JP4826326B2 - Evaluation method and adjustment method of illumination optical system - Google Patents

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

Description

本発明は、物体のテレセントリック照明を行う照明光学系の評価方法および調整方法に関する。 The present invention relates to an evaluation method and adjustment method of illumination optical system for performing telecentric illumination of the object.

例えば基板上の被検マークの位置検出を行う装置では、被検マークをテレセントリック照明して被検マークの画像を取り込み、この画像を処理して位置検出を行っている。また、この装置では、位置検出の精度を高めるために、照明テレセントリシティー（以下「照明テレセン」）を視野内で一律に調整して、装置起因の誤差ＴＩＳ（Tool Induced Shift）を低減するようにしている（例えば特許文献１を参照）。
特開２００４−１５８５５５号公報 For example, in an apparatus for detecting the position of a test mark on a substrate, the test mark is telecentric illuminated to capture an image of the test mark, and this image is processed to detect the position. In this apparatus, in order to improve the accuracy of position detection, the illumination telecentricity (hereinafter referred to as “illumination telecentric”) is uniformly adjusted within the field of view so as to reduce the error TIS (Tool Induced Shift) caused by the apparatus. (For example, refer to Patent Document 1).
JP 2004-158555 A

しかし、上記のように照明テレセンを視野内で一律に調整する方法では、照明テレセンの視野内でのバラツキに関して、その調整を行うことはできない。また、バラツキを調整するにはバラツキを評価することが必要になるが、上記の方法では、視野内での平均的な照明テレセンを評価できても、照明テレセンのバラツキを評価することはできなかった。
本発明の目的は、物体を照明する際の照明テレセンのバラツキを評価できる照明光学系の評価方法および調整方法、並びに位置検出装置を提供することにある。 However, with the method of uniformly adjusting the illumination telecentricity within the field of view as described above, it is not possible to adjust the variation within the field of view of the illumination telecentricity. In addition, it is necessary to evaluate the variation in order to adjust the variation, but the above method cannot evaluate the variation in the illumination telecentric even if the average illumination telecentric in the field of view can be evaluated. It was.
An object of the present invention is to provide an illumination optical system evaluation method and adjustment method, and a position detection device that can evaluate variations in illumination telecentricity when an object is illuminated.

本発明の照明光学系の評価方法は、評価対象の照明光学系を用い、物体の光像を形成する結像光学系の物体面の所定領域に、照明光を照射する第１工程と、前記所定領域に前記照明光が照射された状態で、該所定領域内の異なる複数の評価地点に１つ以上の評価マークを順次または同時に位置決めするとともに、前記評価マークより低段差の補助マークを、前記所定領域内で前記評価マークから離れた地点に位置決めする第２工程と、前記複数の評価地点の各々に位置決めされた前記評価マークの明暗情報と共に前記補助マークの明暗情報を含む画像を、前記結像光学系を介して取り込む第３工程と、前記画像に含まれる前記評価マークおよび前記補助マークの各々の明暗情報に基づいて、前記評価マークと前記補助マークとの位置ずれ量を求め、該位置ずれ量に基づいて前記複数の評価地点の各々における前記照明光の主光線の傾斜情報を生成する第４工程とを備え、前記評価マークの段差ｈ1は、前記照明光の中心波長λおよび前記結像光学系の物体側の開口数ＮＡに対して、次の条件式「(λ/ＮＡ2) ＜ ｈ1 ＜ ３(λ/ＮＡ2)」を満足するものである。 The illumination optical system evaluation method of the present invention includes a first step of irradiating illumination light onto a predetermined region of an object plane of an imaging optical system that forms an optical image of an object using the illumination optical system to be evaluated, In the state where the predetermined area is irradiated with the illumination light, one or more evaluation marks are sequentially or simultaneously positioned at a plurality of different evaluation points in the predetermined area, and auxiliary marks having a level difference lower than the evaluation mark are A second step of positioning at a point away from the evaluation mark within a predetermined area; and an image including the light / dark information of the auxiliary mark together with the light / dark information of the evaluation mark positioned at each of the plurality of evaluation points. a third step of capturing through the image optical system, based on the evaluation marks and brightness information of each of said auxiliary marks included in the image, the positional deviation amount between the auxiliary marks and the evaluation mark Because, based on the positional deviation amount and a fourth step of generating tilt information of the principal ray of the illumination light at each of the plurality of evaluation points, step h 1 of the evaluation mark, the center of the illumination light The following conditional expression “(λ / NA 2 ) <h 1 <3 (λ / NA 2 )” is satisfied with respect to the wavelength λ and the numerical aperture NA on the object side of the imaging optical system.

また、前記評価マークと前記補助マークとは、内外で段差の異なる二重マークを構成し、前記第４工程では、前記二重マークを前記結像光学系の光軸に垂直な面内で反転させる前後の各々で、前記評価マークと前記補助マークとの位置ずれ量を求め、前記反転前後の位置ずれ量の平均値に基づいて前記傾斜情報を生成することが好ましい。
また、前記第２工程では、複数の前記評価マークと複数の前記補助マークとを前記所定領域内で交互に並べて同時に位置決めすることが好ましい。 Further, the evaluation mark and the auxiliary mark constitute a double mark having different steps inside and outside, and in the fourth step, the double mark is reversed within a plane perpendicular to the optical axis of the imaging optical system. It is preferable that the amount of misalignment between the evaluation mark and the auxiliary mark is obtained before and after the tilting, and the tilt information is generated based on an average value of the amount of misalignment before and after the reversal.
In the second step, it is preferable that a plurality of the evaluation marks and a plurality of the auxiliary marks are alternately arranged in the predetermined area and positioned simultaneously.

また、前記評価マークの段差ｈ1と前記補助マークの段差ｈ0は、各々、前記照明光の中心波長λおよび任意の整数ｍ1,ｍ0に対して、条件式「ｈ1＝ｍ1×(λ/４)」「ｈ0＝ｍ0×(λ/４)」を満足することが好ましい。
本発明の照明光学系の調整方法は、上記した照明光学系の評価方法により前記傾斜情報を生成した後、該傾斜情報に基づいて、前記照明光学系の開口絞りの位置を光軸と平行な方向にシフト調整するものである。 Further, the step h 1 of the evaluation mark and the step h 0 of the auxiliary mark are respectively expressed by a conditional expression “h 1 = m 1 ×× with respect to the center wavelength λ of the illumination light and arbitrary integers m 1 and m 0 . It is preferable to satisfy (λ / 4) ”“ h 0 = m 0 × (λ / 4) ”.
In the illumination optical system adjustment method of the present invention, after the tilt information is generated by the illumination optical system evaluation method described above, the position of the aperture stop of the illumination optical system is parallel to the optical axis based on the tilt information. Shift adjustment in the direction.

本発明によれば、物体を照明する際の照明テレセンのバラツキを評価することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the variation of the illumination telecentric at the time of illuminating an object can be evaluated.

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
ここでは、図１の重ね合わせ測定装置１０を例に説明する。
重ね合わせ測定装置１０は、半導体素子や液晶表示素子などの製造工程において、基板１１のレジストパターンの重ね合わせ検査を行う装置である。基板１１は、半導体ウエハや液晶基板などであり、レジスト層に対する露光・現像後で、所定の材料膜に対する加工前の状態にある。基板１１には重ね合わせ検査のために多数の測定点が用意される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
Here, the overlay measurement apparatus 10 in FIG. 1 will be described as an example.
The overlay measurement apparatus 10 is an apparatus that performs overlay inspection of a resist pattern on the substrate 11 in a manufacturing process of a semiconductor element, a liquid crystal display element, or the like. The substrate 11 is a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate, or the like, and is in a state after exposure / development of the resist layer and before processing of a predetermined material film. A large number of measurement points are prepared on the substrate 11 for overlay inspection.

基板１１の各測定点には、レジストパターンの基準位置を示すレジストマークと、下地パターンの基準位置を示す下地マークとが形成されている。例えば図２に示すバーマークの場合、下地マークは外側に形成され、レジストマークは内側に形成される。重ね合わせ検査では、各マークの位置検出や、下地マークに対するレジストマークの位置ずれ量Ｌの測定が行われる。以下の説明では、レジストマークと下地マークとを総じて「重ね合わせマーク１１Ａ」という。   At each measurement point on the substrate 11, a resist mark indicating the reference position of the resist pattern and a base mark indicating the reference position of the base pattern are formed. For example, in the case of the bar mark shown in FIG. 2, the base mark is formed on the outside and the resist mark is formed on the inside. In the overlay inspection, the position of each mark is detected, and the registration mark positional deviation amount L with respect to the base mark is measured. In the following description, the registration mark and the base mark are collectively referred to as “overlapping mark 11A”.

重ね合わせ測定装置１０には、図１(ａ)に示す通り、基板１１を支持するステージ１２と、照明部(１３〜１９,４０)と、測定部(１８〜２５)と、瞳分割方式の焦点検出部(１７〜１９,４０〜４９)と、ステージ制御部２７とが設けられる。また、ステージ１２の上面には、照明部(１３〜１９,４０)の光学系の評価に用いられる基板２８が設けられ、この基板２８に段差の異なる２種類のマーク３０〜３９（図３）が形成されている。   As shown in FIG. 1A, the overlay measuring apparatus 10 includes a stage 12 that supports the substrate 11, illumination units (13 to 19, 40), measurement units (18 to 25), and pupil division type. A focus detection unit (17-19, 40-49) and a stage control unit 27 are provided. Further, on the upper surface of the stage 12, a substrate 28 used for evaluation of the optical system of the illumination units (13 to 19, 40) is provided, and two types of marks 30 to 39 having different steps are provided on the substrate 28 (FIG. 3). Is formed.

ステージ１２は、図示省略したが、基板１１,２８を水平状態に保って支持するホルダと、このホルダを水平方向(ＸＹ方向)に駆動するＸＹ駆動部と、ホルダを鉛直方向(Ｚ方向)に駆動するＺ駆動部とで構成されている。そして、ＸＹ駆動部とＺ駆動部は、ステージ制御部２７に接続される。
ステージ制御部２７は、ステージ１２のＸＹ駆動部を制御し、基板１１上の重ね合わせマーク１１Ａ（または基板２８上の評価用のマーク３０〜３９）を視野領域内に位置決めする。また、焦点検出部(１７〜１９,４０〜４９)から出力されるフォーカス信号に基づいて、ステージ１２のＺ駆動部を制御する。このフォーカス調整により、重ね合わせマーク１１Ａ（または評価用のマーク３０〜３９）を、測定部(１８〜２５)の光学系の結像面に対して合焦させることができる（オートフォーカス動作）。 Although not shown, the stage 12 has a holder for supporting the substrates 11 and 28 in a horizontal state, an XY drive unit for driving the holder in the horizontal direction (XY direction), and the holder in the vertical direction (Z direction). It is comprised with the Z drive part to drive. The XY drive unit and the Z drive unit are connected to the stage control unit 27.
The stage control unit 27 controls the XY driving unit of the stage 12 to position the overlay mark 11A on the substrate 11 (or the evaluation marks 30 to 39 on the substrate 28) within the visual field region. Further, the Z drive unit of the stage 12 is controlled based on the focus signal output from the focus detection units (17-19, 40-49). By this focus adjustment, the overlay mark 11A (or the evaluation marks 30 to 39) can be focused on the imaging surface of the optical system of the measuring units (18 to 25) (autofocus operation).

照明部(１３〜１９,４０)は、光源部１３と、照明開口絞り１４と、コンデンサーレンズ１５と、視野絞り１６と、ビームスプリッタ４０と、照明リレーレンズ１７と、ビームスプリッタ１８と、第１対物レンズ１９とで構成される。ビームスプリッタ１８,４０は、光の振幅分離を行うハーフプリズムである。以下の説明では、照明部(１３〜１９,４０)のうち光源部１３以外の構成要素を総じて適宜「照明光学系(１４〜１９,４０)」という。   The illumination units (13 to 19, 40) include the light source unit 13, the illumination aperture stop 14, the condenser lens 15, the field stop 16, the beam splitter 40, the illumination relay lens 17, the beam splitter 18, and the first. And an objective lens 19. The beam splitters 18 and 40 are half prisms that perform light amplitude separation. In the following description, components other than the light source unit 13 in the illumination units (13 to 19, 40) are collectively referred to as “illumination optical systems (14 to 19, 40)” as appropriate.

光源部１３は、光源３Ａとコレクタレンズ３Ｂとリレーレンズ３Ｃと波長選択フィルタ３Ｅとライトガイドファイバ３Ｄとで構成される。光源３Ａは、波長帯域の広い光（例えば白色光）を射出する。光源３Ａからの光は、コレクタレンズ３Ｂと波長選択フィルタ３Ｅとリレーレンズ３Ｃとを介してライトガイドファイバ３Ｄに入射する。ライトガイドファイバ３Ｄの光出射端面は、照明開口絞り１４の近傍に配置される。   The light source unit 13 includes a light source 3A, a collector lens 3B, a relay lens 3C, a wavelength selection filter 3E, and a light guide fiber 3D. The light source 3A emits light having a wide wavelength band (for example, white light). The light from the light source 3A enters the light guide fiber 3D through the collector lens 3B, the wavelength selection filter 3E, and the relay lens 3C. The light exit end face of the light guide fiber 3D is disposed in the vicinity of the illumination aperture stop 14.

照明開口絞り１４は、ライトガイドファイバ３Ｄから射出された光束の径を特定の径に制限する。コンデンサーレンズ１５は、照明開口絞り１４からの光を集光して視野絞り１６を均一に照明する。視野絞り１６は、基板１１の表面の照明領域を制限するための光学素子であり、図１(ｂ)に示す１つの矩形状のＡＦスリット１６ａを有する。ビームスプリッタ４０は、ＡＦスリット１６ａからの光を透過する。   The illumination aperture stop 14 limits the diameter of the light beam emitted from the light guide fiber 3D to a specific diameter. The condenser lens 15 collects the light from the illumination aperture stop 14 and illuminates the field stop 16 uniformly. The field stop 16 is an optical element for limiting the illumination area on the surface of the substrate 11, and has one rectangular AF slit 16a shown in FIG. The beam splitter 40 transmits the light from the AF slit 16a.

照明リレーレンズ１７は、ビームスプリッタ４０からの光をコリメートする。ビームスプリッタ１８は、照明リレーレンズ１７からの光を下向きに反射する（照明光Ｌ１）。第１対物レンズ１９は、ビームスプリッタ１８からの照明光Ｌ１を入射して集光する。これにより、基板１１上の重ね合わせマーク１１Ａ（または基板２８上の評価用のマーク３０〜３９）には、第１対物レンズ１９を透過した照明光Ｌ１が照射される。   The illumination relay lens 17 collimates the light from the beam splitter 40. The beam splitter 18 reflects light from the illumination relay lens 17 downward (illumination light L1). The first objective lens 19 receives and collects the illumination light L1 from the beam splitter 18. As a result, the overlay mark 11A on the substrate 11 (or the evaluation marks 30 to 39 on the substrate 28) is irradiated with the illumination light L1 transmitted through the first objective lens 19.

上記の照明光学系(１４〜１９,４０)では、照明開口絞り１４と第１対物レンズ１９の瞳とが略共役に配置され、かつ、照明開口絞り１４の中心と光軸Ｏ１とが略一致するため、第１対物レンズ１９からの照明光Ｌ１の主光線は、光軸Ｏ２と略平行に進行した後、基板１１（または基板２８）の各点に対して略垂直に入射する。
このため、基板１１上の重ね合わせマーク１１Ａ（または基板２８上の評価用のマーク３０〜３９）は、第１対物レンズ１９からの照明光Ｌ１（主光線が光軸Ｏ２と略平行）によって略垂直に落射照明される（テレセントリック照明）。 In the illumination optical system (14-19, 40), the illumination aperture stop 14 and the pupil of the first objective lens 19 are arranged in a substantially conjugate manner, and the center of the illumination aperture stop 14 and the optical axis O1 substantially coincide with each other. Therefore, the principal ray of the illumination light L1 from the first objective lens 19 travels substantially parallel to the optical axis O2, and then enters the respective points of the substrate 11 (or substrate 28) substantially perpendicularly.
For this reason, the overlay mark 11A on the substrate 11 (or the evaluation marks 30 to 39 on the substrate 28) is substantially formed by the illumination light L1 from the first objective lens 19 (the principal ray is substantially parallel to the optical axis O2). Vertical epi-illumination (telecentric illumination).

また、上記の照明光学系(１４〜１９,４０)では、視野絞り１６と基板１１,２８の表面とが略共役なため、基板１１,２８の表面には、照明リレーレンズ１７および第１対物レンズ１９の作用によって、視野絞り１６のＡＦスリット１６ａ（図１(ｂ)）が投影される。そして、基板１１,２８の表面のうちＡＦスリット１６ａに対応する所定領域が照明光Ｌ１によってテレセントリック照明される。   In the illumination optical system (14-19, 40), the field stop 16 and the surfaces of the substrates 11 and 28 are substantially conjugated. Therefore, the illumination relay lens 17 and the first objective are formed on the surfaces of the substrates 11 and 28. The AF slit 16a (FIG. 1B) of the field stop 16 is projected by the action of the lens 19. And the predetermined area | region corresponding to AF slit 16a among the surfaces of the board | substrates 11 and 28 is telecentric illuminated by the illumination light L1.

そして、照明光Ｌ１によってテレセントリック照明されると、基板１１,２８の表面の照明領域（ＡＦスリット１６ａに対応する所定領域）から、０次回折光(つまり反射光)や±１次回折光など（総じて「光Ｌ２」）が発生する。照明領域からの光Ｌ２は、測定部(１８〜２５)と焦点検出部(１７〜１９,４０〜４９)とで共用の光路に導かれた後、各々の光路に分岐される。   Then, when telecentric illumination is performed by the illumination light L1, 0th-order diffracted light (that is, reflected light), ± 1st-order diffracted light, and the like (generally “from the illumination regions on the surfaces of the substrates 11 and 28 (predetermined regions corresponding to the AF slits 16a)). Light L2 ") is generated. The light L2 from the illumination area is guided to a common optical path by the measurement unit (18 to 25) and the focus detection unit (17 to 19, 40 to 49), and then branched to each optical path.

測定部(１８〜２５)は、結像光学系(１８〜２３)と、ＣＣＤ撮像素子２４と、画像処理部２５とで構成される。また、結像光学系(１８〜２３)は、既に説明した第１対物レンズ１９,ビームスプリッタ１８に加えて、第２対物レンズ２０と、第１リレーレンズ２１と、結像開口絞り２２と、第２リレーレンズ２３とで構成される。
照明領域からの光Ｌ２は、測定部(１８〜２５)と焦点検出部(１７〜１９,４０〜４９)とで共用の光路を進み、第１対物レンズ１９によりコリメートされ、ビームスプリッタ１８に入射する。ビームスプリッタ１８は、第１対物レンズ１９からの光Ｌ２の一部（Ｌ３）を透過すると共に、残りの一部（Ｌ４）を反射する。そして、透過した光Ｌ３は測定部(１８〜２５)の後段の光路に導かれ、反射した光Ｌ４は焦点検出部(１７〜１９,４０〜４９)の後段の光路に導かれる。 The measurement unit (18-25) includes an imaging optical system (18-23), a CCD imaging device 24, and an image processing unit 25. In addition to the first objective lens 19 and the beam splitter 18 already described, the imaging optical system (18 to 23) includes a second objective lens 20, a first relay lens 21, an imaging aperture stop 22, The second relay lens 23 is used.
The light L2 from the illumination area travels on a shared optical path between the measurement unit (18-25) and the focus detection unit (17-19, 40-49), is collimated by the first objective lens 19, and enters the beam splitter 18 To do. The beam splitter 18 transmits a part (L3) of the light L2 from the first objective lens 19 and reflects the remaining part (L4). Then, the transmitted light L3 is guided to the subsequent optical path of the measurement unit (18-25), and the reflected light L4 is guided to the subsequent optical path of the focus detection unit (17-19, 40-49).

測定部(１８〜２５)の後段の光路では、ビームスプリッタ１８を透過した光Ｌ３が第２対物レンズ２０を介して集光され、１次結像面１０ａに中間像を形成した後、第１リレーレンズ２１に導かれる。第１リレーレンズ２１は、１次結像面１０ａからの光Ｌ３をコリメートする。結像開口絞り２２は、第１リレーレンズ２１からの光の径を特定の径に制限する。第２リレーレンズ２３は、結像開口絞り２２からの光を２次結像面（ＣＣＤ撮像素子２４の撮像面）上に再結像する。   In the subsequent optical path of the measurement unit (18 to 25), the light L3 transmitted through the beam splitter 18 is condensed through the second objective lens 20 to form an intermediate image on the primary imaging plane 10a, and then the first Guided to the relay lens 21. The first relay lens 21 collimates the light L3 from the primary imaging surface 10a. The imaging aperture stop 22 limits the diameter of light from the first relay lens 21 to a specific diameter. The second relay lens 23 re-images the light from the imaging aperture stop 22 on the secondary imaging surface (the imaging surface of the CCD image sensor 24).

このため、基板１１上の重ね合わせマーク１１Ａ（または基板２８上の評価用のマーク３０〜３９）が視野領域内に位置決めされているとき、上記の結像光学系(１８〜２４)では、基板１１,２８の表面の照明領域から発生した光Ｌ２の一部（ビームスプリッタ１８を透過した光Ｌ３）に基づいて、各マークの光像をＣＣＤ撮像素子２４の撮像面に形成することができる。   Therefore, when the overlay mark 11A on the substrate 11 (or the evaluation marks 30 to 39 on the substrate 28) is positioned in the visual field region, the imaging optical system (18 to 24) described above An optical image of each mark can be formed on the image pickup surface of the CCD image pickup device 24 based on a part of the light L2 generated from the illumination regions 11 and 28 (light L3 transmitted through the beam splitter 18).

ＣＣＤ撮像素子２４は、複数の画素が２次元配列されたエリアセンサであり、その撮像面に形成された重ね合わせマーク１１Ａ（または評価用のマーク３０〜３９）の光像を撮像して、画像処理部２５に撮像信号を出力する。撮像信号は、ＣＣＤ撮像素子２４の撮像面における各画素ごとの輝度値に関する分布(輝度分布)を表している。
画像処理部２５は、ＣＣＤ撮像素子２４からの撮像信号に基づいて、重ね合わせマーク１１Ａ（または評価用のマーク３０〜３９）の画像を取り込み、その画像に対して所定の画像処理を施す。重ね合わせマーク１１Ａの画像には、重ね合わせ検査用の画像処理を施す。評価用のマーク３０〜３９の画像には、照明光学系(１４〜１９,４０)の評価に必要な画像処理を施す。なお、画像処理部２５を介して不図示のテレビモニタによる目視観察も可能である。 The CCD image pickup device 24 is an area sensor in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged. The CCD image pickup device 24 picks up a light image of the overlay mark 11A (or the evaluation marks 30 to 39) formed on the image pickup surface to obtain an image. An imaging signal is output to the processing unit 25. The imaging signal represents a distribution (luminance distribution) related to the luminance value for each pixel on the imaging surface of the CCD imaging device 24.
The image processing unit 25 captures the image of the overlay mark 11A (or the evaluation marks 30 to 39) based on the image pickup signal from the CCD image pickup device 24, and performs predetermined image processing on the image. Image processing for overlay inspection is performed on the image of the overlay mark 11A. The images of the evaluation marks 30 to 39 are subjected to image processing necessary for the evaluation of the illumination optical system (14 to 19, 40). Note that visual observation with a television monitor (not shown) is also possible via the image processing unit 25.

焦点検出部(１７〜１９,４０〜４９)には、既に説明した第１対物レンズ１９,ビームスプリッタ１８,照明リレーレンズ１７,ビームスプリッタ４０が設けられる他に、ＡＦ視野絞り４１,第１リレーレンズ４２,偏向ミラー４３,平行平面板４４,瞳分割ミラー４５,第２リレーレンズ４６,シリンドリカルレンズ４７,ＡＦセンサ４８,信号処理部４９が設けられる。ＡＦセンサ４８はラインセンサである。   In addition to the first objective lens 19, the beam splitter 18, the illumination relay lens 17, and the beam splitter 40 described above, the focus detectors (17 to 19 and 40 to 49) are provided with an AF field stop 41 and a first relay. A lens 42, a deflection mirror 43, a plane parallel plate 44, a pupil division mirror 45, a second relay lens 46, a cylindrical lens 47, an AF sensor 48, and a signal processing unit 49 are provided. The AF sensor 48 is a line sensor.

この焦点検出部(１７〜１９,４０〜４９)は、ビームスプリッタ１８で反射した光Ｌ４に基づいて、ステージ１２上の基板１１（または基板２８）がＣＣＤ撮像素子２４の撮像面に対して合焦状態にあるか否かを検出して、その検出結果（フォーカス信号）をステージ制御部２７に出力する。
焦点検出部(１７〜１９,４０〜４９)を用いた瞳分割方式のＡＦ動作の詳細は、例えば 特開2002-40322号公報に記載されているので、ここでの説明を省略する。ＡＦ動作の後、基板１１上の重ね合わせマーク１１Ａ（または基板２８上の評価用のマーク３０〜３９）は、ＣＣＤ撮像素子２４の撮像面に対して合焦状態となり、結像光学系(１８〜２３)の物体面に配置される。 The focus detectors (17-19, 40-49) align the substrate 11 (or substrate 28) on the stage 12 with the imaging surface of the CCD image sensor 24 based on the light L4 reflected by the beam splitter 18. Whether or not it is in focus is detected, and the detection result (focus signal) is output to the stage controller 27.
Details of the pupil division type AF operation using the focus detection units (17 to 19, 40 to 49) are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-40322, and the description thereof is omitted here. After the AF operation, the overlay mark 11A on the substrate 11 (or the evaluation marks 30 to 39 on the substrate 28) is brought into focus with respect to the imaging surface of the CCD image sensor 24, and the imaging optical system (18 ˜23) on the object plane.

上記構成の重ね合わせ測定装置１０では、重ね合わせ検査の際、基板１１上の重ね合わせマーク１１Ａが視野領域内に位置決めされ、照明光学系(１４〜１９,４０)からの照明光Ｌ１によってテセレントリック照明される。そして、重ね合わせマーク１１Ａの光像が結像光学系(１８〜２３)を介してＣＣＤ撮像素子２４の撮像面に形成され、このマーク像に関わる画像信号が画像処理部２５に取り込まれる。   In the overlay measurement apparatus 10 having the above-described configuration, the overlay mark 11A on the substrate 11 is positioned in the visual field region during overlay inspection, and the tessellation is performed by the illumination light L1 from the illumination optical system (14-19, 40). The trick is illuminated. Then, an optical image of the overlay mark 11A is formed on the imaging surface of the CCD imaging device 24 via the imaging optical system (18 to 23), and an image signal related to this mark image is taken into the image processing unit 25.

照明光Ｌ１の波長帯域は、波長選択フィルタ３Ｅの切り換えにより、例えば４７０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内で任意に選択することができる。ただし、照明光Ｌ１の波長帯域の幅は６０ｎｍ以上とすることが好ましい。重ね合わせマーク１１Ａは透明な膜(不図示)を介して測定するので、照明光Ｌを単波長の光にすると、膜厚のバラツキによっては戻り光Ｌ２が微弱になることがある。このため、波長幅を６０ｎｍ以上とし、膜厚のバラツキがあってもＳＮ良く測定できるようにすることが好ましい。   The wavelength band of the illumination light L1 can be arbitrarily selected within the range of 470 nm to 800 nm, for example, by switching the wavelength selection filter 3E. However, the width of the wavelength band of the illumination light L1 is preferably 60 nm or more. Since the overlay mark 11A is measured through a transparent film (not shown), if the illumination light L is a single wavelength light, the return light L2 may be weak depending on the variation in film thickness. For this reason, it is preferable to set the wavelength width to 60 nm or more so that measurement can be performed with good SN even if the film thickness varies.

画像処理部２５では、重ね合わせマーク１１Ａの画像に対して重ね合わせ検査用の画像処理を施し、重ね合わせマーク１１Ａ（図２）を構成するレジストマークおよび下地マークの各々の位置検出を行い、下地マークに対するレジストマークの位置ずれ量Ｌを算出する。この位置ずれ量Ｌは、各マークの中心位置の相対的なずれ量であり、基板１１上の下地パターンに対するレジストパターンの重ね合わせずれ量を表す。この重ね合わせずれ量は、重ね合わせ測定値とも呼ばれる。   The image processing unit 25 performs image processing for overlay inspection on the image of the overlay mark 11A, detects the position of each of the registration mark and the base mark constituting the overlay mark 11A (FIG. 2), and A registration mark misregistration amount L with respect to the mark is calculated. The positional shift amount L is a relative shift amount of the center position of each mark, and represents the overlay shift amount of the resist pattern with respect to the base pattern on the substrate 11. This overlay deviation amount is also called a overlay measurement value.

ところで、近年、半導体デバイスの微細化に伴い、露光時の重ね合わせ精度を向上させる（つまり上記の位置ずれ量Ｌを小さくする）ことが望まれるようになってきた。したがって、重ね合わせ測定装置１０における位置検出の精度や位置ずれ量Ｌの測定精度に対する要求仕様もさらに厳しくなっている。
照明光学系(１４〜１９,４０)からの照明光Ｌ１の主光線が光軸Ｏ２に対して僅かに傾き、その傾斜が基板１１の各点ごとに異なる場合（つまり視野内での照明テレセンにバラツキがある場合）、重ね合わせマーク１１Ａの画像では、各マークのエッジ像ごとにシフト量が異なってしまい、系統的な測定誤差（ＴＩＳ）を生じる。また、このような照明光学系(１４〜１９,４０)を用いて重ね合わせ検査を行う場合、視野領域内での重ね合わせマーク１１Ａの位置（測定位置）ごとに重ね合わせ測定値が変化し、再現性が悪化する。 Incidentally, in recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, it has become desirable to improve the overlay accuracy during exposure (that is, to reduce the above-mentioned positional deviation amount L). Therefore, the required specifications for the accuracy of position detection and the measurement accuracy of the positional deviation amount L in the overlay measuring apparatus 10 are becoming stricter.
When the chief ray of the illumination light L1 from the illumination optical system (14 to 19, 40) is slightly inclined with respect to the optical axis O2, and the inclination is different for each point of the substrate 11 (that is, for illumination telecentric in the field of view) In the case of an image of the overlay mark 11A, the shift amount differs for each edge image of each mark, and a systematic measurement error (TIS) occurs. Further, when overlay inspection is performed using such illumination optical systems (14 to 19, 40), the overlay measurement value changes for each position (measurement position) of the overlay mark 11A in the visual field region. Reproducibility deteriorates.

このため、適宜のタイミングで（例えば装置の製造時に）、照明光学系(１４〜１９,４０)の性能を評価して、重ね合わせ測定装置１０の測定精度などを安定化させることが必要である。さらに、照明光学系(１４〜１９,４０)を評価する際には、照明光学系(１４〜１９,４０)を装置に組み込んだ状態で、その評価を簡易的に行うことが望まれる。
次に、本実施形態の照明光学系(１４〜１９,４０)の評価方法について説明する。 For this reason, it is necessary to evaluate the performance of the illumination optical system (14 to 19, 40) at an appropriate timing (for example, at the time of manufacturing the apparatus) and to stabilize the measurement accuracy of the overlay measurement apparatus 10. . Furthermore, when evaluating the illumination optical system (14-19, 40), it is desirable to simply perform the evaluation with the illumination optical system (14-19, 40) incorporated in the apparatus.
Next, the evaluation method of the illumination optical system (14-19, 40) of this embodiment is demonstrated.

照明光学系(１４〜１９,４０)を評価する際には、上記した重ね合わせ検査時と同様に、評価対象の照明光学系(１４〜１９,４０)を用い、結像光学系(１８〜２３)の物体面の所定領域（ＡＦスリット１６ａに対応する所定領域）に照明光Ｌ１を照射する。この場合にも、照明光Ｌ１の波長帯域の幅は６０ｎｍ以上とすることが好ましい。
また、照明光Ｌ１を照射した状態で、照明領域内に、基板２８上の評価用のマーク３０〜３９（図３）を位置決めする。このとき、評価用のマーク３０〜３９が照明光学系(１４〜１９,４０)からの照明光Ｌ１によってテセレントリック照明され、結像光学系(１８〜２３)を介して評価用のマーク３０〜３９の光像がＣＣＤ撮像素子２４の撮像面に形成される。そして、このマーク像に関わる画像信号が画像処理部２５に取り込まれる。 When the illumination optical system (14-19, 40) is evaluated, the illumination optical system (14-19, 40) to be evaluated is used to form the imaging optical system (18- The illumination light L1 is irradiated to a predetermined area (a predetermined area corresponding to the AF slit 16a) of the object plane of 23). Also in this case, the width of the wavelength band of the illumination light L1 is preferably 60 nm or more.
Further, the evaluation marks 30 to 39 (FIG. 3) on the substrate 28 are positioned in the illumination area in a state where the illumination light L1 is irradiated. At this time, the evaluation marks 30 to 39 are illuminated by tessellentic illumination with the illumination light L1 from the illumination optical system (14 to 19, 40), and the evaluation mark 30 is passed through the imaging optical system (18 to 23). To 39 are formed on the imaging surface of the CCD image sensor 24. Then, an image signal related to the mark image is taken into the image processing unit 25.

ここで、評価用のマーク３０〜３９（図３）は、シリコンウエハなどをエッチング処理することにより作成された凸形状のバーマークである。Ｘ方向に細長いマーク３０〜３４は、照明光学系(１４〜１９,４０)のＹ方向の評価に用いられる。Ｙ方向に細長いマーク３５〜３９は、Ｘ方向の評価に用いられる。
なお、Ｙ方向に細長いマーク３５〜３９は、Ｘ方向に細長いマーク３０〜３４を９０度回転させた形状を成す。また、Ｙ方向に細長いマーク３５〜３９を用いた評価の方法は、Ｘ方向に細長いマーク３０〜３４を用いた評価の方法と同様である。このため、Ｙ方向に細長いマーク３５〜３９に関わる説明を省略し、以下では、Ｘ方向に細長いマーク３０〜３４に関わる説明を行う。 Here, the evaluation marks 30 to 39 (FIG. 3) are convex bar marks created by etching a silicon wafer or the like. Marks 30 to 34 elongated in the X direction are used for evaluation of the illumination optical system (14 to 19, 40) in the Y direction. The marks 35 to 39 elongated in the Y direction are used for evaluation in the X direction.
The elongated marks 35 to 39 in the Y direction have a shape obtained by rotating the elongated marks 30 to 34 in the X direction by 90 degrees. The evaluation method using the elongated marks 35 to 39 in the Y direction is the same as the evaluation method using the elongated marks 30 to 34 in the X direction. For this reason, the description related to the elongated marks 35 to 39 in the Y direction is omitted, and the description related to the elongated marks 30 to 34 in the X direction will be described below.

Ｘ方向に細長いマーク３０〜３４は、短手方向の線幅(例えば３μｍ)と互いの間隔(例えば７μｍ)とが一定であり、段差の異なる２種類のマークを含む。また、高段差のマーク３０,３２,３４と低段差のマーク３１,３３とは交互に並べて配置されている。
このため、マーク３０〜３４の中央は高段差のマーク３２となり、このマーク３２から±１０μｍの地点に低段差のマーク３１,３３が配置される。また、マーク３２から±２０μｍの地点に他の高段差のマーク３０,３４が配置される。 The long and narrow marks 30 to 34 in the X direction include two kinds of marks having a constant line width (for example, 3 μm) in the short direction and a distance (for example, 7 μm) from each other and having different steps. Further, the high step marks 30, 32, 34 and the low step marks 31, 33 are alternately arranged.
For this reason, the center of the marks 30 to 34 is a high step mark 32, and low step marks 31 and 33 are arranged at ± 10 μm from the mark 32. In addition, other high step marks 30 and 34 are arranged at a point of ± 20 μm from the mark 32.

上記構成のマーク３０〜３４は、照明光学系(１４〜１９,４０)の評価時、中央のマーク３２の中心点Ｐ0が視野領域の中心（物体高０μｍ）に位置決めされる。このため、低段差のマーク３１,３３は、視野領域内で中央のマーク３２から離れた物体高±１０μｍの地点に位置決めされる。さらに、他の高段差のマーク３０,３４は、視野内の物体高±２０μｍの地点に位置決めされる。 Mark 30-34 configured as described above, evaluation of the illumination optical system (14～19,40), the center point P 0 of the center mark 32 is positioned at the center of the viewing area (object height 0 .mu.m). For this reason, the low step marks 31 and 33 are positioned at the object height of ± 10 μm away from the central mark 32 in the visual field region. Further, the other high step marks 30 and 34 are positioned at the object height of ± 20 μm in the field of view.

高段差のマーク３０,３２,３４の段差ｈ1は、照明光Ｌ１の中心波長λおよび結像光学系(１８〜２３)の物体側の開口数ＮＡに対して、次の条件式(１),(２)を満足する。式(２)のｍ1は、任意の整数である。本実施形態では、段差ｈ1を例えば４μｍとした。
(λ/ＮＡ2) ＜ ｈ1 ＜ ３(λ/ＮＡ2) …(１)
ｈ1＝ｍ1×(λ/４) …(２)
また、低段差のマーク３１,３３の段差ｈ0は、上記と同じ中心波長λおよび開口数ＮＡに対して、次の条件式(３),(４)を満足する。式(４)のｍ0は、任意の整数である。本実施形態では、段差ｈ0を例えば０.１６μｍとした。 The step h 1 of the high step marks 30, 32, and 34 is expressed by the following conditional expression (1) with respect to the center wavelength λ of the illumination light L1 and the numerical aperture NA on the object side of the imaging optical system (18 to 23). , (2) is satisfied. M 1 of the formula (2) is an arbitrary integer. In the present embodiment, the level difference h 1 is set to 4 μm, for example.
(λ / NA 2 ) <h 1 <3 (λ / NA 2 ) (1)
h 1 = m 1 × (λ / 4) (2)
Further, the step h 0 of the low step marks 31 and 33 satisfies the following conditional expressions (3) and (4) with respect to the same central wavelength λ and numerical aperture NA as described above. M 0 in the formula (4) is an arbitrary integer. In this embodiment, the step h 0 is set to 0.16 μm, for example.

λ/４ ≦ ｈ0 ＜ (λ/ＮＡ2) …(３)
ｈ0＝ｍ0×(λ/４) …(４)
照明光学系(１４〜１９,４０)の評価時には、上記構成のマーク３０〜３４が視野領域内に位置決めされ、評価対象の照明光学系(１４〜１９,４０)によってテレセントリック照明され、画像処理部２５にマーク３０〜３４の画像が取り込まれる。そして、必要に応じてマーク３０〜３４の画像の取り込みを繰り返しながら、図４のフローチャートの手順にしたがって照明光学系(１４〜１９,４０)の評価処理が行われる。 λ / 4 ≦ h 0 <(λ / NA 2 ) (3)
h 0 = m 0 × (λ / 4) (4)
At the time of evaluation of the illumination optical system (14-19, 40), the marks 30-34 having the above-described configuration are positioned in the visual field region, telecentric illuminated by the evaluation target illumination optical system (14-19, 40), and an image processing unit. 25, the images of the marks 30 to 34 are captured. And the evaluation process of the illumination optical system (14-19, 40) is performed according to the procedure of the flowchart of FIG. 4 while repeatedly capturing the images of the marks 30-34 as necessary.

マーク３０〜３４の画像には、照明テレセンのバラツキを反映した明暗情報が含まれる。照明テレセンの影響は、高段差のマーク３０,３２,３４の明暗情報に大きく現れ、低段差のマーク３１,３３の明暗情報では非常に小さい。これは、図５(ａ),(ｂ)のように照明光Ｌ１の主光線の傾斜（角度θ）が同じでも、段差の大きいマークほど影の部分が広くなることからも分かる。この影の部分は、マークの中心に対して非対称に発生し、マーク３０〜３４の画像では暗部となる。   The images of the marks 30 to 34 include light / dark information reflecting variations in illumination telecentricity. The influence of illumination telecentricity appears greatly in the light / dark information of the high step marks 30, 32, 34, and is very small in the light / dark information of the low step marks 31, 33. This can also be seen from the fact that, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), even if the chief ray inclination (angle θ) of the illumination light L1 is the same, the shadow portion becomes wider as the step becomes larger. This shadow portion occurs asymmetrically with respect to the center of the mark, and becomes a dark portion in the images of the marks 30 to 34.

このため、照明光学系(１４〜１９,４０)の評価時には、マーク３０〜３４の画像を取り込むと（図４ステップＳ１）、この画像における各マークの明暗情報の非対称性から評価のための指標としてＴＩＳ値を求める（ステップＳ２）。
例えば、照明テレセンのバラツキが図６の状態であるとする。本実施形態では、まず、視野中心（物体高０μｍ）の高段差のマーク３２と、物体高±１０μｍの低段差のマーク３１,３３とに注目する。そして、これら３つのマーク３１〜３３が、内外で段差の異なる二重マークを構成すると考え、ＴＩＳ値を求める。 Therefore, when the illumination optical system (14-19, 40) is evaluated, when the images of the marks 30-34 are captured (step S1 in FIG. 4), the index for evaluation is based on the asymmetry of the brightness information of each mark in the image. As a TIS value (step S2).
For example, assume that the variation in illumination telecentricity is in the state shown in FIG. In the present embodiment, attention is first focused on the high step mark 32 at the center of the visual field (object height 0 μm) and the low step marks 31 and 33 having an object height of ± 10 μm. Then, considering that these three marks 31 to 33 constitute double marks having different steps inside and outside, a TIS value is obtained.

ステップＳ１では、この二重マーク(３１〜３３)を結像光学系(１８〜２３)の光軸Ｏ２に垂直な面内で反転させる（つまり１８０度回転させる）前後の各々で、画像処理部２５にマーク３０〜３４の画像を取り込む。そして、画像処理部２５は、反転前後の各画像に基づいて、高段差のマーク３２の中心位置Ｃ1と低段差のマーク３１,３３の中心位置Ｃ2との相対的な位置ずれ量を求める。さらに、反転前後の位置ずれ量の平均値（ＴＩＳ値）を求める。 In step S1, the double mark (31-33) is inverted in the plane perpendicular to the optical axis O2 of the imaging optical system (18-23) (that is, rotated 180 degrees) before and after the image processing unit. 25, the images of the marks 30 to 34 are captured. Then, the image processing unit 25, based on each image before and after inversion to determine the relative positional deviation amount between the center position C 1 of the high step difference mark 32 and the center position C 2 of the low step difference mark 31, 33 . Further, an average value (TIS value) of the positional deviation amounts before and after inversion is obtained.

このＴＩＳ値は、高段差のマーク３２が位置決めされた地点（物体高０μｍ）における照明テレセン（照明光Ｌ１の主光線の傾斜）の影響を反映している。低段差のマーク３１,３３が位置決めされた地点（物体高±１０μｍ）における照明テレセンの影響は、非常に小さく無視することができる。
通常、重ね合わせ測定装置１０では、視野領域内での物体高ごとの照明テレセンの差が問題となる。このため、本実施形態では、ステップＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返し行って、視野中心（物体高０μｍ）でのＴＩＳ値の絶対値を予め定めた閾値（例えば０.２ｎｍ）より小さくした後、照明光学系(１４〜１９,４０)の評価を行うこととした。 This TIS value reflects the influence of the illumination telecentre (the inclination of the principal ray of the illumination light L1) at the point where the high step mark 32 is positioned (object height 0 μm). The influence of illumination telecentricity at the point where the low step marks 31 and 33 are positioned (object height ± 10 μm) is very small and can be ignored.
Usually, in the overlay measurement apparatus 10, a difference in illumination telecentric for each object height in the visual field region becomes a problem. For this reason, in the present embodiment, the processing in steps S1 to S4 is repeatedly performed so that the absolute value of the TIS value at the center of the visual field (object height 0 μm) is smaller than a predetermined threshold (for example, 0.2 nm), and then illumination is performed. The optical system (14-19, 40) was evaluated.

ステップＳ３では、ステップＳ２で求めた視野中心（物体高０μｍ）でのＴＩＳ値の絶対値を閾値（例えば０.２ｎｍ）と比較する。そして、ステップＳ２で求めたＴＩＳ値が、閾値以上であれば、ステップＳ４の処理を行う。ステップＳ４では、照明光学系(１４〜１９,４０)の照明開口絞り１４を光軸Ｏ１と垂直な方向にシフト調整する。このシフト調整により、視野内での照明テレセンを一律に調整できる。   In step S3, the absolute value of the TIS value at the visual field center (object height 0 μm) obtained in step S2 is compared with a threshold value (for example, 0.2 nm). If the TIS value obtained in step S2 is greater than or equal to the threshold value, the process of step S4 is performed. In step S4, the illumination aperture stop 14 of the illumination optical system (14-19, 40) is shifted and adjusted in a direction perpendicular to the optical axis O1. By this shift adjustment, the illumination telecentricity in the field of view can be adjusted uniformly.

ステップＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返し行って、視野中心（物体高０μｍ）でのＴＩＳ値が閾値より小さくなると、照明テレセンのバラツキは、例えば図７のようになる。つまり、視野中心（物体高０μｍ）における照明テレセンは略ゼロであって、中央のマーク３２に入射する照明光Ｌ１の主光線は光軸Ｏ２に対して略平行となる。画像処理部２５は、この状態での視野中心（物体高０μｍ）でのＴＩＳ値を、ＴＩＳ(0)として不図示のメモリに記憶する（ステップＳ５）。   When the processes of steps S1 to S4 are repeatedly performed and the TIS value at the center of the visual field (object height 0 μm) becomes smaller than the threshold value, the variation of the illumination telecentric becomes, for example, as shown in FIG. That is, the illumination telecentricity at the center of the visual field (object height 0 μm) is substantially zero, and the principal ray of the illumination light L1 incident on the center mark 32 is substantially parallel to the optical axis O2. The image processing unit 25 stores the TIS value at the center of the visual field (object height 0 μm) in this state as TIS (0) in a memory (not shown) (step S5).

次に（ステップＳ６）、画像処理部２５は、ステップＳ１で最後に取り込んだマーク３０〜３４の反転前後の各画像を用い、視野中心（物体高０μｍ）の高段差のマーク３２と、物体高＋１０μｍの低段差のマーク３３と、物体高＋２０μｍの高段差のマーク３４とに注目する（図７(ａ)）。そして、これら３つのマーク３２〜３４が、内外で段差の異なる二重マークを構成すると考え、ＴＩＳ値を求める。   Next (step S6), the image processing unit 25 uses the images before and after the reversal of the marks 30 to 34 last captured in step S1, and uses the high step mark 32 at the center of the visual field (object height 0 μm) and the object height. Attention is paid to the low step mark 33 of +10 μm and the high step mark 34 of the object height +20 μm (FIG. 7A). Then, considering that these three marks 32 to 34 constitute double marks having different steps inside and outside, a TIS value is obtained.

このＴＩＳ値は、高段差のマーク３４が位置決めされた地点（物体高＋２０μｍ）における照明テレセン（照明光Ｌ１の主光線の傾斜）の影響を反映している。低段差のマーク３３が位置決めされた地点（物体高＋１０μｍ）と、高段差のマーク３２が位置決めされた地点（物体高０μｍ）との各々における照明テレセンの影響は、非常に小さく無視することができる。そして、この地点（物体高＋２０μｍ）でのＴＩＳ値を、ＴＩＳ(+20)としてメモリに記憶する。   This TIS value reflects the influence of illumination telecentricity (inclination of the principal ray of the illumination light L1) at the point where the high step mark 34 is positioned (object height + 20 μm). The influence of the illumination telecentre at each of the point where the low step mark 33 is positioned (object height +10 μm) and the point where the high step mark 32 is positioned (object height 0 μm) is very small and can be ignored. . Then, the TIS value at this point (object height + 20 μm) is stored in the memory as TIS (+20).

次に（ステップＳ７）、画像処理部２５は、ステップＳ６と同じ画像を用い、視野中心（物体高０μｍ）の高段差のマーク３２と、物体高−１０μｍの低段差のマーク３１と、物体高−２０μｍの高段差のマーク３０とに注目する（図７(ｂ)）。そして、これら３つのマーク３０〜３２が、内外で段差の異なる二重マークを構成すると考え、ＴＩＳ値を求める。   Next (step S7), the image processing unit 25 uses the same image as in step S6, and includes a high step mark 32 at the center of the visual field (object height 0 μm), a low step mark 31 with an object height −10 μm, Attention is paid to the high step mark 30 of −20 μm (FIG. 7B). Then, considering that these three marks 30 to 32 constitute double marks having different steps inside and outside, a TIS value is obtained.

このＴＩＳ値は、高段差のマーク３０が位置決めされた地点（物体高−２０μｍ）における照明テレセン（照明光Ｌ１の主光線の傾斜）の影響を反映している。低段差のマーク３１が位置決めされた地点（物体高−１０μｍ）と、高段差のマーク３２が位置決めされた地点（物体高０μｍ）との各々における照明テレセンの影響は、非常に小さく無視することができる。そして、この地点（物体高−２０μｍ）でのＴＩＳ値を、ＴＩＳ(-20)としてメモリに記憶する。   This TIS value reflects the influence of the illumination telecentre (the inclination of the principal ray of the illumination light L1) at the point where the high step mark 30 is positioned (object height −20 μm). The influence of the illumination telecentre at each of the point where the low step mark 31 is positioned (object height −10 μm) and the point where the high step mark 32 is positioned (object height 0 μm) is very small and can be ignored. it can. Then, the TIS value at this point (object height −20 μm) is stored in the memory as TIS (−20).

この時点で、画像処理部２５のメモリには、視野領域内の物体高−２０μｍの地点でのＴＩＳ(-20)と、視野中心（物体高０μｍの地点）でのＴＩＳ(0)と、物体高＋２０μｍの地点でのＴＩＳ(+20)が記憶されたことになる。これらのＴＩＳ(-20),ＴＩＳ(0),ＴＩＳ(+20)は、視野内の異なる複数の評価地点（例えば物体高０μｍと±２０μｍの地点）での照明テレセンの影響を反映している。   At this time, the memory of the image processing unit 25 includes TIS (-20) at a point where the object height is −20 μm in the field of view area, TIS (0) at the center of the field of view (point where the object height is 0 μm), TIS (+20) at the point of high +20 μm is stored. These TIS (-20), TIS (0), and TIS (+20) reflect the effect of illumination telecentric at different evaluation points in the field of view (for example, object heights of 0 μm and ± 20 μm). .

したがって、上記したように、視野内の異なる複数の評価地点（例えば物体高０μｍと±２０μｍの地点）に高段差のマーク３０,３２,３４を位置決めして、これらのマークを評価マークとして画像を取り込み、画像に含まれる明暗情報に基づいて各々の評価地点における照明光Ｌ１の主光線の傾斜情報（例えばＴＩＳ(-20),ＴＩＳ(0),ＴＩＳ(+20)など）を生成するため、視野内での照明テレセンのバラツキを評価することができる。   Therefore, as described above, high-level marks 30, 32, and 34 are positioned at a plurality of different evaluation points in the field of view (for example, points having an object height of 0 μm and ± 20 μm), and an image is obtained using these marks as evaluation marks. In order to generate inclination information (for example, TIS (−20), TIS (0), TIS (+20), etc.) of the chief ray of the illumination light L1 at each evaluation point based on the brightness information included in the captured image, Variations in illumination telecentricity within the field of view can be evaluated.

照明テレセンのバラツキの評価に用いる指標としては、上記のＴＩＳ値の他に、画像の明暗情報（高段差のマーク３０,３２,３４の明暗情報）の非対称性に関わる相関値や暗部の幅などを用いてもよい。高段差のマーク３０,３２,３４の明暗情報に基づいて、照明光Ｌ１の主光線の傾斜情報を生成することで、照明光学系(１４〜１９,４０)が基板１１などの物体を照明する際の照明テレセンのバラツキを評価することができる。上記の相関値や暗部の幅などを指標とする場合、上記した低段差のマーク３１,３３を省略してもよい。   In addition to the above-mentioned TIS values, indices used for evaluating the variation of illumination telecentric values include correlation values related to the asymmetry of the light / dark information of the image (light / dark information of the high step marks 30, 32, 34), the width of the dark portion, etc. May be used. The illumination optical system (14-19, 40) illuminates an object such as the substrate 11 by generating tilt information of the principal ray of the illumination light L1 based on the brightness information of the high step marks 30, 32, and 34. It is possible to evaluate the variation of the lighting telecentre. In the case where the above correlation value, the width of the dark portion, or the like is used as an index, the low step marks 31 and 33 may be omitted.

照明テレセンのバラツキの評価に用いる指標（例えばＴＩＳ値など）を感度よく求めるためには、高段差のマーク３０,３２,３４の段差ｈ1を大きくすることが好ましい。しかし、この段差ｈ1が大きすぎると、ピントずれに起因して画像の明暗情報がブロードになって、指標を求める際の再現性が低下する。このため、本実施形態では、段差ｈ1に対して、上記の条件式(１)のような上限値“３(λ/ＮＡ2)”と下限値“(λ/ＮＡ2)”を設定した。条件式(１)の“λ/ＮＡ2”は、重ね合わせ測定装置１０の焦点深度の２倍に相当する。 In order to obtain an index (for example, TIS value) used for evaluating the variation of the illumination telecentre with high sensitivity, it is preferable to increase the step h 1 of the high step marks 30, 32, and 34. However, if the level difference h 1 is too large, the brightness / darkness information of the image becomes broad due to the focus shift, and the reproducibility when obtaining the index decreases. For this reason, in this embodiment, the upper limit “3 (λ / NA 2 )” and the lower limit “(λ / NA 2 )” as in the conditional expression (1) are set for the step h 1 . . “Λ / NA 2 ” in conditional expression (1) corresponds to twice the focal depth of the overlay measurement apparatus 10.

また、本実施形態では、視野内で高段差のマーク３０,３２,３４から離れた地点に低段差のマーク３１,３３を位置決めし、低段差のマーク３１,３３を補助マークとして用いる。このため、画像に含まれる各マークの明暗情報に基づいて、高段差の評価マークと低段差の補助マークとの位置ずれ量を求め、この位置ずれ量から照明光Ｌ１の主光線の傾斜情報を生成できる。この場合、上記の相関値や暗部の幅などを指標とする場合と比べて、照明テレセンのバラツキをより正確に評価することができる。高段差の評価マークと低段差の補助マークとで二重マークを構成しなくてもよい。   In the present embodiment, the low step marks 31 and 33 are positioned at points away from the high step marks 30, 32, and 34 in the field of view, and the low step marks 31 and 33 are used as auxiliary marks. Therefore, based on the brightness information of each mark included in the image, the amount of positional deviation between the high step evaluation mark and the low step auxiliary mark is obtained, and the inclination information of the principal ray of the illumination light L1 is obtained from this positional deviation amount. Can be generated. In this case, the variation of the illumination telecentricity can be more accurately evaluated as compared with the case where the correlation value or the width of the dark part is used as an index. The double mark does not have to be constituted by the high step evaluation mark and the low step auxiliary mark.

さらに、本実施形態では、高段差の評価マークと低段差の補助マークとで二重マークを構成し、二重マークを反転させる前後で位置ずれ量を求め、反転前後の位置ずれ量の平均値（ＴＩＳ値）から照明光Ｌ１の主光線の傾斜情報を生成する。このため、上記の相関値や位置ずれ量などを指標とする場合と比べて、照明テレセンのバラツキを感度よく正確に評価することができる。   Further, in the present embodiment, a double mark is constituted by a high step evaluation mark and a low step auxiliary mark, and a positional deviation amount is obtained before and after the double mark is inverted, and an average value of the positional deviation amount before and after the inversion is obtained. The principal ray tilt information of the illumination light L1 is generated from the (TIS value). For this reason, it is possible to accurately and accurately evaluate the variation of the illumination telecentric as compared with the case where the correlation value or the amount of positional deviation is used as an index.

また、本実施形態では、複数の高段差のマーク３０,３２,３４と複数の低段差のマーク３１,３３とを視野内で交互に並べて同時に位置決めするため、視野内の各々の評価地点における照明光Ｌ１の主光線の傾斜情報を生成する際に、ステージ１２を移動させる必要がなく、短時間で照明テレセンのバラツキを評価することができる。
ただし、ステージ１２の移動によって１つの高段差の評価マークを視野内の各々の評価地点に順次に位置決めしても構わない。このため、基板２８に設ける高段差のマークの数が１つ以上であれば、本発明を適用できる。 In the present embodiment, since the plurality of high step marks 30, 32, 34 and the plurality of low step marks 31, 33 are alternately arranged in the field of view and positioned simultaneously, illumination at each evaluation point in the field of view is performed. When generating the tilt information of the chief ray of the light L1, it is not necessary to move the stage 12, and the variation in illumination telecentricity can be evaluated in a short time.
However, one high step evaluation mark may be sequentially positioned at each evaluation point in the field of view by moving the stage 12. Therefore, the present invention can be applied if the number of high step marks provided on the substrate 28 is one or more.

さらに、本実施形態では、高段差のマーク３０,３２,３４の段差ｈ1が条件式(２)を満足し、低段差のマーク３１,３３の段差ｈ0が条件式(４)を満足する。このため、マーク３０〜３４の画像において、結像光学系(１８〜２３)の偏心コマ収差の影響を低減することができる。このため、偏心コマ収差の影響を受けずに、照明テレセンのバラツキを評価することができる。 Further, in the present embodiment, the step h 1 of the high step marks 30, 32, 34 satisfies the conditional expression (2), and the step h 0 of the low step marks 31, 33 satisfies the conditional expression (4). . For this reason, in the images of the marks 30 to 34, it is possible to reduce the influence of the decentration coma aberration of the imaging optical system (18 to 23). For this reason, it is possible to evaluate the variation of the illumination telecentricity without being affected by the eccentric coma aberration.

また、本実施形態では、マーク３０〜３４の線幅を例えば３μｍ程度とした。このため、マーク３０〜３４の画像において、各エッジ像が左右反対方向にシフトすることになり、各マークの中心位置の変化量は微小と考えて良い。つまり、像面湾曲の影響を低減することができる。このため、像面湾曲の影響を受けずに、照明テレセンのバラツキを評価することができる。   In the present embodiment, the line width of the marks 30 to 34 is, for example, about 3 μm. For this reason, in the images of the marks 30 to 34, each edge image is shifted in the opposite direction, and the amount of change in the center position of each mark may be considered to be minute. That is, the influence of field curvature can be reduced. For this reason, the variation in illumination telecentricity can be evaluated without being affected by the curvature of field.

さらに、本実施形態では、評価用のマーク３０〜３９などの加工が施された基板２８と、画像解析ソフトさえ用意すれば、照明光学系(１４〜１９,４０)を重ね合わせ測定装置１０に組み込んだ状態で、簡易的に短時間で評価を行える。
（第２実施形態）
照明テレセンのバラツキを評価する際、結像光学系(１８〜２３)の偏心コマ収差や像面湾曲は上記のマーク形状によって低減できるが、ディストーションの影響は残存する可能性がある。このため、次のような処理を行って、結像光学系(１８〜２３)のディストーションの影響を補正することが好ましい。 Furthermore, in the present embodiment, the illumination optical system (14-19, 40) is added to the overlay measuring apparatus 10 as long as the substrate 28 on which the processing of the evaluation marks 30-39 and the like are performed and the image analysis software are prepared. Evaluation can be performed easily and in a short time in the built-in state.
(Second Embodiment)
When evaluating variations in illumination telecentricity, decentration coma and curvature of field of the imaging optical system (18 to 23) can be reduced by the above-mentioned mark shape, but the effect of distortion may remain. For this reason, it is preferable to correct the influence of the distortion of the imaging optical system (18 to 23) by performing the following processing.

この場合、図８に示すマーク５０〜５９が用いられる。マーク５０〜５９は、上記したマーク３０〜３９（図３）と線幅や間隔が同じで、その段差ｈ3が全て低段差のマーク３１,３３の段差ｈ0と同じである（例えば０.１６μｍ）。
このマーク５０〜５９（図８）を視野内に位置決めし、画像処理部２５にマーク５０〜５９の画像を取り込んだ後、上記と同様の二重マークの設定（図６,図７参照）を行って、各二重マークごとのＴＩＳ値を求める。 In this case, marks 50 to 59 shown in FIG. 8 are used. The marks 50 to 59 have the same line width and interval as the above-described marks 30 to 39 (FIG. 3), and the steps h 3 are all the same as the steps h 0 of the low steps 31 and 33 (for example, 0.5. 16 μm).
After positioning the marks 50 to 59 (FIG. 8) in the field of view and taking the images of the marks 50 to 59 into the image processing unit 25, the same double mark setting as described above (see FIGS. 6 and 7) is performed. Go to find the TIS value for each double mark.

この場合、全てのマーク５０〜５９が低段差であるため、照明テレセンの影響はＴＩＳ値に反映されない。また、上記と同じ理由で、ＴＩＳ値における偏心コマ収差や像面湾曲の影響も軽微である。したがって、マーク５０〜５９の画像から求めた各々のＴＩＳ値は、ディストーションの影響と考えられる。
画像処理部２５は、マーク５０〜５９の画像からＴＩＳ値を求めると、視野領域内の物体高−２０μｍの地点でのＴＩＳdis(-20)、視野中心（物体高０μｍの地点）でのＴＩＳdis(0)、物体高＋２０μｍの地点でのＴＩＳdis(+20)として、メモリに記憶する。 In this case, since all the marks 50 to 59 have low steps, the influence of the illumination telecentricity is not reflected in the TIS value. For the same reason as described above, the influence of decentration coma aberration and field curvature in the TIS value is also slight. Therefore, each TIS value obtained from the images of the marks 50 to 59 is considered to be an influence of distortion.
When the image processing unit 25 obtains the TIS value from the images of the marks 50 to 59, the TIS dis (−20) at the point where the object height is −20 μm in the visual field region and the TIS at the center of the visual field (the point where the object height is 0 μm). Dis (0), TIS dis (+20) at the point of object height +20 μm is stored in the memory.

そして、次の式(５)〜(７)にしたがい、上記したマーク３０〜３９（図３）の画像から求めたディストーションの影響を含むＴＩＳ値（ＴＩＳ(-20),ＴＩＳ(0),ＴＩＳ(+20)）との差を計算する。
ＴＩＳtel(-20)＝ＴＩＳ(-20)−ＴＩＳdis(-20) …(５)
ＴＩＳtel(0) ＝ＴＩＳ(0) −ＴＩＳdis(0) …(６)
ＴＩＳtel(+20)＝ＴＩＳ(+20)−ＴＩＳdis(+20) …(７)
このようにして得られたＴＩＳ値（ＴＩＳtel(-20),ＴＩＳtel(0),ＴＩＳtel(+20)）は、ディストションの影響が取り除かれ、視野内での照明テレセンのバラツキを表している。したがって、上記のような処理を行うことで、ディストーションの影響を受けずに、照明テレセンのバラツキを正確に評価することができる。 Then, according to the following formulas (5) to (7), TIS values including the influence of distortion (TIS (−20), TIS (0), TIS) obtained from the images of the marks 30 to 39 (FIG. 3) described above. Calculate the difference with (+20)).
TIS tel (-20) = TIS (-20) -TIS dis (-20) (5)
TIS tel (0) = TIS (0) −TIS dis (0) (6)
TIS tel (+20) = TIS (+20) −TIS dis (+20) (7)
The TIS values obtained in this way (TIS tel (-20), TIS tel (0), TIS tel (+20)) eliminate the effects of distortion and represent the variation of illumination telecentricity within the field of view. ing. Therefore, by performing the processing as described above, it is possible to accurately evaluate the variation in illumination telecentricity without being affected by distortion.

なお、ディストーションの影響が取り除かれた後の視野中心（物体高０μｍの地点）でのＴＩＳtel(0)は、上記の閾値（例えば０.２ｎｍ）以上になる可能性がある。このため、ディストーションの影響が取り除かれた後のＴＩＳtel(0)が閾値（例えば０.２ｎｍ）より小さくなるように、照明開口絞り１４のシフト調整（図４のステップＳ４と同様）を行うことが好ましい。 It should be noted that TIS tel (0) at the center of the visual field (the point where the object height is 0 μm) after the influence of the distortion is removed may be equal to or higher than the above threshold (for example, 0.2 nm). For this reason, the shift adjustment of the illumination aperture stop 14 (similar to step S4 in FIG. 4) is performed so that TIS tel (0) after the influence of distortion is removed becomes smaller than a threshold value (for example, 0.2 nm). Is preferred.

そして、このシフト調整後に、物体高±２０μｍの地点でのＴＩＳdis(-20),ＴＩＳdis(+20)を求めることで、視野領域内での物体高ごとの照明テレセンの差（視野中心に対する照明テレセンの差）をより正確に求めることができる。
（第３実施形態）
ここでは、照明光学系(１４〜１９,４０)の調整方法について説明する。 Then, after this shift adjustment, TIS dis (−20) and TIS dis (+20) at the point where the object height is ± 20 μm are obtained, so that the difference in illumination telecentric for each object height in the field of view (with respect to the center of the field of view). The difference in lighting telecentricity) can be obtained more accurately.
(Third embodiment)
Here, a method for adjusting the illumination optical system (14 to 19, 40) will be described.

視野内での照明テレセンにバラツキがある場合、視野中心での照明テレセンが略ゼロであっても、視野周辺における照明テレセンはゼロにはならない（図７参照）。このような照明テレセンの誤差を低減するために、次のような調整を行う。
照明光学系(１４〜１９,４０)の調整は、上記した照明光学系(１４〜１９,４０)の評価によって、照明光Ｌ１の主光線の傾斜情報（例えばＴＩＳ(-20),ＴＩＳ(0),ＴＩＳ(+20)やＴＩＳtel(-20),ＴＩＳtel(0),ＴＩＳtel(+20)など）を生成した後、これらの傾斜情報に基づいて、照明開口絞り１４の位置を光軸Ｏ１と平行な方向に微少量だけシフト調整することにより行われる。 When there is variation in illumination telecentricity within the field of view, even if the illumination telecentricity at the center of the field of view is substantially zero, the illumination telecentric around the field of view is not zero (see FIG. 7). In order to reduce such an error of the illumination telecentric, the following adjustment is performed.
The adjustment of the illumination optical system (14-19, 40) is performed by evaluating the illumination optical system (14-19, 40) described above, and the tilt information (for example, TIS (-20), TIS (0) of the principal ray of the illumination light L1. ), TIS (+20), TIS tel (-20), TIS tel (0), TIS tel (+20), etc.), and the position of the illumination aperture stop 14 is determined based on the tilt information. This is done by adjusting the shift by a small amount in the direction parallel to the axis O1.

例えば、視野中心でのＴＩＳtel(0)と物体高＋２０μｍでのＴＩＳtel(+20)とが次の式(８)を満足するように、照明開口絞り１４の光軸方向のシフト調整を行う。
｜ＴＩＳtel(+20)−ＴＩＳtel(0)｜＜０.３ …(８)
ここで、ＴＩＳtel(+20)＝０.３ｎｍ、ＴＩＳtel(0)＝０ｎｍと仮定し、照明テレセンの傾斜角（図５の角度θ）を物体側で評価すると、物体高＋２０μｍの地点では傾斜角＝０.２７(mrad)、物体高０μｍの地点では０(mrad)と推定される。 For example, shift adjustment in the optical axis direction of the illumination aperture stop 14 is performed so that TIS tel (0) at the center of the field of view and TIS tel (+20) at the object height +20 μm satisfy the following expression (8). .
| TIS tel (+20) −TIS tel (0) | <0.3 (8)
Here, assuming that TIS tel (+20) = 0.3 nm and TIS tel (0) = 0 nm, the tilt angle of the illumination telecentre (angle θ in FIG. 5) is evaluated on the object side. At the point where the object height is +20 μm, It is estimated to be 0 (mrad) at a point where the inclination angle = 0.27 (mrad) and the object height is 0 μm.

さらに、本実施形態の照明光学系(１４〜１９,４０)において、照明開口絞り１４を光軸方向に０.２８ｍｍ程度シフトさせたと仮定し、照明テレセンの傾斜角（図５の角度θ）の変化量を物体側で評価すると、物体高＋２０μｍの地点では、変化量が０.２７(mrad)程度なる。
したがって、これらの数値を目安に照明開口絞り１４を光軸方向にシフト調整すれば、照明光Ｌ１の主光線の傾斜（例えばＴＩＳtel(-20),ＴＩＳtel(+20)など）を適切に調整することができる。つまり、視野内での照明テレセンのバラツキを適切に調整することができる。 Further, in the illumination optical system (14 to 19, 40) of the present embodiment, it is assumed that the illumination aperture stop 14 is shifted by about 0.28 mm in the optical axis direction, and the tilt angle of the illumination telecentre (angle θ in FIG. 5) When the amount of change is evaluated on the object side, the amount of change is about 0.27 (mrad) at a point where the object height is +20 μm.
Therefore, if the illumination aperture stop 14 is shifted and adjusted in the optical axis direction based on these numerical values, the inclination of the principal ray of the illumination light L1 (for example, TIS tel (-20), TIS tel (+20), etc.) can be appropriately adjusted. Can be adjusted. That is, it is possible to appropriately adjust the variation of the illumination telecentricity within the field of view.

そして、上記の式(８)を満足するように調整を行えば、視野中心での照明テレセンの誤差のみならず、視野周辺（例えば物体高±２０μｍの地点）での照明テレセンの誤差も低減することができる。その結果、照明テレセンは例えば図９のような理想的な状態になり、照明光Ｌ１の主光線は何れも光軸Ｏ２に略平行となる。
重ね合わせ測定装置１０を製造する際の号機ごとに、照明テレセンのバラツキを特定の数値（例えば式(８)の閾値０.３）より小さくなるように調整して管理すれば、号機ごとの製造誤差を低減することができ、安定した装置製造が可能となる。 If the adjustment is performed so as to satisfy the above formula (8), not only the illumination telecentric error at the center of the field of view but also the illumination telecentric error around the field of view (for example, at an object height of ± 20 μm) is reduced. be able to. As a result, the illumination telecentric is in an ideal state as shown in FIG. 9, for example, and all the principal rays of the illumination light L1 are substantially parallel to the optical axis O2.
If the variation of the illumination telecentric is adjusted and managed to be smaller than a specific numerical value (for example, the threshold value 0.3 in the equation (8)) for each unit when the overlay measuring apparatus 10 is manufactured, the manufacturing for each unit is performed. Errors can be reduced, and stable device manufacturing is possible.

さらに、照明テレセンのバラツキが管理された重ね合わせ測定装置１０では、位置検出の精度や位置ずれ量Ｌ（図２）の測定精度が向上し、近年の半導体デバイスの微細化にも対応可能となる。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、照明光学系(１４〜１９,４０)の評価に用いる高段差のマーク３０,３２,３４が段差ｈ1＝４μｍである例を説明したが、本発明はこれに限定されない。条件式(１)を満足する範囲内であれば、段差ｈ1を他の値に設定してもよい。 Furthermore, in the overlay measurement apparatus 10 in which the variation of the illumination telecentricity is managed, the accuracy of position detection and the measurement accuracy of the positional deviation amount L (FIG. 2) are improved, and it is possible to cope with the recent miniaturization of semiconductor devices. .
(Modification)
In the above-described embodiment, the example in which the high step marks 30, 32, 34 used for the evaluation of the illumination optical system (14-19, 40) are the step h 1 = 4 μm has been described. It is not limited. As long as conditional expression (1) is satisfied, step h 1 may be set to another value.

また、上記した実施形態では、低段差のマーク３１,３３が段差ｈ0＝０.１６μｍである例を説明したが、本発明はこれに限定されない。段差ｈ0は、条件式(３)を満足する範囲内で他の値に設定してもよいし、条件式(３)の下限値より小さい値に設定してもよい。
さらに、上記した実施形態では、マーク３０〜３４の段差ｈ1,ｈ0が条件式(２),(４)を満足する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。結像光学系(１８〜２３)の偏心コマ収差の影響を無視できる場合には、各々の段差ｈ1,ｈ0が条件式(２),(４)を満足しなくても構わない。 In the above-described embodiment, the example in which the low step marks 31 and 33 are the step h 0 = 0.16 μm has been described, but the present invention is not limited to this. The step h 0 may be set to another value within a range that satisfies the conditional expression (3), or may be set to a value smaller than the lower limit value of the conditional expression (3).
Furthermore, in the above-described embodiment, the steps h 1 and h 0 of the marks 30 to 34 have been described as satisfying the conditional expressions (2) and (4), but the present invention is not limited to this. If the influence of the decentration coma aberration of the imaging optical system (18 to 23) can be ignored, the steps h 1 and h 0 may not satisfy the conditional expressions (2) and (4).

また、上記した実施形態では、マーク３０〜３４の線幅を３μｍとしたが、本発明はこれに限定されない。結像光学系(１８〜２３)の像面湾曲の影響を無視できる場合には、マーク３０〜３４の線幅を３μｍ以外の値に設定しても構わない。
さらに、上記した実施形態では、マーク３０〜３４の間隔を７μｍとしたが、本発明はこれに限定されない。照明テレセンのバラツキの評価地点の物体高に応じて、マーク３０〜３４の間隔を７μｍ以外の値に設定しても構わない。 In the above-described embodiment, the line width of the marks 30 to 34 is 3 μm, but the present invention is not limited to this. When the influence of the field curvature of the imaging optical system (18 to 23) can be ignored, the line width of the marks 30 to 34 may be set to a value other than 3 μm.
Furthermore, in the above-described embodiment, the interval between the marks 30 to 34 is 7 μm, but the present invention is not limited to this. The interval between the marks 30 to 34 may be set to a value other than 7 μm according to the object height at the evaluation point of the variation of the illumination telecentricity.

また、上記した実施形態では、評価用のマーク３０〜３９が凸形状のバーマークである例を説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、凹形状のバーマークを評価用に用いても構わないし、ＢＯＸマークを用いてもよい。
さらに、上記した実施形態では、ステージ１２の上面に評価用の基板２８を固定して、この基板２８に評価用のマーク３０〜３９（図３）を形成し、照明テレセンのバラツキを評価したが、本発明はこれに限定されない。上記と同様のマーク３０〜３９が形成された工具基板を用意して、この工具基板を基板１１の代わりにステージ１２に搭載し、同様の手順で評価を行ってもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the evaluation marks 30 to 39 are convex bar marks has been described, but the present invention is not limited to this. In addition, a concave bar mark may be used for evaluation, or a BOX mark may be used.
Furthermore, in the above-described embodiment, the evaluation substrate 28 is fixed to the upper surface of the stage 12, and the evaluation marks 30 to 39 (FIG. 3) are formed on the substrate 28. However, the present invention is not limited to this. A tool substrate on which marks 30 to 39 similar to those described above are formed may be prepared, and this tool substrate may be mounted on the stage 12 instead of the substrate 11 and evaluated in the same procedure.

また、上記した実施形態では、照明テレセンのバラツキを評価する際に、視野中心での照明テレセンを略ゼロに調整する処理（図４のステップＳ３,Ｓ４の処理）を行ったが、本発明はこれに限定されない。このような調整を行わずに（例えば図６の状態で）、マークの画像から照明光Ｌ１の主光線の傾斜情報（例えばＴＩＳ(-20),ＴＩＳ(0),ＴＩＳ(+20)やＴＩＳtel(-20),ＴＩＳtel(0),ＴＩＳtel(+20)など）を生成し、これを評価の結果としてもよい。 Further, in the above-described embodiment, when the variation in illumination telecentricity is evaluated, the processing for adjusting the illumination telecentricity at the center of the visual field to substantially zero (the processing in steps S3 and S4 in FIG. 4) is performed. It is not limited to this. Without such adjustment (for example, in the state shown in FIG. 6), the tilt information (for example, TIS (-20), TIS (0), TIS (+20), TIS) of the chief ray of the illumination light L1 from the mark image. tel (-20), TIS tel (0), TIS tel (+20), etc.) may be generated and used as a result of the evaluation.

さらに、上記した実施形態では、重ね合わせ測定装置１０に組み込まれた位置検出装置の照明光学系(１４〜１９,４０)を例にその評価方法を説明したが、本発明はこれに限定されない。アライメントマークの位置検出を行う装置（例えば露光装置のアライメント系）に組み込まれた照明光学系の評価にも、本発明を適用できる。この装置では、アライメントマークの位置を精度良く検出することが可能となり、基板のアライメント精度の向上に寄与できる。   Furthermore, in the above-described embodiment, the evaluation method has been described by taking the illumination optical system (14 to 19, 40) of the position detection device incorporated in the overlay measurement device 10 as an example, but the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to evaluation of an illumination optical system incorporated in an apparatus (for example, an alignment system of an exposure apparatus) that detects the position of an alignment mark. In this apparatus, the position of the alignment mark can be detected with high accuracy, which can contribute to the improvement of the alignment accuracy of the substrate.

重ね合わせ測定装置１０の全体構成を示す図である。1 is a diagram illustrating an overall configuration of an overlay measurement apparatus 10. 重ね合わせマーク１１Ａを説明する図である。It is a figure explaining the overlay mark 11A. 照明テレセンのバラツキの評価に用いられるマーク３０〜３９を説明する図である。It is a figure explaining the marks 30-39 used for evaluation of the variation of illumination telecentricity. 照明テレセンのバラツキの評価手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the evaluation procedure of the variation of illumination telecentricity. 照明テレセンの影響を説明する図である。It is a figure explaining the influence of illumination telecentricity. 視野中心（物体高０μｍ）におけるＴＩＳ(0)を説明する図である。It is a figure explaining TIS (0) in the visual field center (object height 0 micrometer). 視野周辺（物体高±２０μｍ）におけるＴＩＳ(+20),ＴＩＳ(-20)を説明する図である。It is a figure explaining TIS (+20) and TIS (-20) in a visual field periphery (object height +/- 20micrometer). ディストーションの補正に用いられるマーク５０〜５９を説明する図である。It is a figure explaining the marks 50-59 used for distortion correction. 照明開口絞り１４を光軸方向にシフト調整した後の状態を説明する図である。It is a figure explaining the state after carrying out the shift adjustment of the illumination aperture stop 14 to an optical axis direction.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 重ね合わせ測定装置 ； １１，２８ 基板 ； １２ ステージ ；
１３〜１９,４０ 照明光学系 ； １８〜２３ 結像光学系 ；
２４ ＣＣＤ撮像素子 ； ２５ 画像処理部 ； ３０〜３９ 評価用のマーク
10 overlay measurement apparatus; 11, 28 substrate; 12 stage;
13-19,40 illumination optical system; 18-23 imaging optical system;
24 CCD image sensor; 25 Image processing part; 30-39 Evaluation mark

Claims (5)

評価対象の照明光学系を用い、物体の光像を形成する結像光学系の物体面の所定領域に、照明光を照射する第１工程と、
前記所定領域に前記照明光が照射された状態で、該所定領域内の異なる複数の評価地点に１つ以上の評価マークを順次または同時に位置決めするとともに、前記評価マークより低段差の補助マークを、前記所定領域内で前記評価マークから離れた地点に位置決めする第２工程と、
前記複数の評価地点の各々に位置決めされた前記評価マークの明暗情報と共に前記補助マークの明暗情報を含む画像を、前記結像光学系を介して取り込む第３工程と、
前記画像に含まれる前記評価マークおよび前記補助マークの各々の明暗情報に基づいて、前記評価マークと前記補助マークとの位置ずれ量を求め、該位置ずれ量に基づいて前記複数の評価地点の各々における前記照明光の主光線の傾斜情報を生成する第４工程とを備え、
前記評価マークの段差ｈ1は、前記照明光の中心波長λおよび前記結像光学系の物体側の開口数ＮＡに対して、次の条件式を満足する
(λ/ＮＡ2) ＜ ｈ1 ＜ ３ (λ/ＮＡ2)
ことを特徴とする照明光学系の評価方法。 A first step of irradiating illumination light onto a predetermined region of an object plane of an imaging optical system that forms an optical image of an object using an illumination optical system to be evaluated;
In the state where the illumination light is irradiated on the predetermined area, one or more evaluation marks are sequentially or simultaneously positioned at a plurality of different evaluation points in the predetermined area, and auxiliary marks having a lower step than the evaluation mark, A second step of positioning at a point away from the evaluation mark within the predetermined region ;
A third step of capturing an image including light and dark information of the auxiliary mark together with light and dark information of the evaluation mark positioned at each of the plurality of evaluation points through the imaging optical system;
Based on the brightness information of each of the evaluation mark and the auxiliary mark included in the image, a positional deviation amount between the evaluation mark and the auxiliary mark is obtained, and each of the plurality of evaluation points is determined based on the positional deviation amount. A fourth step of generating tilt information of the chief ray of the illumination light in
The step h 1 of the evaluation mark satisfies the following conditional expression with respect to the center wavelength λ of the illumination light and the numerical aperture NA on the object side of the imaging optical system.
(λ / NA 2 ) <h 1 <3 (λ / NA 2 )
A method for evaluating an illumination optical system. 請求項１に記載の照明光学系の評価方法において、
前記評価マークと前記補助マークとは、内外で段差の異なる二重マークを構成し、
前記第４工程では、前記二重マークを前記結像光学系の光軸に垂直な面内で反転させる前後の各々で、前記評価マークと前記補助マークとの位置ずれ量を求め、前記反転前後の位置ずれ量の平均値に基づいて前記傾斜情報を生成する
ことを特徴とする照明光学系の評価方法。 In the evaluation method of the illumination optical system according to claim 1,
The evaluation mark and the auxiliary mark constitute a double mark having different steps inside and outside ,
In the fourth step, the amount of positional deviation between the evaluation mark and the auxiliary mark is obtained before and after the double mark is reversed in a plane perpendicular to the optical axis of the imaging optical system. The tilt information is generated based on an average value of the amount of positional deviation of the illumination optical system. 請求項１または請求項２に記載の照明光学系の評価方法において、
前記第２工程では、複数の前記評価マークと複数の前記補助マークとを前記所定領域内で交互に並べて同時に位置決めする
ことを特徴とする照明光学系の評価方法。 In the evaluation method of the illumination optical system according to claim 1 or 2 ,
In the second step, a plurality of the evaluation marks and a plurality of the auxiliary marks are alternately arranged in the predetermined area and simultaneously positioned . 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の照明光学系の評価方法において、
前記評価マークの段差ｈ 1 と前記補助マークの段差ｈ 0 は、各々、前記照明光の中心波長λおよび任意の整数ｍ 1 ,ｍ 0 に対して、次の条件式を満足する
ｈ 1 ＝ｍ 1 ×(λ/４)
ｈ 0 ＝ｍ 0 ×(λ/４)
ことを特徴とする照明光学系の評価方法。 In the evaluation method of the illumination optical system according to any one of claims 1 to 3,
The step h 1 of the evaluation mark and the step h 0 of the auxiliary mark satisfy the following conditional expression with respect to the center wavelength λ of the illumination light and arbitrary integers m 1 and m 0 , respectively.
h 1 = m 1 × (λ / 4)
h 0 = m 0 × (λ / 4)
A method for evaluating an illumination optical system. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載の照明光学系の評価方法により前記傾斜情報を生成した後、該傾斜情報に基づいて、前記照明光学系の開口絞りの位置を光軸と平行な方向にシフト調整する
ことを特徴とする照明光学系の調整方法。 After more generate the gradient information to the evaluation method of the illumination optical system according to claims 1 to any one of claims 4, based on the inclination information, the optical axis position of the aperture stop of the illumination optical system method of adjusting the illumination optical system, wherein you shift adjustment in a direction parallel to the.
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