the distance between the mark 50E in FIG. 18A and the first mark 50A in FIG. 3B (when the pitch Pelrg is 314.67 nm) is 110 nm per 100 nm defocus.

図21(A)、図21(B)、及び図22中の分布56B,56C,56Dは、それぞれ図19(A)、図19(B)、及び図20(A)のマーク像の光量分布に対して図23の光量分布57Aのトリムパターンを用いてトリム露光(二重露光)を行った後の光量分布を示し、図23のトリムパターンは、図20(B)と同じ振幅分布56Aを持つ位相シフトマークの中央のX方向の幅がN×P(Nは整数)の部分に対応する部分が遮光部となっている。また、トリムパターンの光量分布57Aのエッジ部は、幅3P/8の180°位相シフト部56Abの中央部に位置するように、即ち位相0°の透過部56AaからSft(=3P/16)だけ位置ずれするようにアライメントが行われる。   Distributions 56B, 56C, and 56D in FIGS. 21A, 21B, and 22 are the light amount distributions of the mark images in FIGS. 19A, 19B, and 20A, respectively. FIG. 23 shows the light amount distribution after performing trim exposure (double exposure) using the trim pattern of the light amount distribution 57A of FIG. 23, and the trim pattern of FIG. 23 has the same amplitude distribution 56A as FIG. A portion corresponding to a portion where the width in the X direction at the center of the phase shift mark is N × P (N is an integer) is a light shielding portion. Further, the edge portion of the light amount distribution 57A of the trim pattern is positioned at the center of the 180 ° phase shift portion 56Ab having a width of 3P / 8, that is, only Sft (= 3P / 16) from the transmission portion 56Aa having a phase of 0 °. Alignment is performed so as to shift the position.

図21(A)、図21(B)、図22において、分布57A及び57Bはそれぞれトリム露光時の理想的な及び実際の光量分布を示し、トリム露光は像コントラストを上げた方が有利であるので2回目の露光条件は、NA=0.92、iNA=0.087とした。また、デフォーカスによってトリムマークが横ずれしないように、テレセン崩しは行わない。さらに、2回目の露光量は1回目の50%に設定した。図21(B)の例において、二重露光後の光量分布のたとえば0.4のレベルにポジレジストの感光レベルを設定して、レジストを現像すると、+100nmのデフォーカスによって+50nmの横ずれが発生するレジストパターンが形成される。従って、図3(B)の第1マーク50Aの像と分布56Bのマーク像との間隔を計測し、デフォーカス量に換算することで、100nmのデフォーカスによって間隔が110nm変化する検出感度が得られる。同様に、図22の−100nmデフォーカスしたマーク像においても、レジスト感光レベルを0.4とすることで、正確に横ずれ量を計測できる。   In FIGS. 21A, 21B, and 22, distributions 57A and 57B indicate ideal and actual light amount distributions at the time of trim exposure, respectively, and trim exposure is advantageous when the image contrast is increased. Therefore, the second exposure conditions were NA = 0.92 and iNA = 0.087. Also, telecentric collapse is not performed so that the trim mark does not shift laterally due to defocusing. Further, the exposure amount for the second time was set to 50% for the first time. In the example of FIG. 21B, when the positive resist photosensitive level is set to 0.4, for example, in the light amount distribution after double exposure and the resist is developed, a +50 nm defocus occurs due to +100 nm defocus. A resist pattern is formed. Therefore, by measuring the interval between the image of the first mark 50A and the mark image of the distribution 56B in FIG. 3B and converting it to a defocus amount, detection sensitivity is obtained in which the interval changes by 110 nm due to 100 nm defocus. It is done. Similarly, also in the mark image defocused by −100 nm in FIG. 22, the lateral shift amount can be accurately measured by setting the resist photosensitive level to 0.4.

次に、本発明の実施形態の他の例につき図24〜図27を参照して説明する。本例では図1の投影露光装置において、投影光学系PLの物体面上でY方向に沿って伸びるパターン(以下、V線と言う。)と、X方向に沿って伸びるパターン(以下、H線と言う。)との投影光学系PLによる像のデフォーカス量を別々に評価するものである。これは、例えばV線の像のベストフォーカス位置(像面)とH線の像のベストフォーカス位置との差分から、投影光学系PLの非点収差を求める場合に使用できる。このような用途には、V線及びH線に対応するパターンの像のデフォーカス量を同時に独立に計測できるマークがあれば便利である。   Next, another example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, in the projection exposure apparatus shown in FIG. 1, a pattern extending along the Y direction on the object plane of the projection optical system PL (hereinafter referred to as V line) and a pattern extending along the X direction (hereinafter referred to as H line). The defocus amount of the image by the projection optical system PL is evaluated separately. This can be used, for example, when astigmatism of the projection optical system PL is obtained from the difference between the best focus position (image plane) of the V-line image and the best focus position of the H-line image. For such an application, it is convenient if there is a mark that can simultaneously measure the defocus amount of the pattern image corresponding to the V-line and the H-line independently.

図24はそのようなマークを示し、図24のテストレチクルTRのマーク形成領域52A内には、X方向に異なるピッチで形成されたL&SパターンよりなるX軸の2つのマーク58X及び59XがX方向に所定間隔で配列され、Y方向に異なるピッチで形成されたL&SパターンよりなるY軸の2つのマーク58Y及び59YがY方向に所定間隔で配列されている。X軸のマーク58X及び59Xの像の間隔からV線に対応するパターンの像のデフォーカス量を求めることができ、Y軸のマーク58Y及び59Yの像の間隔からH線に対応するパターンの像のデフォーカス量を求めることができる。この場合の照明光は、X軸に対して45°で交差する入射面60に沿ってテレセン崩しを行った状態でマーク形成領域52Aに照射される。   FIG. 24 shows such a mark. In the mark formation region 52A of the test reticle TR of FIG. 24, two X-axis marks 58X and 59X made of L & S patterns formed at different pitches in the X direction are in the X direction. Are arranged at predetermined intervals, and two Y-axis marks 58Y and 59Y made of L & S patterns formed at different pitches in the Y direction are arranged at predetermined intervals in the Y direction. The defocus amount of the pattern image corresponding to the V line can be obtained from the interval between the images of the X-axis marks 58X and 59X, and the pattern image corresponding to the H line can be determined from the interval between the images of the Y-axis marks 58Y and 59Y. Can be obtained. The illumination light in this case is irradiated to the mark forming region 52A in a state where telecentric collapse is performed along the incident surface 60 that intersects the X axis at 45 °.

図25は、図24の入射面60を示す斜視図であり、図25において、投影光学系PLの瞳PLPの中心をXYZ直交座標系の原点とする。また、テストレチクルTRの+Z側の面とZ軸との交点を原点としてX軸及びY軸に平行にX’軸及びY’軸をとる。照明光ILの主光線がX’軸に対して45°傾いた入射面60内を通過し、0次光(直進光)D0が投影光学系PLの瞳PLP内で光軸からX軸に対して45°で交差する方向にずれた位置を通るように、その主光線の入射角θiを設定する。入射角θiは、投影光学系PLの開口数NA及び照明光学系の開口数iNAを用いて以下の関係に設定される。   FIG. 25 is a perspective view showing the entrance surface 60 of FIG. 24. In FIG. 25, the center of the pupil PLP of the projection optical system PL is the origin of the XYZ orthogonal coordinate system. Further, the X ′ axis and the Y ′ axis are set in parallel to the X axis and the Y axis with the intersection point between the + Z side surface of the test reticle TR and the Z axis as the origin. The chief ray of the illumination light IL passes through the incident surface 60 inclined by 45 ° with respect to the X ′ axis, and the 0th-order light (straight-ahead light) D0 within the pupil PLP of the projection optical system PL from the optical axis to the X axis. The incident angle θi of the principal ray is set so as to pass through a position shifted in the intersecting direction at 45 °. The incident angle θi is set to the following relationship using the numerical aperture NA of the projection optical system PL and the numerical aperture iNA of the illumination optical system.

sinθi=NA−iNA …(13)
この場合、図25の照明光ILの照明領域には、図24のX軸のマーク58X及び59XとY軸のマーク58Y及び59Yとが形成されている。このとき、X軸及びY軸の各マークに対してマークピッチを広げないと、瞳PLPを規定する開口絞り(不図示)によって回折光がけられてしまう。どの程度広げればよいかは幾何学的に決定できる。
図26(A)は、図24のマーク59Xから発生する1次回折光D1(x)及び2次回折光D2(x)を示し、図26(B)は、投影光学系PLの瞳PLPにおける回折光の分布を示している。なお、図26(A)の角度θi’はX軸に対して45°で交差する面内での角度θiをXZ面に投影した角度である。マーク59Xとしては、図18のマーク50Eのような位相シフトマークが使用されている。図26(A)において、投影光学系PLの開口数NAを次のように等価的な開口数NAeqに換算して、マーク59Xのピッチを計算すればよい。
sin θi = NA−iNA (13)
In this case, X-axis marks 58X and 59X and Y-axis marks 58Y and 59Y in FIG. 24 are formed in the illumination area of the illumination light IL in FIG. At this time, unless the mark pitch is increased with respect to the X-axis and Y-axis marks, diffracted light is scattered by an aperture stop (not shown) that defines the pupil PLP. It can be determined geometrically how much it should be expanded.
26A shows the first-order diffracted light D1 (x) and the second-order diffracted light D2 (x) generated from the mark 59X in FIG. 24, and FIG. 26B shows the diffracted light at the pupil PLP of the projection optical system PL. The distribution of is shown. Note that the angle θi ′ in FIG. 26A is an angle obtained by projecting the angle θi in a plane that intersects the X axis at 45 ° onto the XZ plane. As the mark 59X, a phase shift mark such as the mark 50E in FIG. 18 is used. In FIG. 26A, the pitch of the mark 59X may be calculated by converting the numerical aperture NA of the projection optical system PL into an equivalent numerical aperture NAeq as follows.

NAeq=(NA−iNA)/21/2 + iNA
= NA/21/2 +(1−1/21/2)iNA …(14)
ピッチ(pitch)=λ/(NAeq−iNA)
従って、1次元用のマーク(例えば図18のマーク50E)のピッチを約21/2 倍すれば、図24の2次元用のX軸のマーク59Xとして使用可能である。図24のY軸のマーク59Yについても、図25及び図26(B)に1次回折光D1(y)及び2次回折光D2(y)を示すように、X軸のマーク59Xを90°回転したマークを使用できる。
NAeq = (NA−iNA) / 2 1/2 + iNA
= NA / 2 1/2 + (1-1 / 1/2 ) iNA (14)
Pitch = λ / (NAeq−iNA)
Therefore, if the pitch of the one-dimensional mark (for example, the mark 50E in FIG. 18) is multiplied by about 21/2 , it can be used as the two-dimensional X-axis mark 59X in FIG. Also for the Y-axis mark 59Y in FIG. 24, the X-axis mark 59X is rotated by 90 ° so that the first-order diffracted light D1 (y) and the second-order diffracted light D2 (y) are shown in FIGS. Marks can be used.

次に、図24のマーク58X及び58Yについては、図27に示すように、それらからの3次回折光E3(x)及びE3(y)が、投影光学系PLの瞳PLPにほぼ外接して瞳PLPには入らない条件にすれば感度は最大となる。
図27において、マーク58Xからの0次光D0及び1次回折光E1(x)、及びマーク58Yからの0次光D0及び1次回折光E1(y)のみが瞳PLP内に入っている。従って、マーク58Xとして、図3(B)の第1マーク50Aと同様でピッチが異なるマークが使用でき、マーク58Yとしてマーク58Xを90°回転したマークが使用できる。
Next, with respect to the marks 58X and 58Y in FIG. 24, as shown in FIG. 27, the third-order diffracted lights E3 (x) and E3 (y) from the marks 58X and 58Y substantially circumscribe the pupil PLP of the projection optical system PL. Sensitivity is maximized under conditions that do not enter the PLP.
In FIG. 27, only the 0th order light D0 and the 1st order diffracted light E1 (x) from the mark 58X and the 0th order light D0 and the 1st order diffracted light E1 (y) from the mark 58Y are in the pupil PLP. Therefore, as the mark 58X, a mark having the same pitch as that of the first mark 50A in FIG. 3B can be used, and a mark obtained by rotating the mark 58X by 90 ° can be used as the mark 58Y.

図27において、光軸AXからX方向への距離BでY方向への距離Aの3次回折光E3(x)が瞳PLPに外接する条件から、投影光学系PLの開口数NAを次のように等価的な開口数NAeq2に換算して、(14)式の等価的な開口数NAeqをも用いると、マーク58Xのピッチ(これもPとする)は次のようになる。
P=3/(NAeq+NAeq2) …(15)
B={(NA+iNA)2 −(NA−iNA)2 /2}1/2 …(16)
NAeq2=B−iNA …(17)
本例の図24に示すマークは、V線及びH線の像のデフォーカス量を同時に計測するために使用するマークであるが、他のマークを使用する際も、結像に必要な回折光が投影光学系PLの開口絞りによってけられたり、又は不要な回折光が投影光学系PLの瞳内に漏れ込んでこないようにマークピッチを決定すればよい。
なお、マーク58X、58Yのピッチは、(15)式によらず、
ピッチ(pitch)=λ/(NAeq−iNA)
で決定すれば、ダイポール照明でマーク間の距離を計測する際に、コマ収差の影響が相殺されるので好ましい。
In FIG. 27, the numerical aperture NA of the projection optical system PL is set as follows from the condition that the third-order diffracted light E3 (x) having the distance B from the optical axis AX to the X direction and the distance A to the Y direction circumscribes the pupil PLP. When the equivalent numerical aperture NAeq2 of the equation (14) is also used in terms of the numerical aperture NAeq2 equivalent to, the pitch of the mark 58X (also referred to as P) is as follows.
P = 3 / (NAeq + NAeq2) (15)
B = {(NA + iNA) 2 - (NA-iNA) 2/2} 1/2 ... (16)
NAeq2 = B-iNA (17)
The mark shown in FIG. 24 in this example is a mark used for simultaneously measuring the defocus amounts of the V-line and H-line images, but the diffracted light necessary for image formation is also used when other marks are used. Is determined by the aperture stop of the projection optical system PL or the mark pitch is determined so that unnecessary diffracted light does not leak into the pupil of the projection optical system PL.
Note that the pitch of the marks 58X and 58Y does not depend on the equation (15).
Pitch = λ / (NAeq−iNA)
This is preferable because the influence of coma aberration is offset when measuring the distance between marks by dipole illumination.

次に、テストレチクルTRに形成されているフォーカス計測用の複数のマークの間隔(相対距離)の描画誤差(設計値に対する誤差)を計測する方法につき説明する。なお、以下ではその描画誤差を投影像での値として計測する。
先ず、V線に関するデフォーカス量を計測するために、図4(A)のマーク50Cと図18(A)のマーク50Eとが所定間隔で形成されたテストレチクル(これもTRとする。)を使用するものとして、マーク50C,50Eのピッチは、(12)式の右辺で表されるとする。この場合、それらのマークの間隔の描画誤差を計測するために、図1の照明光学系5において開口絞り13Aを選択して2極照明に設定する。この結果、図28(A)に示すように、マーク50C,50Eは±X方向に角度θiで対称に傾斜した照明光ILで照明され、図28(B)に示すように、投影光学系PLの瞳PLP内において、光軸上をマーク50C,50Eからの1次回折光D(+1)が通過し、両端部をマーク50Cからの0次光D0及びマーク50Eからの2次回折光D(+2)が通過する。そして、上記の実施形態と同様に、露光及び現像後にマーク50C,50Eの像であるレジストパターンの間隔を計測する。
Next, a method for measuring a drawing error (an error with respect to a design value) of an interval (relative distance) between a plurality of marks for focus measurement formed on the test reticle TR will be described. In the following, the drawing error is measured as a value in the projected image.
First, in order to measure the defocus amount relating to the V-line, a test reticle (also referred to as TR) in which the mark 50C in FIG. 4A and the mark 50E in FIG. 18A are formed at a predetermined interval. It is assumed that the pitch of the marks 50C and 50E is represented by the right side of the equation (12). In this case, in order to measure the drawing error of the interval between these marks, the aperture stop 13A is selected in the illumination optical system 5 of FIG. As a result, as shown in FIG. 28A, the marks 50C and 50E are illuminated with the illumination light IL that is symmetrically inclined at an angle θi in the ± X directions, and as shown in FIG. 28B, the projection optical system PL In the pupil PLP, the first-order diffracted light D (+1) from the marks 50C and 50E passes on the optical axis, and the zero-order light D0 from the mark 50C and the second-order diffracted light D (+2) from the mark 50E pass through both ends. Pass through. Then, similarly to the above-described embodiment, the distance between the resist patterns which are images of the marks 50C and 50E is measured after exposure and development.

このとき、マーク50C及び50Eからの回折光(結像光束)が被るコマ収差などの非対称収差によるそれらのマークの像の横ずれ量は同じになるので、それらのマークの像の間隔(相対距離)を計測する際にその非対称性による横ずれ量は相殺される。従って、その間隔の計測結果からその設計値(目標値)を差し引くことで、描画誤差δEを求めることができる。なお、球面収差などの対称収差は2極照明時には空間像の横ずれの要因とはならないため、マーク像の相対位置の計測誤差にはならない。
また、H線に関するデフォーカス量を計測するときには、マーク50C,50Eを90°回転したマークが使用されるが、これらのマークの描画誤差の計測時には、これらのマークを±Y方向に角度θiで対称に傾斜した照明光ILを用いる2極照明で照明すればよい。
At this time, the lateral shift amounts of the images of the marks due to asymmetric aberration such as coma aberration that the diffracted light (imaging light flux) from the marks 50C and 50E suffers are the same. The lateral shift due to the asymmetry is canceled when measuring. Therefore, the drawing error δE can be obtained by subtracting the design value (target value) from the measurement result of the interval. Note that symmetric aberration such as spherical aberration does not cause a lateral shift of the aerial image during dipole illumination, and therefore does not cause a measurement error of the relative position of the mark image.
Further, when measuring the defocus amount related to the H-line, marks obtained by rotating the marks 50C and 50E by 90 ° are used, but when measuring the drawing error of these marks, these marks are moved at an angle θi in the ± Y direction. What is necessary is just to illuminate with the dipole illumination using the illumination light IL inclined symmetrically.

その後、上記の実施形態のようにフォーカス計測を行うために、テレセン崩しを行ってマークを照明する際の計測結果、即ちマーク50C,50Eの像の間隔からその間隔の設計値を差し引いて得られる偏差δTには以下の成分が含まれる。
(a1)デフォーカスによる偏差δ1。(a2)マークの描画誤差δ2。(a3)デフォーカス以外の対称収差(球面収差など)による偏差δ3。
これらの成分のうち、(a2)のマークの描画誤差δ2は、上記のようにして求めた描画誤差δEと同じである。また、(a3)の偏差δ3は、例えば空間像による収差計測などの他の収差計測手法により計測しておくことができる。このようにして偏差δTからデフォーカスによる偏差δ1のみを分離抽出することが可能となる。一例として、その偏差δ1が最小になるように投影光学系PLとウエハWとのZ方向の相対距離を調整することによって、ベストフォーカス状態で露光を行うことができる。
Thereafter, in order to perform focus measurement as in the above-described embodiment, the measurement result when illuminating the mark by performing telecentric collapse, that is, the distance between the images of the marks 50C and 50E is obtained by subtracting the design value of the distance. The deviation δT includes the following components.
(A1) Deviation δ1 due to defocus. (A2) Mark drawing error δ2. (A3) Deviation δ3 due to symmetric aberration (spherical aberration, etc.) other than defocus.
Among these components, the drawing error δ2 of the mark (a2) is the same as the drawing error δE obtained as described above. Further, the deviation δ3 in (a3) can be measured by another aberration measurement method such as aberration measurement using an aerial image. In this way, only the deviation δ1 due to defocusing can be separated and extracted from the deviation δT. As an example, exposure can be performed in the best focus state by adjusting the relative distance in the Z direction between the projection optical system PL and the wafer W so that the deviation δ1 is minimized.

次に、図24に示すX軸のマーク58X,59X及びY軸のマーク58Y,59Yを用いて、V線及びH線に関するデフォーカス量を同時に計測する場合のマークの描画誤差の計測方法につき説明する。マーク58X,59Xのピッチは、(12)式の開口数NAとして(14)式の等価的な開口数NAequを用いた式で表すことができるが、マーク59Xは位相シフトマークである。また、マーク58Y,59Yはマーク58X,59Xを90°回転したマークである。そのデフォーカス量の計測時には、図29(A)に示すように、マーク58X,58YはX軸に45°で交差する方向から(13)式の角度θiで傾斜した照明光ILで照明される。なお、角度θi’は角度θiをXZ面に投影したときの角度である。そして、図29(B)に示すように、マーク58X,58Yからの回折光のうちで0次光D0及び1次回折光D1(x),D1(y)のみが投影光学系PLの瞳PLPを通過し、2次回折光(位置PD2(x),PD2(y))は消失する。
同様に、図30(A)に示すように、マーク59X,59YもX軸に45°で交差する方向から照明光ILで照明され、図30(B)に示すように、マーク59X,59Yからの回折光のうちで0次光(位置PD0)は消失し、1次回折光D1(x),D1(y)及び2次回折光D2(x),D2(y)のみが投影光学系PLの瞳PLPを通過する。
Next, a method for measuring a mark drawing error when the defocus amounts for the V-line and the H-line are simultaneously measured using the X-axis marks 58X and 59X and the Y-axis marks 58Y and 59Y shown in FIG. To do. The pitch of the marks 58X and 59X can be expressed by an expression using the equivalent numerical aperture NAequ of the expression (14) as the numerical aperture NA of the expression (12), but the mark 59X is a phase shift mark. The marks 58Y and 59Y are marks obtained by rotating the marks 58X and 59X by 90 °. At the time of measuring the defocus amount, as shown in FIG. 29A, the marks 58X and 58Y are illuminated with the illumination light IL inclined at the angle θi of the expression (13) from the direction intersecting the X axis at 45 °. . The angle θi ′ is an angle when the angle θi is projected onto the XZ plane. As shown in FIG. 29B, among the diffracted lights from the marks 58X and 58Y, only the 0th-order light D0 and the first-order diffracted lights D1 (x) and D1 (y) form the pupil PLP of the projection optical system PL. The second-order diffracted light (positions PD2 (x), PD2 (y)) disappears after passing.
Similarly, as shown in FIG. 30A, the marks 59X and 59Y are also illuminated with the illumination light IL from the direction intersecting the X axis at 45 °. As shown in FIG. 30B, the marks 59X and 59Y The zero-order light (position PD0) of the diffracted light disappears, and only the first-order diffracted lights D1 (x) and D1 (y) and the second-order diffracted lights D2 (x) and D2 (y) are pupils of the projection optical system PL. Pass PLP.

これらのマークの描画誤差を計測するためには、図25に対応させた図31に示すように、テストレチクルTR上のX’軸(瞳PLP上のX軸に平行な軸)に対して時計方向に+45°及び−45°でそれぞれ交差するとともにレチクル面に垂直な入射面60A及び60Bを想定する。そして、X軸のマーク58X,59Xに対しては、入射面60A及び60B内で−Y’方向(Y’軸は瞳PLP上のY軸に平行な軸)に、それぞれ入射角θiとなる主光線IL1x及びIL2xを持つ2つの照明光を用いる2極照明で照明する。これによって、図31に示す投影光学系PLの瞳PLP内で、マーク58Xからの0次光D10(x)及びマーク59Xからの2次回折光D22(x)と、マーク58Xからの0次光D20(x)及びマーク59Xからの2次回折光D12(x)とがY軸に関して対称に通過し、マーク58X,59Xからの1次回折光D11(x),D21(x)がY軸上を通過するため、非対称な収差によるマーク像の横ずれ量が同じになり、両マークの像の相対位置計測に与える非対称収差の影響を相殺できるため、マークの描画誤差のみを計測できる。   In order to measure the drawing error of these marks, as shown in FIG. 31 corresponding to FIG. 25, the clock is relative to the X ′ axis on the test reticle TR (the axis parallel to the X axis on the pupil PLP). Assume incident surfaces 60A and 60B that intersect the direction at + 45 ° and -45 °, respectively, and are perpendicular to the reticle surface. For the X-axis marks 58X and 59X, in the incident surfaces 60A and 60B, in the −Y ′ direction (the Y ′ axis is an axis parallel to the Y axis on the pupil PLP), the incident angle θi is the main. Illumination is performed with dipole illumination using two illumination lights having light beams IL1x and IL2x. Thereby, in the pupil PLP of the projection optical system PL shown in FIG. 31, the 0th-order light D10 (x) from the mark 58X, the second-order diffracted light D22 (x) from the mark 59X, and the 0th-order light D20 from the mark 58X. (X) and the second-order diffracted light D12 (x) from the mark 59X pass symmetrically with respect to the Y-axis, and the first-order diffracted lights D11 (x) and D21 (x) from the marks 58X and 59X pass on the Y-axis. Therefore, the lateral shift amount of the mark image due to the asymmetrical aberration becomes the same, and the influence of the asymmetrical aberration on the relative position measurement of the images of both marks can be offset, so that only the mark drawing error can be measured.

同様に、Y軸のマーク58Y,59Yに対しては、図32の入射面60A及び60B内で+X’方向にそれぞれ入射角θiとなる主光線IL1y及びIL2yを持つ2つの照明光を用いる2極照明で照明する。これによって、図32に示す投影光学系PLの瞳PLP内で、マーク58Yからの0次光D10(y)及びマーク59Yからの2次回折光D22(y)と、マーク58Yからの0次光D20(y)及びマーク59Yからの2次回折光D12(y)とがX軸に関して対称に通過し、マーク58Y,59Yからの1次回折光D11(y),D21(y)がX軸上を通過するため、非対称な収差によるマーク像の横ずれ量が同じになり、両マークの像の相対位置計測に与える非対称収差の影響を相殺できるため、マークの描画誤差のみを計測できる。   Similarly, for the Y-axis marks 58Y and 59Y, two poles using two illumination lights having principal rays IL1y and IL2y respectively having an incident angle θi in the + X ′ direction in the incident surfaces 60A and 60B of FIG. Illuminate with lighting. Thus, in the pupil PLP of the projection optical system PL shown in FIG. 32, the zero-order light D10 (y) from the mark 58Y, the second-order diffracted light D22 (y) from the mark 59Y, and the zero-order light D20 from the mark 58Y. (Y) and the second-order diffracted light D12 (y) from the mark 59Y pass symmetrically with respect to the X-axis, and the first-order diffracted lights D11 (y) and D21 (y) from the marks 58Y and 59Y pass on the X-axis. Therefore, the lateral shift amount of the mark image due to the asymmetrical aberration becomes the same, and the influence of the asymmetrical aberration on the relative position measurement of the images of both marks can be offset, so that only the mark drawing error can be measured.

なお、上記の0次光が生じないマーク59X,59Yとしては、図18(A)及び図20(B)に示すマーク50Eの他に、図33の位相シフトマーク又は図34のハーフトーンマークを使用することができる。これらのマークは、マーク50Eに比べて最小線幅が広くできるため、テストレチクルTRの製造が容易になる。これらのマークの投影像はマーク50Eの像と同等である。
図33の透過光の振幅分布70Aで表される位相シフトマークにおいては、位相0°の透過部70Aa及び遮光部71の間に位相180°の位相シフタ部70Abが形成されている。また、マークのピッチPを16A(Aは定数)とすると、1ピッチ内に順次位相シフタ部70Ab、透過部70Aa、遮光部71及び透過部70Aaがそれぞれ幅6.5A,3.25A,3.0A及び3.25Aで形成されている。この場合、ピッチPをウエハ上で176nmとすると、最小線幅である3P/16はウエハ上で33nmとなり、レチクル上では投影倍率を1/4として132nmとなる。
In addition to the marks 50E shown in FIGS. 18A and 20B, the phase shift mark shown in FIG. 33 or the halftone mark shown in FIG. Can be used. Since the minimum line width of these marks can be made wider than that of the mark 50E, the test reticle TR can be easily manufactured. The projected images of these marks are equivalent to the image of the mark 50E.
In the phase shift mark represented by the transmitted light amplitude distribution 70A in FIG. 33, a phase shifter portion 70Ab having a phase of 180 ° is formed between the transmitting portion 70Aa having a phase of 0 ° and the light shielding portion 71. If the mark pitch P is 16A (A is a constant), the width of the phase shifter 70Ab, the transmission part 70Aa, the light-shielding part 71, and the transmission part 70Aa is sequentially increased to 6.5A, 3.25A, 3.. It is formed at 0A and 3.25A. In this case, if the pitch P is 176 nm on the wafer, the minimum line width 3P / 16 is 33 nm on the wafer, and the projection magnification is 1/4 on the reticle to 132 nm.

次に、図34の透過光の振幅分布72Aで表されるピッチPのハーフトーンマークにおいては、幅PHLの位相0°の透過部72Aaの間に位相180°で強度透過率HTが例えば6%程度の位相シフト部72Abが形成されている。強度透過率HTを用いると幅PHLは次のようになる。
PHL=P×HT1/2 /(1+HT1/2 ) …(18)
一例として、HT=0.06(6%)とすると、幅PHLはP×0.197となる。なお、図34の例では、透過率分布73Aで示すように、中央のNピッチの部分だけが露光されるようにトリム露光が行われる。
Next, in the halftone mark having the pitch P represented by the amplitude distribution 72A of the transmitted light in FIG. 34, the intensity transmittance HT is 6%, for example, at a phase of 180 ° between the transmission portions 72Aa of the phase 0 ° of the width PHL. About a phase shift portion 72Ab is formed. When the intensity transmittance HT is used, the width PHL is as follows.
PHL = P × HT 1/2 / (1 + HT 1/2 ) (18)
As an example, when HT = 0.06 (6%), the width PHL is P × 0.197. In the example of FIG. 34, as shown by the transmittance distribution 73A, trim exposure is performed so that only the central N pitch portion is exposed.

なお、本発明は、走査露光型の投影露光装置のみならず、一括露光型の投影露光装置や例えば国際公開(WO)第99/49504号などに開示される液浸型露光装置で投影光学系のフォーカス情報を計測する場合にも適用できる。また、本発明の露光装置は、半導体デバイス、液晶表示素子やプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、DNAチップ等、及びマスク(フォトマスク、レチクル等)を製造するための露光装置にも適用することができる。
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
The present invention is not limited to a scanning exposure type projection exposure apparatus, but a projection optical system using a batch exposure type projection exposure apparatus or an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, International Publication (WO) 99/49504. It can also be applied to measuring focus information. The exposure apparatus of the present invention includes a semiconductor device, a display device such as a liquid crystal display element or a plasma display, an image sensor (CCD, etc.), a micromachine, a thin film magnetic head, a DNA chip, etc., and a mask (photomask, reticle, etc.). The present invention can also be applied to an exposure apparatus for manufacturing.
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Of course, a various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明は、半導体デバイス等の各種デバイスを製造する際に用いられる投影露光装置の結像特性の計測や、露光対象の基板のフラットネスの計測等に使用することができる。   The present invention can be used for measurement of imaging characteristics of a projection exposure apparatus used when manufacturing various devices such as semiconductor devices, measurement of flatness of a substrate to be exposed, and the like.

本発明の実施形態の一例の投影露光装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the projection exposure apparatus of an example of embodiment of this invention. (A)はテストレチクルの一例を示す平面図、(B)は図2(A)中のマーク形成領域52Aを示す拡大図、(C)はウエハのショット配列の一例を示す平面図、(D)はウエハ上に投影されるマーク像を示す拡大図である。(A) is a plan view showing an example of a test reticle, (B) is an enlarged view showing a mark formation region 52A in FIG. 2 (A), (C) is a plan view showing an example of a shot arrangement of a wafer, (D () Is an enlarged view showing a mark image projected on the wafer. (A)はマーク50Bからの回折光を示す図、(B)はマーク50Aからの回折光を示す図、(C)は投影光学系PLの瞳面上の回折光を示す図である。(A) is a diagram showing diffracted light from the mark 50B, (B) is a diagram showing diffracted light from the mark 50A, and (C) is a diagram showing diffracted light on the pupil plane of the projection optical system PL. (A)はマーク50Cからの回折光を示す図、(B)は図4(A)の投影光学系PLの瞳面上の回折光を示す図である。(A) is a figure which shows the diffracted light from the mark 50C, (B) is a figure which shows the diffracted light on the pupil plane of the projection optical system PL of FIG. 4 (A). マーク50Bの像の光量分布のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the light quantity distribution of the image of the mark 50B. マーク50Cの像の光量分布のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the light quantity distribution of the image of the mark 50C. マーク50Aの像の光量分布のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the light quantity distribution of the image of the mark 50A. マーク50Aでピッチを大きくした場合の像の光量分布のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the light quantity distribution of the image at the time of enlarging pitch with the mark 50A. ウエハ上のレジスト断面及びその上のマーク像の光量分布を示す図である。It is a figure which shows the light quantity distribution of the resist cross section on a wafer, and the mark image on it. マーク像の両端部を消すためのトリム露光の説明図である。It is explanatory drawing of the trim exposure for erasing the both ends of a mark image. ウエハ上のマーク像の配列の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the arrangement | sequence of the mark image on a wafer. マーク像の両端部等を消すためのトリム露光の説明図である。It is explanatory drawing of the trim exposure for erasing the both ends etc. of a mark image. マーク50Aからの回折光を示す図である。It is a figure which shows the diffracted light from the mark 50A. トリム露光後の光量分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the light quantity distribution after trim exposure. 位相シフト型のマーク50Dからの回折光を示す図である。It is a figure which shows the diffracted light from the phase shift type mark 50D. マーク50Dの像の光量分布のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the light quantity distribution of the image of the mark 50D. 図16の光量分布にトリム露光の光量分布を重ねた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having superimposed the light quantity distribution of trim exposure on the light quantity distribution of FIG. 位相シフト型のマーク50Eからの回折光を示す図である。It is a figure which shows the diffracted light from the phase shift type mark 50E. マーク50Eの像の光量分布のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the light quantity distribution of the image of the mark 50E. (A)は別の条件下でのマーク50Eの像の光量分布のシミュレーション結果を示す図、(B)はマーク50Eの透過光の振幅を示す図である。(A) is a figure which shows the simulation result of the light quantity distribution of the image of the mark 50E on another condition, (B) is a figure which shows the amplitude of the transmitted light of the mark 50E. 図19の光量分布にトリム露光の光量分布を重ねた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having superimposed the light quantity distribution of trim exposure on the light quantity distribution of FIG. 図20(A)の光量分布にトリム露光を重ねた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having overlapped trim exposure on the light quantity distribution of FIG. トリム露光用のマークの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the mark for trim exposure. V線及びH線に対応するパターンの像のデフォーカス量を同時に独立に計測できるマークの一例を示す拡大図である。It is an enlarged view showing an example of a mark that can simultaneously and independently measure the defocus amount of the pattern image corresponding to the V line and the H line. 図24のマークに対する照明光の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the illumination light with respect to the mark of FIG. 図24の一部のマークからの回折光を示す図である。It is a figure which shows the diffracted light from the one part mark of FIG. 図24の他のマークからの回折光を示す図である。It is a figure which shows the diffracted light from the other mark of FIG. (A)はマーク50C,50Eからの回折光を示す図、(B)は図28(A)の投影光学系PLの瞳面上の回折光を示す図である。(A) is a figure which shows the diffracted light from the marks 50C and 50E, (B) is a figure which shows the diffracted light on the pupil plane of the projection optical system PL of FIG. 28 (A). (A)はマーク58X,58Yからの回折光を示す図、(B)は図29(A)の投影光学系PLの瞳面上の回折光を示す図である。(A) is a figure which shows the diffracted light from the marks 58X and 58Y, (B) is a figure which shows the diffracted light on the pupil plane of the projection optical system PL of FIG. 29 (A). (A)はマーク59X,59Yからの回折光を示す図、(B)は図30(A)の投影光学系PLの瞳面上の回折光を示す図である。(A) is a figure which shows the diffracted light from marks 59X and 59Y, (B) is a figure which shows the diffracted light on the pupil plane of the projection optical system PL of FIG. 30 (A). マーク58X,59Xに対する照明光の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the illumination light with respect to the marks 58X and 59X. マーク58Y,59Yに対する照明光の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the illumination light with respect to the marks 58Y and 59Y. 別の例の位相シフトマークの透過光の振幅分布を示す図である。It is a figure which shows the amplitude distribution of the transmitted light of the phase shift mark of another example. 別の例のハーフトーンマークを用いてトリム露光を行う場合の透過光の振幅分布を示す図である。It is a figure which shows the amplitude distribution of the transmitted light at the time of performing trim exposure using the halftone mark of another example.

符号の説明Explanation of symbols

1…主制御系、5…照明光学系、TR…テストレチクル、PL…投影光学系、W…ウエハ、28…ウエハステージ、52A〜52E…マーク形成領域、50A〜50E…マーク、50AP,50BP…マーク像     DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main control system, 5 ... Illumination optical system, TR ... Test reticle, PL ... Projection optical system, W ... Wafer, 28 ... Wafer stage, 52A-52E ... Mark formation area, 50A-50E ... Mark, 50AP, 50BP ... Mark statue

Claims (11)

投影光学系のフォーカス情報を計測するフォーカス計測方法であって、
主光線が前記投影光学系の光軸に対して傾斜した照明光を用いて、前記投影光学系の瞳面において当該瞳面における光軸からの距離が互いに異なるような光強度分布が得られるように2つの回折光を発生する第1マークを照明する第1工程と、
前記投影光学系を介して前記第1マークの像を所定面に投影し、該第1のマークの像の位置情報を求める第2工程と、
前記第2工程で求められる位置情報に基づいて、前記投影光学系のフォーカス情報を求める第3工程とを有することを特徴とするフォーカス計測方法。
A focus measurement method for measuring focus information of a projection optical system,
By using illumination light whose chief ray is inclined with respect to the optical axis of the projection optical system, it is possible to obtain a light intensity distribution on the pupil plane of the projection optical system such that the distance from the optical axis on the pupil plane is different from each other. A first step of illuminating a first mark that generates two diffracted lights;
A second step of projecting an image of the first mark on a predetermined surface via the projection optical system to obtain position information of the image of the first mark;
And a third step of obtaining focus information of the projection optical system based on the position information obtained in the second step.
前記第3工程は、前記第1マークの像の位置情報に基づいて、前記投影光学系のデフォーカス量を求める工程を含むことを特徴とするフォーカス計測方法。   The third step includes a step of obtaining a defocus amount of the projection optical system based on positional information of the image of the first mark. 前記瞳面における前記2つの回折光の強度分布は、前記瞳面上で前記光軸を通る直線に対して直交する方向にずれており、
前記第2工程は、前記所定面上における前記直交する方向に関する前記第1マークの像の位置情報を求める工程を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のフォーカス計測方法。
The intensity distribution of the two diffracted lights on the pupil plane is shifted in a direction orthogonal to a straight line passing through the optical axis on the pupil plane,
The focus measurement method according to claim 1, wherein the second step includes a step of obtaining position information of the image of the first mark with respect to the orthogonal direction on the predetermined plane.
前記第1工程は、前記第1マークが発生する2つの回折光により前記瞳面に分布する光強度の位置に対し、異なる位置に光強度が分布するように複数の回折光を発生する第2マークを照明する工程を含み、
前記第2工程は、前記所定面に投影される前記第1マークの像及び前記第2マークの像の位置情報を求める工程を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のフォーカス計測方法。
The first step generates a plurality of diffracted lights so that the light intensity is distributed at different positions with respect to the position of the light intensity distributed on the pupil plane by the two diffracted lights generated by the first mark. Including the step of illuminating the mark,
The said 2nd process includes the process of calculating | requiring the positional information on the image of the said 1st mark projected on the said predetermined surface, and the image of the said 2nd mark, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. The focus measurement method described.
前記第1マーク及び前記第2マークの少なくとも一方は、0次光が実質的に生じない位相シフト型のマークであることを特徴とする請求項4に記載のフォーカス計測方法。   5. The focus measurement method according to claim 4, wherein at least one of the first mark and the second mark is a phase shift type mark in which zero-order light is not substantially generated. 前記第1工程は、照明光学系の瞳面上での照明光の光強度分布をその中心部よりも前記照明光学系の光軸から偏心した2つの領域で高めた状態で、前記第1マーク及び前記第2マークを照明し、
前記第3工程は、前記所定面における前記第1マークと前記第2マークとの間隔の基準値に対して、前記所定面に投影された前記第1マークの像と前記第2マークの像との間隔のずれ量を求めることを特徴とする請求項4又は5に記載のフォーカス計測方法。
In the first step, the light intensity distribution of the illumination light on the pupil plane of the illumination optical system is raised in two regions decentered from the optical axis of the illumination optical system with respect to the central portion, and the first mark And illuminating the second mark,
In the third step, the image of the first mark and the image of the second mark projected on the predetermined surface with respect to a reference value of the interval between the first mark and the second mark on the predetermined surface The focus measurement method according to claim 4, wherein a deviation amount of the interval is obtained.
投影光学系を介してパターンを基板上に転写する露光装置において、
前記投影光学系の物体面側に配置される第1マークとを照明する照明光学系と、
前記第1マークから発生する2つの回折光が前記投影光学系の瞳面における光軸からの距離が互いに異なるような光強度分布を得るように、前記第1マークを照明する照明光の主光線の傾斜角を制御する制御装置とを備えることを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that transfers a pattern onto a substrate via a projection optical system,
An illumination optical system for illuminating a first mark disposed on the object plane side of the projection optical system;
The chief ray of illumination light that illuminates the first mark so that the two diffracted lights generated from the first mark have a light intensity distribution such that the distances from the optical axis on the pupil plane of the projection optical system are different from each other. An exposure apparatus comprising: a control device that controls an inclination angle of the exposure apparatus.
前記照明光学系は、前記投影光学系の物体面側に配置された前記第1マークとは異なる第2マークを照明し、
前記制御装置は、前記第1マークから発生する2つの回折光による前記瞳面に分布する光強度の位置に対し、異なる位置に光強度が分布するように複数の回折光を発生するように、前記第2マークを照明する照明光の主光線の傾斜角を制御することを特徴とする請求項7に記載の露光装置。
The illumination optical system illuminates a second mark different from the first mark arranged on the object plane side of the projection optical system;
The control device generates a plurality of diffracted lights so that the light intensities are distributed at different positions with respect to the positions of the light intensities distributed on the pupil plane by the two diffracted lights generated from the first mark. 8. The exposure apparatus according to claim 7, wherein an inclination angle of a chief ray of illumination light that illuminates the second mark is controlled.
照明光の主光線が傾斜した照明条件で照明されるマスクであって、
回折光のずれ方が互いに異なるとともに、それぞれ所定の周期方向に対称な第1マーク及び第2マークが並べて形成されたことを特徴とするフォーカス計測用マスク。
A mask that is illuminated under illumination conditions in which the chief ray of illumination light is inclined,
A focus measurement mask characterized in that a first mark and a second mark that are different from each other in the way of diffracted light and are symmetrical in a predetermined periodic direction are formed side by side.
前記照明条件で照明されたときに、前記第1マークから発生する2つの回折光のそれぞれの重心の中心と前記第2マークから発生する2つの回折光のそれぞれの重心の中心とが前記周期方向にずれていることを特徴とする請求項9に記載のフォーカス計測用マスク。   When illuminated under the illumination conditions, the center of the center of gravity of each of the two diffracted lights generated from the first mark and the center of the center of gravity of each of the two diffracted lights generated from the second mark are in the periodic direction. The focus measurement mask according to claim 9, wherein the focus measurement mask is misaligned. 前記第1マーク及び前記第2マークの少なくとも一方は、0次光が実質的に生じない位相シフト型のマークであることを特徴とする請求項8又は9に記載のフォーカス計測用マスク。   10. The focus measurement mask according to claim 8, wherein at least one of the first mark and the second mark is a phase shift type mark that does not substantially generate zero-order light.
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