WO2005124834A1 - ベストフォーカス検出方法及び露光方法、並びに露光装置 - Google Patents

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WO2005124834A1
WO2005124834A1 PCT/JP2005/011330 JP2005011330W WO2005124834A1 WO 2005124834 A1 WO2005124834 A1 WO 2005124834A1 JP 2005011330 W JP2005011330 W JP 2005011330W WO 2005124834 A1 WO2005124834 A1 WO 2005124834A1
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WO
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best focus
detection method
data
optical system
focus detection
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Application number
PCT/JP2005/011330
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English (en)
French (fr)
Inventor
Naoto Kondo
Tsuneyuki Hagiwara
Original Assignee
Nikon Corporation
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Publication date
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • G03F9/7026—Focusing
    • G—PHYSICS
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    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7088—Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection

Definitions

  • the present invention relates to a best focus detection method, an exposure method, and an exposure apparatus, and more particularly, to a best focus detection method for detecting a best focus position of a projection optical system, and an exposure using the best focus detection method.
  • a method and an exposure apparatus suitable for implementing the best focus detection method are known in the art.
  • a pattern of a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as “reticle”) is formed on a surface through a projection optical system.
  • a projection exposure apparatus that transfers onto a wafer or a glass plate or other object (hereinafter, collectively referred to as a “wafer”) coated with a photosensitive agent such as a photoresist, for example, a step-and-repeat reduction projection exposure apparatus ( Successive moving projection exposure apparatuses such as a loose stepper and a step-and-scan type scanning projection exposure apparatus (so-called scanning stepper (also called a scanner)) are used.
  • the position of the wafer with respect to the optical axis direction of the projection optical system is set to the focus position in order to minimize the occurrence of exposure failure due to defocus.
  • Detection is performed by a detection system (focus detection system), and based on the detection result, the area to be exposed on the wafer (the area irradiated with the exposure light) is matched with the best imaging plane of the projection optical system (focus Located within the depth range).
  • focus detection system focus detection system
  • the best imaging plane or the best focus position of the projection optical system is accurately detected, and based on the detection result, calibration of the above-described focus position detection system (focus detection system), that is, the detection origin is determined. It is important to make adjustments or adjustments to the detection offset.
  • the aerial image measurement device is a pattern plate provided on a wafer stage on which a wafer is placed, on which an opening pattern of a predetermined shape is formed, and a light receiving system for receiving light passing through the pattern plate.
  • a pattern plate provided on a wafer stage on which a wafer is placed, on which an opening pattern of a predetermined shape is formed, and a light receiving system for receiving light passing through the pattern plate.
  • a measurement mark for example, a mark that also has a line and space pattern force
  • a reticle or the like arranged on the object plane of the projection optical system is illuminated with illumination light, and an image of the measurement mark is formed.
  • the wafer stage is moved in a predetermined direction in a two-dimensional plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system so that the pattern plate is scanned with the projected image projected on the image plane by the projection optical system. During the movement, the light received through the pattern plate is received by the light receiving system to measure the aerial image of the measurement mark.
  • the aerial image measurement as in a. above is repeated at a plurality of positions in the optical axis direction of the projection optical system (hereinafter, referred to as “Z position” for convenience).
  • the light intensity signal waveform of the aerial image at each Z position is Fourier transformed, and the light intensity signal waveform force of the aerial image at each Z position is obtained, for example, contrast (amplitude ratio between primary frequency component and DC component) And other predetermined information.
  • the coordinate positions (Z position, contrast value) of the plurality of points (for example, 15 points) obtained above are plotted on an orthogonal coordinate system having the Z position as the horizontal axis and the contrast value as the vertical axis. And the best focus position is detected based on an approximation curve obtained by least square approximation of the plurality of points.
  • the pattern plate (depth) is set in the optical axis direction of the projection optical system.
  • the position of the stage is changed in multiple steps, and the scanning of the wafer stage (pattern plate) with respect to the aerial image at each position is indispensable. It took a long time.
  • As a method for resolving the inconvenience it is conceivable to reduce the number of steps described above. In this case, the detection accuracy of the best focus position is reduced.
  • Patent Document 1 US Patent Application Publication No. 2002Z41377
  • Patent Document 2 JP 2002-14005 A
  • Patent Document 3 JP 2002-198303A
  • the present invention has been made under the above-described circumstances, and in a first aspect, the best of a projection optical system that forms an image of a pattern arranged on a first surface on a second surface is provided.
  • a best focus detection method for detecting a focus position wherein a mark disposed on the first surface is illuminated with illumination light, while being close to the second surface and at an optical axis of the projection optical system.
  • a pattern plate on which an opening pattern is formed is scanned in a predetermined measurement direction with respect to an image of the mark formed by the projection optical system in a two-dimensional plane orthogonal to the projection optical system.
  • the projection optical system while illuminating the mark arranged on the first surface with the illumination light, the projection optical system in the two-dimensional plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system near the second surface.
  • the pattern plate is scanned in a predetermined measurement direction with respect to the mark image (spatial image), and during the scanning, illumination light is received through an opening pattern formed in the pattern plate to thereby allow the mark image to be measured in the measurement direction. Detects location information related to it. Then, based on the detected position information, with the pattern plate positioned in a two-dimensional plane, the pattern is illuminated with illumination light while the mark is illuminated.
  • the plate is moved in the direction of the optical axis of the projection optical system, and during the movement, the position data and the intensity data of the illumination light of the pattern plate in the direction of the optical axis are acquired. In this case, it is possible to acquire the respective data while continuously moving the pattern plate in the optical axis direction.
  • the best focus position of the projection optical system is calculated based on the position data and the intensity data acquired as described above.
  • one scan of the pattern plate in a two-dimensional plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system, and the light of the projection optical system after the scan makes it possible to acquire data for calculating the best focus position of the projection optical system. Therefore, it is not necessary to change the pattern plate to a number of positions in the optical axis direction and scan the pattern plate at each position as in the conventional example described above, so that the measurement time can be significantly reduced. is there. In addition, by setting the sampling interval as finely as possible, a large amount of data can be acquired, so that the detection accuracy (detection resolution) of the best focus position is expected to be improved.
  • At least one of the plurality of position data and the plurality of intensity data is performed at least once by using a moving average, and both data after the smoothing, or A change curve of the intensity of the illumination light with respect to the position of the pattern plate in the direction of the optical axis is calculated using one of the data after the smoothing and the other data without the smoothing. Based on this, the best focus position can be calculated. In the case of a glare, the effect of the noise component can be reduced by the smoothing, and as a result, the detection accuracy of the best focus position can be improved.
  • an exposure method for forming a predetermined pattern on an object via a projection optical system Detecting the best focus position of the system; adjusting the position of the object with respect to the optical axis direction of the projection optical system by using the detection result of the best focus position; An exposing step of forming the object on the object through an exposure method.
  • the best focus position of the projection optical system is detected using the best focus detection method of the present invention (detection step), and the light of the projection optical system is detected using the detection result of the detection step.
  • the position of the object in the axial direction is adjusted, and a pattern is formed on the object whose position in the optical axis direction is adjusted via the projection optical system (exposure step). Therefore, since the processing of the detection step is performed in a short time, it is possible to improve the throughput of all steps including the detection step and the exposure step. In addition, since the accuracy of detecting the best focus position of the projection optical system can be improved as described above, high-precision pattern formation on an object with almost no exposure failure due to defocus is possible. It becomes.
  • an exposure apparatus for forming a pattern arranged on a first surface on an object arranged on a second surface by using a projection optical system, comprising: A moving body provided with a pattern; a driving system for driving the moving body in an optical axis direction of the projection optical system and a two-dimensional in-plane direction orthogonal to the moving body; and an opening pattern provided in the moving body.
  • a sensor unit including a light receiving element for receiving the illumination light by illuminating the mark; an illumination system for illuminating a mark arranged on the first surface; and illuminating the mark with the illumination light from the illumination system.
  • the drive system is moved so that the aperture pattern is scanned in a predetermined measurement direction in the two-dimensional plane near the second plane with respect to the image of the mark formed by the projection optical system.
  • the moving body is driven to scan in the measurement direction via the A first processing device for detecting position information of the image of the mark in the measurement direction based on an output signal from the light receiving element; and moving the moving body in the two-dimensional plane based on the position information. Moving the moving body in the direction of the optical axis via the drive system while illuminating the mark arranged on the first surface with illumination light from the illumination system.
  • a second processing device that obtains position data of the moving body in the optical axis direction and intensity data of the illumination light; the position data obtained by the second processing device; and the second processing device obtains the position data.
  • the first processing device illuminates the mark arranged on the first surface with the illuminating light from the illumination system, and irradiates the mark image by the projection optical system with the second surface.
  • Move near The moving body is scanned and driven in the measurement direction via a drive system so that a predetermined opening pattern provided in the body is scanned in a predetermined measurement direction in a two-dimensional plane.
  • the position information in the measurement direction of the mark image is detected based on the output signal of the light receiving element force.
  • the second processing device is arranged on the first surface by the illumination light of the illumination system power in a state where the moving body is positioned in the two-dimensional plane based on the position information detected by the first processing device.
  • the moving body is moved in the optical axis direction via the drive system while illuminating the mark, and position data of the moving body in the optical axis direction and intensity data of the illumination light are acquired during the movement.
  • the second processing device can acquire the data while continuously moving the pattern plate in the optical axis direction.
  • the arithmetic unit determines the best focus position of the projection optical system based on the position data acquired by the second processing device as described above and the intensity data acquired by the second processing device. calculate.
  • the first processing unit scans the moving body (pattern plate) once in a two-dimensional plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system, After the scanning, the data for calculating the best focus position of the projection optical system can be obtained by a combination of the second processing device and the scanning of the moving body (pattern plate) in the optical axis direction of the projection optical system by the second processing device. It becomes possible. Therefore, it is not necessary to change the pattern plate to a number of positions in the optical axis direction and scan the pattern plate at each position as in the above-described conventional example, so that it is possible to significantly reduce the measurement time. . Further, by setting the sampling interval as finely as possible, the second processing unit can obtain a large amount of data. It is also expected that the calculation accuracy (detection resolution) of the best focus position will be improved.
  • the position of the object in the optical axis direction of the projection optical system is adjusted, and a pattern is formed on the object via the projection optical system.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining the aerial image measurement device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining a method of detecting a best focus position according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a pre-measurement subroutine of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a diagram showing an aerial image profile of a measurement mark obtained by aerial image measurement by horizontal scanning when the slit plate is at a different Z position, and a change curve of slit transmitted light intensity obtained by the Z scan measurement. It is.
  • FIG. 6 Z-scan measurement of the state where the projection center of the projection image of the measurement mark PM and the center of the slit 122 in the measurement direction (X-axis direction) are displaced from each other and coincide with each other.
  • FIG. 7 is a diagram showing a relationship between the change curves of the slit transmitted light intensity obtained.
  • FIG. 7 (A) is a diagram showing the relationship between the Z position obtained in the Z scan measurement and the slit transmitted light intensity.
  • FIG. 7 (B)] is a diagram for describing inconvenience that occurs when the setting of the range for performing the Z scan is inappropriate.
  • [ ⁇ 8 (A)] is a diagram showing an example of a photoelectric conversion signal of an optical sensor before moving average processing.
  • FIG. 8 (B)] is a diagram showing the photoelectric conversion signal of FIG. 8 (A) after the moving average processing.
  • FIG. 9 (A)] is a diagram showing an example of an output signal of a multipoint focal position detection system before moving average processing.
  • FIG. 9 (B)] is a view showing an output signal of FIG. 9 (A) after moving average processing. is there.
  • FIG. 10 (A) is a diagram showing an example of a change curve of the transmitted light intensity of the slit obtained by the Z-scan measurement before the moving average processing.
  • FIG. 10 (B) is a view showing a change curve of the transmitted light intensity of the slit obtained after performing one moving average process on the change curve of FIG. 10 (A).
  • FIG. 10 (C) is a view showing a change curve of the transmitted light intensity of the slit obtained after performing the moving average process twice on the change curve of FIG. 10 (A).
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a method of detecting a best focus position.
  • FIG. 12 (A) is a diagram (part 1) for explaining an operation of measuring a best focus position using a line and space pattern.
  • FIG. 12 (B) is a diagram (part 2) for explaining the operation of measuring the best focus position using the line and space pattern.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 100 according to one embodiment.
  • This exposure apparatus 100 is a step-and-scan type scanning projection exposure apparatus, that is,
  • scanning 'stepper' also called scanner
  • the exposure apparatus 100 includes an illumination system 10 including a light source and an illumination optical system (both not shown), a reticle stage RST on which a reticle R is mounted, a projection optical system PL, and a wafer on which a wafer W is mounted.
  • a stage WST and a control system for controlling these stages are provided.
  • the portion other than the light source and the control system is actually an environmental control chamber (not shown) in which environmental conditions such as internal temperature and pressure are maintained substantially constant. Mental 'chamber).
  • the illumination system 10 includes a light source, an optical integrator (homogenizer), and the like as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-313250 and US Patent Application Publication No. 2003Z0025890 corresponding thereto. Includes illuminance uniforming optical system, beam splitter, relay lens, variable ND filter, reticle blind, etc. (all not shown).
  • a slit-shaped illumination area on the reticle R defined by the reticle blind is illuminated with illumination light (exposure light) IL with substantially uniform illuminance.
  • an ArF excimer laser that outputs (oscillates) pulse laser light in the vacuum ultraviolet region having a wavelength of 193 nm is used as a light source.
  • the optical integrator a fly-eye lens, a rod integrator (internal reflection type integrator), a diffractive optical element, or the like can be used.
  • the illumination system may be configured similarly to the illumination system disclosed in, for example, JP-A-6-349701 and the corresponding US Pat. No. 5,534,970. To the extent permitted by the national laws of the designated country (or selected elected country) designated in this international application, the description in this specification is incorporated by reference to the disclosures in the above publications and the corresponding U.S. patent application publication specifications or U.S. patents. Part of
  • a circuit pattern or the like is provided with a pattern surface (see FIG. 1).
  • the reticle R formed on the lower surface of the reticle is placed and fixed by, for example, vacuum suction (or electrostatic suction).
  • the reticle stage RST is two-dimensionally moved in the XY plane (in the X-axis direction, in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis direction, and in the Z-axis direction perpendicular to the XY plane) by the reticle stage drive system 56R including, for example, a linear motor.
  • a specified scanning direction (here, the Y-axis direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1) is designated on a reticle base (not shown). It can be driven at the scanning speed.
  • a movable mirror 52R is fixed on the reticle stage RST, and the position of the reticle stage RST in the XY plane is set via the movable mirror 52R via a reticle laser interferometer (hereinafter referred to as “reticle interferometer”) 54R.
  • reticle interferometer a reticle laser interferometer
  • Y-axis direction the scanning direction
  • X-axis direction non-scanning direction
  • An X moving mirror is provided, and a reticle Y interferometer and a reticle X interferometer are provided corresponding to these moving mirrors.
  • these are typically the moving mirror 52R and the reticle interferometer 54R.
  • the end surface of the reticle stage RST may be mirror-finished to form a reflection surface (corresponding to the reflection surface of the above-described X movable mirror and Y movable mirror).
  • at least one corner cube type mirror (for example, a retro-reflector) is used instead of the reflecting surface extending in the X-axis direction used for detecting the position of the reticle stage RST in the scanning direction (Y-axis direction in the present embodiment).
  • the reticle Y interferometer is a two-axis interferometer having two measurement axes, and the reticle stage RST is controlled based on the measurement value of the reticle Y interferometer.
  • rotation in the direction of rotation about the Z axis ((z direction) can be measured.
  • Position information (or speed information) of reticle stage RST from reticle interferometer 54R is sent to stage control device 70 and to main control device 50 via this.
  • Stage control device 70 controls the movement of reticle stage RST via reticle stage drive system 56R based on an instruction from main controller 50.
  • the projection optical system PL is arranged below the reticle stage RST in FIG. 1 with the direction of the optical axis AX being the Z-axis direction.
  • the projection optics PL here is telecentric on both sides.
  • a refraction optical system including a plurality of lens elements arranged at predetermined intervals along the optical axis AX direction is used.
  • the projection magnification of the projection optical system PL is, for example, 1Z4 or 1Z5. For this reason, when the illumination light IL from the illumination system 10 illuminates the slit-shaped or arc-shaped illumination area (defined by the reticle plumbing described above) that extends elongated in the X-axis direction on the reticle R, the reticle R is illuminated.
  • the reduced image (partially inverted image) of the circuit pattern in the illumination area is formed via the projection optical system PL on the wafer W on the surface of which the photoresist (photosensitive agent) is applied. It is formed in a projection area (hereinafter, also referred to as an “exposure area”) of the illumination light IL conjugate to the illumination area.
  • the wafer stage WST includes an XY stage 42 and a Z tilt stage 38 that constitutes at least a part of a moving body mounted on the XY stage 42.
  • the XY stage 42 is supported above the upper surface of the wafer stage base 16 by an air bearing (not shown) through a clearance of, for example, about several / zm, and constitutes a linear drive (not shown) constituting a wafer stage drive system 56W.
  • a linear drive (not shown) constituting a wafer stage drive system 56W.
  • Two-dimensional driving is possible in the Y-axis direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1), which is the scanning direction, and the X-axis direction (the left-right direction in the paper surface in FIG. 1), which is perpendicular to the scanning direction, by a motor or the like.
  • the Z tilt stage 38 is supported at three points on the XY stage 42 by three Z position driving systems 27A, 27B, 27C (however, the Z position driving system 27C on the back side of the drawing is not shown).
  • These Z position drive systems 27A to 27C are three actuators (for example, voice coil motors, etc.) that independently drive the respective support points on the lower surface of the Z tilt stage 38 in the optical axis direction (Z axis direction) of the projection optical system PL. 21A, 21B, 21C (However, actuators 21C on the back side of the paper are not shown) and the amount of drive (displacement of reference position force) of each support point by each of these actuators 21A, 21B, 21C.
  • Encoders 23A to 23C for detection (however, the encoder 23C on the back side of the drawing is not shown).
  • the encoders 23A to 23C for example, a linear encoder of an optical type or a capacitance type can be used.
  • the Z tilt stage 38 is inclined by the actuators 21A to 21C with respect to the optical axis AX direction (Z axis direction) and a plane orthogonal to the optical axis (XY plane), that is, the rotation direction around the X axis.
  • At least a part of the driving device that drives in the 0X direction, which is the rotation direction around the Y axis, and the 0y direction, which is the rotation direction around the Y axis, is configured.
  • the Z-axis drive amount (displacement amount of the reference point force) of each support point by the Z-position drive system 27A to 27C of the Z tilt stage 38 measured at 23C is the stage control device 70 and the main control device via this. Supplied to 50.
  • a movable mirror 52W is fixed on the Z tilt stage 38, and is moved by a wafer laser interferometer (hereinafter, referred to as “wafer interferometer”) 54W disposed outside through the movable mirror.
  • the position of the tilt stage 38 (wafer stage WST) in the XY plane is constantly detected with a resolution of, for example, about 0.5 to lnm.
  • a Y moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the Y axis direction which is the scanning direction at the time of scanning exposure is perpendicular to the X axis direction which is the non-scanning direction.
  • An X-moving mirror having a reflecting surface is provided, and correspondingly, the wafer interferometer is also provided with an X-laser interferometer for X-axis position measurement and a Y-laser interferometer for Y-axis position measurement.
  • Figure 1 These are typically shown as a moving mirror 52W and a wafer interferometer 54W.
  • the end surface of the Z tilt stage 38 may be mirror-finished to form a reflection surface (corresponding to the reflection surface of the above-described X movable mirror and Y movable mirror).
  • the X laser interferometer and the Y laser interferometer are multi-axis interferometers having a plurality of measurement axes, and in addition to the X and Y positions of the wafer stage WST, rotation (e.g., rotation around the Z axis). Rotation), pitching ( ⁇ X rotation around the X axis), and rolling ( ⁇ y rotation around the Y axis)).
  • the multi-axis interferometer is tilted by 45 ° and irradiates a laser beam onto a reflection surface installed on a gantry (not shown) on which the projection optical system PL is mounted via a reflection surface installed on the tilt stage 38.
  • relative position information in the optical axis direction (Z-axis direction) of the projection optical system PL may be detected.
  • Position information (or speed information) of wafer stage WST is supplied to stage controller 70 and main controller 50 via the same.
  • Stage control device 70 controls the position of wafer stage WST in the XY plane via wafer stage drive system 56W in accordance with an instruction from main control device 50.
  • a wafer holder 25 is provided on the Z tilt stage 38, and the wafer holder 25 is mounted with a wafer holder 25 and fixed by vacuum suction (or electrostatic suction) by the wafer holder 25. Has been.
  • an aerial image measuring device 59 used for measuring the optical characteristics of the projection optical system PL is arranged inside the Z tilt stage 38.
  • the configuration of the aerial image measurement device 59 will be described in detail.
  • the aerial image measurement device 59 includes components inside the stage provided on the Z tilt stage 38, that is, a slit plate 190, a lens 84, mirrors 88 and 90 for bending the optical path, and a light transmission lens 86, An external stage component provided outside the wafer stage WST, that is, a light receiving lens 89, an optical sensor 24 also having a photoelectric conversion element power, and the like are provided.
  • the slit plate 190 is closed by a cylindrical projection 58 protruding from the upper surface of the Z tilt stage 38 so as to close the upper opening. It is fixed at.
  • the upper surface of the slit plate 190 is in such a state that it is located on substantially the same plane as the surface of the wafer W attracted to the wafer holder 25 (is flush).
  • the slit plate 190 excludes a circular light-receiving glass 82 made of synthetic quartz, fluorite, or the like, which has a good transmission of the illumination light IL having a wavelength of 193 nm, and a circular region at the center of the upper surface of the light-receiving glass 82.
  • It has a reflection film 83 formed as a light-shielding film made of a thin film of metal such as aluminum formed on a portion thereof, and a light-shielding film 91 made of a chromium thin film formed in the circular region.
  • the reflective film 83 is, for example, a substantially rectangular shape having a length in the Y-axis direction of 50 mm and a length in the X-axis direction of 30 mm.
  • the central light-shielding film 91 has a diameter of, for example, about 4.5 mm. Has become.
  • a slit-shaped opening pattern 122 having a predetermined width and extending in the Y-axis direction (hereinafter, abbreviated as “slit” as appropriate) 122 is formed by a pattern jung.
  • the predetermined width is, for example, 0.2 m.
  • a lens 84 and a bending mirror 88 are sequentially arranged below the above-described opening pattern 122.
  • the folding mirror 88 is inclined at 45 °.
  • the illumination light IL (image light flux) incident vertically downward (-Z direction) through the aperture pattern 122 and the light receiving glass 82 passes through the lens 84 and is bent by the bending mirror 88 so that its optical path is in the + X direction. Folded 90 ° toward. Behind the optical path of the illumination light IL bent by the bending mirror 88, the light path further extends.
  • a mirror 90 is provided to bend the mirror 90 ° vertically (+ Z direction), and the illumination light IL is applied to the upper wall of the Z tilt stage 38 located behind the optical path of the illumination light IL bent by the mirror 90.
  • a light-sending lens 86 for sending out of the Z-tilt stage 38 is fixed.
  • a light receiving lens 89 having a larger diameter than the light transmitting lens 86 is arranged on the optical path of the illumination light IL sent out of the Z tilt stage 38 by the light transmitting lens 86.
  • the optical sensor 24 is disposed above the light receiving lens 89.
  • the light receiving lens 89 and the optical sensor 24 are housed in a case 92 while maintaining a predetermined positional relationship, and the case 92 is fixed to a side surface of a barrel of the projection optical system PL via an attachment member 93.
  • a light receiver 94 includes the light receiving lens 89, the optical sensor 24, and the case 92.
  • a photoelectric conversion element capable of detecting weak light with high accuracy, for example, a photomultiplier tube (PMT, photomultiplier tube) or the like is used.
  • the output signal of the optical sensor 24 is sent to the signal processing device 80 shown in FIG.
  • the signal processing device 80 includes, for example, an amplifier, an AZD converter (a device having a resolution of 16 bits is usually used), and the like.
  • the output from the signal processing device 80 is sent to the main control device 50.
  • the aerial image measurement device 59 configured as described above, for example, when measuring an image (aerial image) of a measurement mark formed on a measurement reticle or the like described below by the projection optical system PL,
  • the illumination light IL transmitted through the aperture pattern 122 on the slit plate 190 is transmitted through the lens 84, the mirrors 88 and 90, It is led out of the Z tilt stage 38 via the lens 86.
  • the light led out of the Z tilt stage 38 is received by the light receiver 94 (more precisely, the light sensor 24), and the photoelectric conversion signal corresponding to the amount of light received from the light sensor 24 of the light receiver 94. (Light amount signal) P is supplied to the signal processing device 80.
  • the size of each lens and mirror is adjusted so that all the illumination light from the light transmission lens 86 that moves within a predetermined range enters the light receiver 94. Is set.
  • the heat generation of the optical sensor 24 does not adversely affect the measurement accuracy and the like of the wafer interferometer 54W.
  • the driving accuracy of the Z tilt stage 38 is limited as in the case where the outside and the inside of the Z tilt stage 38 are connected by a light guide. No negative effects.
  • the optical sensor 24 may be provided inside the Z tilt stage 38.
  • an off-axis alignment system ALG for detecting an alignment mark (alignment mark) on the wafer W or a reference mark serving as a reference for position control is provided.
  • the alignment system ALG includes an alignment light source (such as a halogen lamp that emits broadband illumination light), an optical system, an index plate on which index marks are formed, and an image sensor (CCD).
  • An alignment sensor of a so-called FIA (Field Image Alignment) type image processing system is used.
  • the imaging signal of the alignment type ALG is sent to an alignment control device (not shown). In the alignment control device, an alignment mark (corresponding to the center of the above-described index mark) of the alignment type is detected.
  • the position information of the reference mark is output to the main controller 50.
  • main controller 50 based on the position information and the position information of wafer stage WST, which is the output of wafer interferometer 54W at that time, is defined by the length measurement axis of wafer interferometer 54W. The position coordinates of the alignment mark on the stage coordinate system are calculated.
  • At least one detection device for detecting the position of wafer W in the direction of optical axis AX including irradiation system 60a and light receiving system 60b.
  • An oblique incidence type multi-point focal position detection system (60a, 60b) is provided.
  • the irradiation system 60a has a light source whose on / off is controlled by the main controller 50, and is used to form images of a large number of pinholes or slits toward the image plane of the projection optical system PL.
  • the light beam is applied to the surface of the wafer W obliquely with respect to the optical axis AX.
  • the light receiving system 60b converts the reflected light beams generated by the light beams reflected by the ueno and W surfaces.
  • the main controller 50 receives the light and transmits a defocus signal (defocus signal) for detecting a defocus, for example, an S-curve signal.
  • defocus signal defocus signal
  • the detailed configuration of the multipoint focal position detection system (60a, 60b) and the similar multipoint focal position detection system are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-283403 and US Pat. No. 332, etc. To the extent permitted by national law in the designated country (or selected elected country) specified in the international application, the disclosures in the above-mentioned publications and corresponding US patents are incorporated herein by reference.
  • a standard corresponding to a reticle mark on reticle R is provided above reticle R via projection optical system PL.
  • a pair of reticle alignment detection systems that also use a TTR (through the reticle) alignment system that uses light of the exposure wavelength to simultaneously observe the reference mark on the mark plate are provided at a predetermined distance in the X-axis direction.
  • these reticle alignment detection systems those having the same configuration as those disclosed in, for example, JP-A-7-176468 and corresponding US Pat. No. 5,646,413 are used.
  • the disclosures in the above publications and corresponding US patents are incorporated herein by reference.
  • the control system mainly includes a main controller 50 including a workstation (or a microcomputer), and includes a stage controller 70, a signal processor 80, and the like under the control of the main controller 50. Including.
  • step 202 the subroutine for pre-measurement is executed.
  • the measurement reticle Rm shown in FIG. 2 is loaded onto the reticle stage RST via a reticle header (not shown).
  • a predetermined pattern area is formed on the pattern surface of the measurement reticle Rm, and inside the pattern area, a measurement mark PM that also includes, for example, an open loop pattern formed in a part of the chromium layer.
  • the measurement mark PM is a mark made of an isolated line having a predetermined line width (for example, about 0.2 m) with the Y-axis direction as a longitudinal direction.
  • a predetermined measurement point here, the center of the field of view of the projection optical system PL, ie, light Adjust the position of the reticle stage RST so that the measurement mark PM on the measurement reticle Rm is positioned at the measurement point on the axis.
  • the position adjustment of the reticle stage RST is performed by, for example, a pair of reticle stages formed at left and right symmetric positions with respect to a linear reticle center in the non-scanning direction passing through the center (reticle center) of the pattern area on the measurement reticle Rm.
  • the reticle alignment marks can be simultaneously detected using the pair of reticle alignment detection systems described above, and can be performed based on the detection results.
  • the reticle plant in the illumination system 10 is adjusted so that the illumination light IL is irradiated only to the portion of the measurement mark PM (the portion of the chromium layer on which the measurement mark PM is formed).
  • Drive control to define (limit) the illumination area.
  • the Z tilt stage 38 is set so that the height position on the surface of the slit plate 190, that is, the position in the Z-axis direction (hereinafter, abbreviated as “Z position”) becomes a predetermined initial position. Is adjusted via the stage controller 70.
  • the ⁇ initial position '' is, for example, when the exposure apparatus is started up, or when the previously detected best focus position has been erased due to initialization of the apparatus, etc. Position).
  • the data of the detection result of the best focus position performed last time is stored in the memory or the like in main controller 50 which is not erased, the best focus position which is the data of the detection result is stored. Shall be adopted.
  • aerial image measurement of measurement mark PM by horizontal scanning is performed.
  • the measurement mark PM of the measurement reticle Rm placed on the reticle stage RST is illuminated by the illumination light IL from the illumination system 10 while the measurement mark PM is projected by the projection optical system PL.
  • the stage controller 70 and the stage controller 70 are arranged so that the slit 122 of the slit plate 190 is scanned in a predetermined measurement direction, in this case, the X-axis direction, near the image plane of the projection optical system PL.
  • the Z tilt stage 38 is driven to scan in the X-axis direction via the wafer stage drive system 56W, and the output signal from the optical sensor 24 input via the signal processing device 80 during the scan drive and the stage control device 70
  • the information of the position (X position) of the Z tilt stage 38 in the X-axis direction (X position) input via the Aerial image profile) ie, measure the aerial image.
  • gain setting (ie, sensor calibration) of the optical sensor 24 is performed based on the intensity signal of the aerial image acquired in step 310. That is, since the measurement mark PM is also a mark having an isolated linear force, if the Z position force of the slit plate 190 and the best focus position force are too far apart, the output signal from the optical sensor 24 may not be obtained. There is a certain force.
  • the gain adjustment of the optical sensor 24 here means that the intensity of the aerial image at the best focus position is maximized, and that the illumination light IL is received even at this best focus position.
  • the output signal of the optical sensor 24 to be output is not saturated (that is, the intensity of the illumination light IL does not exceed the performance limit of the optical sensor 24), and an AZD converter that takes in the signal is used.
  • the maximum value of the intensity of the illumination light IL received by the optical sensor 24 at the best focus position is determined by the line width of the measurement mark PM. From the maximum value of the predicted illumination light IL thus, an appropriate circuit gain can be set so that the photoelectric conversion signal and the voltage do not saturate.
  • step 314 it is determined whether or not an appropriate gain has been set in the above step 312, and if this determination is denied, the flow shifts to step 316 to return to the Z position of the slit plate 190. Is changed in accordance with a predetermined change procedure, and after the change, the process returns to step 310, and thereafter the processing (including the judgment) in the loop of steps 310 ⁇ 312 ⁇ 314 ⁇ 316 is performed until the judgment in step 314 is affirmed. Repeat.
  • the change of the Z position of the slit plate 190 in the above step 316 can be performed, for example, on the following Tagawa page.
  • the depth of focus is small. If the value of ⁇ ⁇ (step 'pitch) is too large, for example, at the first change stage, the ⁇ position force of the slit plate 190 (aperture pattern 122) will be out of the range of the depth of focus (the best focus position It is conceivable that the value is somewhat small, for example, a value of about 0.2 to 0.5 m.
  • step 314 when the determination in step 314 is affirmed, that is, when the gain setting of the optical sensor 24 was possible from the beginning, or after the Z position of the slit plate 190 was changed, the gain setting of the optical sensor 24 was performed. If it becomes possible to proceed to step 318, the Z position of the slit plate 190 in the state after setting the gain and obtaining the information used for the gain setting Then, similarly to step 310 described above, aerial image measurement of the measurement mark by horizontal scanning is performed.
  • the projection position (X position) of the measurement mark PM is detected based on the intensity signal (aerial image profile) of the image (aerial image) of the measurement mark PM obtained in the step 318. I do.
  • the measurement direction at the midpoint of the two intersections between the aerial image profile of the measurement mark PM (this aerial image profile has a mountain shape such as P1 to P7 in FIG. 5) and a predetermined slice level
  • the coordinate position (X position) can be used as the projection position of the measurement mark PM.
  • the intensity signal (aerial image profile) of the image (aerial image) of the measurement mark PM obtained by the aerial image measurement in the step 318 is a force that satisfies a predetermined threshold condition. Determine whether or not.
  • This threshold condition is a condition for confirming whether the current Z position force of the slit plate 190 is close enough to the best focus position of the projection optical system PL to be sufficient as a movement center in the Z scan measurement described later. is there.
  • the Z scan in the present embodiment is a measurement operation performed by the main controller 50, and is an X position between the projection center of the image (aerial image) of the measurement mark PM and the center of the slit 122 of the slit plate 190.
  • the illumination mark IL of the measurement reticle Rm placed on the reticle stage RST is illuminated by the illumination light IL from the illumination system 10.
  • the Z-tilt stage 38 is moved within the predetermined movement range in the optical axis AX direction (Z-axis direction) via the stage control device 70 and the wafer stage drive system 56W while moving, and the multi-point focus position detection system (60a, 60b), the position data in the Z-axis direction of the Z tilt stage 38 and the intensity data of the output signal of the optical sensor 24 input via the signal processing device 80 at predetermined sampling intervals.
  • Get It means an operation.
  • the aerial image profile of the measurement mark obtained by the aerial image measurement by the above-described horizontal scan is shown.
  • Symbols P1 to P7, and the lower half of FIG. 5 shows the intensity of the illumination light IL transmitted through the slit 122 with respect to the Z position of the slit plate 190 obtained by the Z scan measurement (hereinafter, referred to as “ Curve (abbreviated as “slit transmitted light intensity”) (a curve in which the points corresponding to the slit transmitted light intensity at each z position are plotted on a coordinate system whose horizontal axis is the z position).
  • the aerial image profile P4 indicates the aerial image profile when the slit plate 190 is at the best focus position.
  • the aerial image profile has the largest peak value of the image intensity distribution and the greater the slit transmitted light intensity. I can say.
  • a condition is set as to whether or not the peak value force of the image intensity distribution in the aerial image profile acquired in step 318 exceeds a predetermined threshold value. be able to.
  • the interval between two intersections between each of the aerial image profiles P1 to P7 and a predetermined slice level is defined as the line width of the aerial image (mark image)
  • the Z position force of the slit plate 190 The closer to the best focus position, the thinner (smaller). Therefore, as a threshold condition in step 322, a condition that the aerial image opening file force acquired in step 318 and the line width force of the obtained mark image are smaller than a predetermined threshold is set. Is also good.
  • the line width of a resist image obtained after transferring a pattern to a photoresist on a wafer and developing the wafer is determined by the distance between two intersections between the aerial image profile of the pattern and a predetermined slice level. It is known that they agree with each other. From this point, it can be said that the above definition of the line width is a correct definition.
  • the reason for determining whether or not the force satisfies the above-described threshold condition after the mark position detection in step 320 is also due to the following force.
  • the signal intensity is gently changing.
  • the projection position (mark position) of the measurement mark PM is calculated from the aerial image profile (signal waveform)
  • the calculation accuracy of the projection position of the measurement mark PM becomes insufficient.
  • the aerial image profile obtained by aerial image measurement by horizontal scanning at the defocused Z position has more asymmetry in the aerial image profile due to the influence of the difference. Effect of asymmetry
  • the position deceived by is calculated as the projection position (mark position) of the measurement mark PM.
  • this mark position projection center of the measurement mark PM
  • this position is made to coincide with the slit center of the slit plate 190, and the Z scan measurement described above is performed.
  • the change curve of the slit transmitted light intensity obtained is positive U, the change curve (mark position calculated based on the aerial image profile without asymmetry). (The change curve when the above-described Z-scan measurement is performed later). This point will be further described later.
  • the mark position calculated based on the aerial image profile obtained by the aerial image measurement by the horizontal scan at the defocused Z position lacks reliability. By determining whether or not the force satisfies the above threshold condition, it is confirmed that the calculated mark position has sufficient reliability.
  • step 322 If the determination in step 322 is denied, the process returns to step 316, changes the Z position of the slit plate 190 according to the above-described procedure, and performs the processing (including the determination) in step 310 and subsequent steps. Is repeated until the determination in step 322 is affirmed.
  • step 322 determines whether the aerial image profile of the measurement mark acquired in step 320 satisfies the above-described threshold condition. If the determination in step 322 is affirmative, that is, if the aerial image profile of the measurement mark acquired in step 320 satisfies the above-described threshold condition, the preliminary measurement subroutine 202 in FIG. Then, the process returns to step 204 of the main routine in FIG.
  • the gain setting of the optical sensor 24 is appropriately performed, and the detection of the moving center at the time of the Z scan measurement performed later is completed, and the Z position of the surface of the slit plate 190 is provided at the moving center. Is set.
  • the slit plate 190 is positioned in the XY plane based on the mark position calculated (detected) in step 320 described above.
  • the positioning is performed as follows. That is, at this stage, since the Y position of the slit plate 190 is almost set at the position where the image (aerial image) of the measurement mark PM is formed, it is sufficient to adjust only the X position of the slit plate 190. Therefore, the stage control device 70 and the wafer stage are adjusted so that the X position of the projection center of the image of the measurement mark PM substantially matches the X position of the center of the slit 122 of the slit plate 190.
  • the projection center of the image of the measurement mark ⁇ and the center of the slit 122 at least coincide with each other in the X-axis direction.
  • the deviation of the change curve of the slit transmitted light intensity indicated by the solid line from the change curve of the slit transmitted light intensity indicated by the dotted line indicates that the larger the aberration of the projection optical system is, the more the position of the mark position is changed.
  • the above-mentioned ⁇ scan measurement is performed while maintaining the above-mentioned positioning state in the ⁇ plane of the slit plate 190. That is, main controller 50 sets tilt stage 38 in the plane so that the X position of the projection center of the image (spatial image) of measurement mark ⁇ ⁇ and the center of slit 122 of slit plate 190 coincide.
  • the stage control device 70 and the wafer stage drive system 56W are illuminated by the illumination light IL from the illumination system 10 while illuminating the measurement mark PM of the measurement reticle Rm mounted on the reticle stage RST.
  • the Z-tilt stage 38 is moved in the optical axis AX direction (Z-axis direction) within a predetermined movement range, and the Z-tilt stage obtained based on the output of the multipoint focus position detection system (60a, 60b) during the movement.
  • the position data in the Z-axis direction of the edge 38 and the intensity data of the output signal of the optical sensor 24 input via the signal processing device 80 are acquired at a predetermined sampling interval.
  • the Z position of the surface of the slit plate 190 set at the time of the positioning in the above step 204 (that is, the Z position set at the stage where the above-described pre-measurement is completed) is set as the movement center.
  • the output of the multipoint focal position detection system (60a, 60b) it moves within a range of a predetermined width around the movement center.
  • FIG. 7 (A) shows the relationship between the Z position obtained in the Z-scan measurement and the intensity of transmitted slit light.
  • Fig. 7 (A) when the Z scan measurement is performed in a predetermined range A centered on the Z position where the intensity of the slit transmitted light is maximum, the slit transmission having a bilaterally symmetrical chevron shape is obtained. A change curve of light intensity can be obtained.
  • the Z-scan measurement is performed in the predetermined range B or C centered on the position at which the slit transmitted light intensity becomes the maximum, the change curve of the slit transmitted light intensity having a bilaterally asymmetrical mountain shape is obtained. You will get.
  • FIG. 7 (B) The force that results in the change curve of the slit transmitted light intensity as shown in the change curve in Fig. 7 (B) .
  • the midpoint of the two intersections of this change curve and the slice level is obtained.
  • the best focus position is calculated. It becomes difficult.
  • a position near the best focus position where the intensity of the slit transmitted light is maximized is set as the movement center of the slit plate 190 in the above-described pre-measurement stage.
  • the Z-tilt stage 38 is determined such that the Z-position should be determined and the slit plate 190 is moved in the Z-axis direction within a range of a predetermined width around the center of movement of the bracket.
  • the sampling interval is set to, for example, 4 k, which is the same as the oscillation frequency (repetition frequency) of the light source (excimer laser) in the illumination system 10.
  • a sampling interval of Hz can be employed.
  • the range of the predetermined width centered on the movement center is set to the range of, for example, 4 ⁇ m
  • the very range of 4 [/ ⁇ ] ⁇ 8 [/ ⁇ mZsec] 0.5 [sec] is obtained. Measurement can be performed in a short time.
  • the best focus of the projection optical system is determined based on the plurality of position data acquired at the predetermined sampling interval and the plurality of intensity data acquired at the predetermined sampling interval in the above step 206. Calculate the position.
  • smoothing of at least one of the plurality of position data and the plurality of intensity data is performed at least once using a moving average, and the position data and the intensity data after the smoothing are used to form the pattern plate 190 using the respective data.
  • a change curve of the intensity of the illumination light IL with respect to the Z position is calculated, and a best focus position is calculated based on the change curve.
  • the illumination light IL is transmitted through the slit 122.
  • the output characteristic of the photoelectric conversion signal of the optical sensor 24 of the light receiver 94 that receives the light via the light receiver 94 has a sawtooth waveform as shown in FIG. 8A.
  • noise components are included in the output signals of the multi-point focal position detection systems (60a, 60b), which sense the position (focus position) of the slit plate 190 in the Z-axis direction by the multi-point focal position detection systems (60a, 60b).
  • the output characteristics of the multipoint focal position detection system (60a, 60b) have, for example, a waveform as shown in FIG. 9 (A).
  • the light intensity change curve has a waveform as shown in FIG. 10 (A) as an example. With the waveform shown in FIG. 10 (A), it is difficult to calculate the best focus position based on the waveform. Therefore, in the Z-scan measurement in which it is necessary to remove the noise component by smoothing the waveform as shown in FIG. 10 (A), the positional force of the slit plate 190 during the measurement Since the camera constantly moves in the direction, noise components cannot be removed by ordinary averaging of position data and intensity data at a certain focus position. Therefore, in the present embodiment, a moving average is performed on at least one of the position data and the intensity data for each predetermined score according to the amount of change in the focus position.
  • the photoelectric conversion signal waveform from the optical sensor 24 is smoothed as shown in FIG. 8B, and the output from the multipoint focal position detection system (60a, 60b)
  • the signal waveform is smoothed as shown in FIG. 9 (B), and as a result, the change curve of the slit transmitted light intensity becomes a waveform as shown in FIG. 10 (B).
  • FIG. 10 (B) and FIG. 10 (A) the waveform shown in FIG. 10 (A) is smoothed as shown in FIG. I understand.
  • the averaging points of the moving average are calculated based on the photoelectric conversion signal from the optical sensor 24 and the noise component included in the output signals from the multipoint position focus detection system (60a, 60b). Each is determined based on the frequency of the “characteristic noise”. For example, as described above, when the light source (excimer laser) is pulse-emitted at a frequency of 4 kHz and the aerial image intensity is sampled at each emission timing of the excimer laser, if the characteristic noise frequency is 100 Hz, The moving average shall be calculated for every 40 points, which is the value obtained by dividing the sampling frequency of 4 kHz by the characteristic noise frequency of 100 Hz.
  • this moving average may be repeated two or more times (a plurality of times). If there are a plurality of characteristic noise components, the moving average according to the frequency of each noise component is calculated as a noise average. The same number of times as the number of characteristic noise components may be performed for each component.
  • FIG. 10 (C) shows a change curve (signal waveform) of the slit transmitted light intensity after the moving average is repeated a plurality of times. In the waveform of FIG. 10 (C), it can be seen that the influence of the noise component is reduced as compared with the waveform of FIG. 10 (B) in which the moving average is performed only once.
  • the best focus position of the projection optical system PL is calculated as follows based on the change curve (signal waveform) of the slit transmitted light intensity obtained after the above moving average.
  • projection optics is performed by the above-described slicing method using one or more slice levels.
  • FIG. 11 shows the midpoints ma to mf calculated for each of the six slice levels SLa to SLf.
  • the average value Z of the Z positions of the middle points ma to mf is calculated as the best focus avg of the projection optical system PL.
  • the slice level (SLa to SLf) is near the vertex of the change curve of the slit transmitted light intensity.
  • the tail avoid the slit transmission light intensity change curve where the ratio of the slit transmission light intensity change to the Z position change between them is large, within the range that intersects with the slit transmission light intensity change curve. It is desirable to set. The reason is that the ratio of the noise component included in the change curve of the slit transmitted light intensity increases near the best focus position, and since the noise component is dominant in the intensity data in this portion, it is desirable to avoid this. Also, the intensity value is too small at the foot of the change curve of the slit transmitted light intensity.
  • main controller 50 unloads measurement reticle Rm from reticle stage RST via a reticle transport system (not shown).
  • the main controller 50 controls the multi-point focal position detection system (60a, 60b) based on the best focus position Z obtained as described above. Adjustment!
  • the respective units are controlled by the main controller 50 in the same procedure as in a normal scanning stepper, and the reticle loading is performed. , Wafer loading, reticle alignment and alignment system Baseline measurement of ALG, and wafer alignment such as EGA.
  • each unit is controlled by main controller 50 in the following manner, step-and-scan exposure is performed, and the pattern of reticle R is applied to a plurality of shot areas on wafer W. Transcribed.
  • main controller 50 outputs interferometers 54W and 54R based on the arrangement information of each shot area on wafer W obtained as a result of wafer alignment and the baseline of alignment system ALG. While monitoring the position information, the Z tilt stage 38 (wafer stage WST) is moved to the scanning start position (acceleration start position) for exposure of the first shot area of the wafer W, and the reticle stage RST is moved to the scanning start position (acceleration start position). After moving to the acceleration start position), relative scanning in the Y-axis direction of both stages RST and WST is started.
  • both stages RST and WST reach a predetermined scanning speed and reach a constant speed synchronization state
  • the pattern area of reticle R starts to be illuminated by illumination light IL from illumination system 10, and the first shot area Scanning exposure is started.
  • different areas of the pattern area of the reticle R are sequentially illuminated with the illumination light IL, and the illumination of the entire pattern area is completed, thereby completing the scanning exposure of the first shot area on the wafer W.
  • the reticle-scale circuit pattern is reduced and transferred to the first shot area via the projection optical system PL.
  • main controller 50 determines that the moving speed Vr of reticle stage RST in the Y-axis direction and the moving speed Vw of wafer stage WST in the Y-axis direction are the projection magnification of projection optical system PL.
  • the reticle stage RST and the wafer stage WST are synchronously controlled via the stage control device 70 so that the speed ratio is maintained in accordance with the speed ratio. Further, during the above-described scanning exposure, the main controller 50 performs adjustment based on the detected best focus position Z described above.
  • the position of the wafer W in the optical axis AX direction of the projection optical system PL and the XY position By adjusting the tilt with respect to the plane (that is, rotation in the ⁇ ⁇ , 0y direction), the image plane (best image plane) of the projection optical system PL and the wafer can be adjusted within the exposure area that is the irradiation area of the illumination light IL. Focus' leveling control that substantially matches the surface of W is performed.
  • main controller 50 moves wafer stage WST to a scanning start position (acceleration start position) for exposure of the next second shot area.
  • the stepping operation between shots to be moved is performed, and the scanning exposure for the second shot area is performed in the same manner as described above.
  • main controller 50 repeats the above-described stepping operation between shots and the scanning exposure operation on the shot area, and reticles the entire shot area on wafer W in a step-and-scan manner.
  • the R pattern is transferred.
  • the adjustment of the multipoint focus position detection system (60a, 60b) is performed based on the previously detected best focus position of the projection optical system, and during the scanning exposure, the adjustment after this adjustment is performed.
  • the focus / leveling control of the wafer W is performed using the multi-point focal position detection system (60a, 60b).
  • the present invention is not limited to this, and the best focus position of the projection optical system detected earlier is used.
  • the detection offset value of the multipoint focal position detection system (60a, 60b) is determined in advance, and during scanning exposure, this detection offset value and the output of the multipoint focal position detection system (60a, 60b) are combined. It is good to perform focus and leveling control of wafer W while taking into account ,.
  • the slit plate 190 is scanned in the X-axis direction with respect to the image (spatial image) of the measurement mark PM by the projection optical system PL, and the illumination light IL is received through the slit 122 during the scan, thereby obtaining the measurement mark PM. Detects the position information of the PM image in the X-axis direction.
  • the slit plate 190 is moved in the Z direction while illuminating the measurement mark PM with the illumination light IL. Scanning in the axial direction, position data and intensity data of the illumination light IL (slit transmitted light) transmitted through the slit 122 are acquired at predetermined sampling intervals, and the acquired plural position data and the plural slit transmitted light The best focus position of the projection optical system PL is calculated based on the intensity data. In this case, while continuously moving the slit plate 190 in the optical axis direction (Z direction). The above data can be obtained from the above.
  • the combination of allows acquisition of data for calculating the best focus position of the projection optical system PL. Therefore, as in the above-described conventional example, it is not necessary to change the slit plate 190 (pattern plate) to a number of positions in the optical axis direction, and it is not necessary to scan the slit plate 190 at each position. Can be shortened. Further, by setting the sampling interval as finely as possible, a large amount of data can be acquired, and therefore, it is expected that the detection accuracy (detection resolution) of the best focus position is improved.
  • the best focus detection method of the present invention is used to detect the best focus position of the projection optical system PL, and the projection is performed using the detection result.
  • the position of the wafer W in the optical axis direction of the optical system PL is adjusted, and the pattern formed on the reticle R is transferred onto the wafer W whose position in the optical axis direction has been adjusted via the projection optical system PL. Therefore, since the detection of the best focus position is performed in a short time, it is possible to improve the throughput of all the processes including the detection of the best focus position and the exposure process.
  • the detection accuracy of the best focus position of the projection optical system PL can be improved as described above, as a result, a pattern with almost no exposure failure due to defocus can be transferred onto the wafer W with high accuracy. It is possible.
  • the best focus position is calculated from the optical sensor 24 of the light receiver 94. It is possible to detect the best focus position with high accuracy without being affected by the noise component included in the photoelectric conversion signal and the noise component included in the signal from the multi-point focal position detection system (60a, 60b). It becomes possible.
  • the calculation of the best focus position of the change curve force of the slit transmitted light intensity is close to the maximum level of the slit transmitted light intensity containing many noise components, and the slit transmitted light intensity is small! / Since the calculation is based on the midpoint of the two intersections between the slice level set in the region excluding the vicinity of the level and the change curve of the slit transmitted light intensity, the best focus position can be accurately detected. Further, in the present embodiment, a plurality of slice levels are set, and an intersection force between each slice level and a change curve of the slit transmitted light intensity is determined. The position can be accurately detected.
  • the gain of the optical sensor 24 is adjusted, and after it is determined that an appropriate gain has been set, the best focus position is detected. Therefore, it is possible to detect the best focus position with higher accuracy.
  • the gain setting force of the optical sensor 24 is also performed again after the Z position of the slit plate 190 is changed. It is possible to perform highly accurate gain setting based on the aerial image measurement result at the position near the focus position!
  • the Z position of the wafer is determined using the focus position detection system (60a, 60b) adjusted or calibrated based on the detection result of the best focus position.
  • the present invention is not limited to this, and the following method may be adopted.
  • the slit V is transmitted through the measurement mark PM. Measurement of light intensity and detection of the best focus position of the projection optical system PL are repeatedly performed. When measuring the best focus position at the second and subsequent evaluation points, the slit transmitted light intensity is measured while scanning in the Z direction with the best focus position determined so far as the center.
  • the image plane shape (or field curvature) of the projection optical system PL is calculated.
  • the image plane inclination may be calculated together.
  • the exposure is performed using the projection optical system PL whose imaging characteristics have been adjusted based on the calculated field curvature, and the image plane tilt is calculated.
  • the tilt of the wafer W may be adjusted in accordance with the tilt of the image plane.
  • the maximum value of the intensity signal (aerial image profile) of the image (aerial image) of the measurement mark PM acquired by the aerial image measurement is set as the threshold condition in step 322 of FIG. And the line width of the image (aerial image) must be smaller than a predetermined threshold.
  • the threshold condition that the present invention is not limited to is as follows. It may be that the contrast of the intensity signal of the image (aerial image) exceeds a predetermined threshold. Alternatively, as the threshold condition, the maximum value of the intensity signal (aerial image profile) of the mark image (aerial image) exceeds a predetermined threshold, and the contrast of the intensity signal of the mark image (aerial image) exceeds the predetermined threshold. And that the line width of the mark image (aerial image) is smaller than a predetermined threshold value.
  • the gain setting force of the optical sensor 24 is also set in the pre-measurement subroutine.
  • the present invention is not limited to this. May be.
  • a plurality of slice levels as shown in FIG. 11 are used, and the intersection force between each slice level and the curve of the change in the slit transmitted light intensity is used.
  • the present invention is not limited to this.
  • One slice level is set and measurement is performed using the slice level.
  • the best focus position can be set as the best value.
  • the measurement reticle Rm on which the mark was formed was used, but the present invention is not limited to this.
  • the measurement mark PM may be provided in a part.
  • a reference mark plate may be provided on reticle stage RST, and a plurality of measurement marks PM may be formed on the reference mark plate.
  • an isolated pattern is used as the measurement mark PM.
  • the present invention is not limited to this, and may use a line and space pattern.
  • the measurement of the best focus position is generally performed as follows.
  • the slit plate 190 is moved so that the slit 122 is located at the end of the line and space pattern image IAIS in the periodic direction (for example, the X-axis direction). After that, the slit plate 190 is moved in the direction of arrow F, and the image IAIS of the line-and-space pattern is scanned by the slit 122 in a measurement direction parallel to the periodic direction to measure the light intensity. If the number of line and space patterns is an odd number, the center position of the light intensity distribution of the pattern image IAIS is measured.
  • the slit 122 is located at the peak position of the light intensity distribution of the pattern image IAIS, the light intensity detected through the slit 122 is measured. While scanning the slit plate 190 (slit 122) in a direction (Z-axis direction) parallel to the optical axis AX of the projection optical system as indicated by the arrow H, The same measurement as in the case of Z scan measurement is performed.
  • one wafer stage WST is arranged on the image plane side of the projection optical system, a wafer is mounted on this wafer stage WST, and an optical system constituting a part of aerial image measurement device 59
  • the present invention is not limited to this.
  • another stage may be provided in addition to wafer stage WST, and a part of the optical system constituting a part of aerial image measuring device 59 may be arranged on this stage.
  • the force described in the case where ArF excimer laser light (193 nm) is used as the illumination light for exposure is not limited to this.
  • F Laser light 157 nm
  • i-line 365 nm
  • Ar laser light 126 nm
  • High-intensity waves of gas lasers and YAG lasers can be used as illumination light for exposure.
  • a vacuum ultraviolet light a single-wavelength laser beam in the infrared or visible range oscillated by a DFB semiconductor laser or a fiber laser is used, for example, erbium (Er) (or both erbium and ytterbium (Yb)).
  • a harmonic wave amplified by a fiber amplifier doped with and subjected to wavelength conversion to ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used.
  • the illumination light IL of the exposure apparatus is not limited to light having a wavelength of 100 nm or more, and it is needless to say that light having a wavelength of less than 100 nm may be used.
  • EUV Extreme Ultraviolet
  • a soft X-ray region for example, a wavelength region of 5 to 15 nm
  • An EUV exposure apparatus using an all-reflection reduction optical system designed under a wavelength (for example, 13.5 nm) and a reflective mask is being developed.
  • the present invention is also applied to an immersion type exposure apparatus and the like, in which a liquid (for example, pure water or the like) is filled between a projection optical system PL and a wafer, disclosed in, for example, International Publication WO 2004Z053955 pamphlet. be able to.
  • a liquid for example, pure water or the like
  • the present invention is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, but includes a liquid crystal display element and the like.
  • An exposure device that transfers device patterns onto a glass plate used in the manufacture of displays an exposure device that transfers device patterns used on the manufacture of thin-film magnetic heads on a ceramic wafer, and an image sensor (such as a CCD), organic EL,
  • the present invention can also be applied to an exposure apparatus used for manufacturing a micromachine, a DNA chip, and the like.
  • glass substrates or silicon wafers are used to manufacture reticles or masks used in optical exposure equipment, EUV exposure equipment, X-ray exposure equipment, electron beam exposure equipment, etc.
  • the present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern to a substrate.
  • a transmission type reticle is generally used, and a reticle substrate is made of quartz glass, fluorine-doped quartz glass, or fluorescent glass. Stone, magnesium fluoride, quartz or the like is used.
  • a proximity type X-ray exposure device or electron beam exposure device Is a transmission type mask (stencil mask, membrane mask), and a silicon wafer or the like is used as a mask substrate.
  • an illumination optical system and a projection optical system composed of a plurality of lenses are incorporated into an exposure apparatus to perform optical adjustment, and a reticle stage RST and a wafer stage WST, which have a large number of components, are mounted on the body of the exposure apparatus.
  • the exposure apparatus according to the above-described embodiment can be manufactured by connecting the wiring and the pipes to each other, and further performing overall adjustment (electrical adjustment, operation confirmation, and the like). It is desirable that the exposure apparatus be manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
  • the semiconductor device has a step of designing the function and performance of the device, a step of manufacturing a reticle based on the design step, a step of manufacturing a silicon material wafer, and a step of manufacturing a reticle by the exposure apparatus of the above-described embodiment. It is manufactured through the steps of transferring a pattern to a wafer, assembling devices (including dicing, bonding, and knocking processes), and inspecting.
  • the best focus detection method of the present invention is suitable for detecting the best focus position of the projection optical system that forms an image of a pattern arranged on the first surface on the second surface.
  • the exposure method and the exposure apparatus of the present invention are suitable for transferring a pattern formed on a mask onto an object via a projection optical system.

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Abstract

　計測用マスク（Ｒｍ）に設けられた計測用マーク（ＰＭ）の空間像と、Ｚチルトステージ（３８）に設けられたスリット（１２２）のＸ軸方向における中心を一致させ、照明光（ＩＬ）により計測用マークを照明しつつ、スリット（１２２）が形成されたスリット板（１９０）をＺ軸方向に連続的に移動し、その移動中に得られるスリット（１２２）の位置情報と、計測用マーク（ＰＭ）からの照明光（ＩＬ）を投影光学系（ＰＬ）及びスリット（１２２）を介して受光した光センサ（２４）から出力される光電変換信号とに基づき、ベストフォーカス位置を検出する。これにより、投影光学系のベストフォーカス位置を短時間に計測することが可能になる。

Description

明 細 書
ベストフォーカス検出方法及び露光方法、並びに露光装置
技術分野
[0001] 本発明は、ベストフォーカス検出方法及び露光方法、並びに露光装置に係り、更に 詳しくは、投影光学系のベストフォーカス位置を検出するべストフォーカス検出方法 及び該ベストフォーカス検出方法を利用する露光方法、並びに前記べストフォーカス 検出方法の実施に好適な露光装置に関する。
背景技術
[0002] 従来より、半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフイエ程で製造する際 に、フォトマスク又はレチクル (以下、「レチクル」と総称する）のパターンを、投影光学 系を介して表面にフォトレジスト等の感光剤が塗布されたウェハ又はガラスプレート 等の物体 (以下、「ウェハ」と総称する）上に転写する投影露光装置、例えばステップ •アンド ·リピート方式の縮小投影露光装置 ( 、わゆるステツパ)や、ステップ ·アンド'ス キャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるスキャニング'ステツパ (スキャナとも呼 ばれる） )等の逐次移動型の投影露光装置が用いられて 、る。
[0003] この種の投影露光装置を用いて露光を行う際には、デフォーカスに起因する露光 不良の発生を極力抑制するために、投影光学系の光軸方向に関するウェハの位置 を、焦点位置検出系（フォーカス検出系）により検出し、その検出結果に基づいて、ゥ ェハ上の被露光領域 (露光光が照射される領域)を投影光学系の最良結像面に一 致させる（焦点深度の範囲内に位置させる）必要がある。このためには、投影光学系 の最良結像面ないしはべストフォーカス位置を精度良く検出するとともに、その検出 結果に基づいて上述の焦点位置検出系（フォーカス検出系）のキャリブレーション、 すなわち検出原点の調整又は検出オフセットの調整を行うことが重要である。
[0004] 投影光学系のベストフォーカス位置の検出方法としては、投影光学系の光軸方向 に関する異なる位置で、計測用レチクルに形成された計測用マークを投影光学系を 介してウェハ上の異なる位置に転写し、そのウェハに形成されたマークの転写像の 形成状態に基づいて投影光学系のベストフォーカス位置を検出する方法 (焼付け法 )と、実際の露光を行うことなぐ投影光学系の像面側に配置されるウェハステージ上 に空間像計測装置を設け、この空間像計測装置により前述の計測用マークの投影 像 (空間像)の光強度を検出することで、その検出結果に基づいて投影光学系のベ ストフォーカス位置を検出する方法 (空間像計測法)とが知られている。ここで、空間 像計測装置とは、ウェハが載置されるウェハステージ上に設けられ、所定形状の開 口パターンが形成されたパターン板と、該パターン板を介した光を受光する受光系と を有する装置の総称である。
[0005] 空間像計測法による、従来のベストフォーカス位置の検出は、大略次の a.〜d.の ような手順で行われていた (特許文献 1、 2、 3等参照)。
[0006] a. 計測用マーク（例えばラインアンドスペースパターン力も成るマークとする）が形 成され、投影光学系の物体面に配置されたレチクルなどを照明光により照明し、前記 計測用マークの像を投影光学系により像面に投影した状態で、その投影像に対して パターン板が走査されるように、ウェハステージを投影光学系の光軸に直交する 2次 元面内で所定方向に移動し、その移動中にパターン板を介した光を受光系により受 光して計測用マークの空間像を計測する。
b. 上記 a.のような空間像計測を、投影光学系の光軸方向に関する複数の位置（ 以下、便宜上「Z位置」と呼ぶ)で繰り返す。
cそして、各 Z位置での空間像の光強度信号波形をそれぞれフーリエ変換し、各 Z 位置での空間像の光強度信号波形力 得られる例えばコントラスト（一次周波数成分 と直流成分との振幅比)などの所定の情報をそれぞれ求める。
d. そして、 Z位置を横軸としコントラスト値を縦軸とする直交座標系上に、上記にの 結果として得られた複数点（例えば 15点）の座標位置 (Z位置、コントラスト値)をプロ ットし、これら複数点を最小自乗近似して得られる近似曲線に基づいてベストフォー カス位置を検出する。
[0007] し力しながら、上記従来の空間像計測法によるべストフォーカス検出方法にあって は、上の説明からもわ力るように、投影光学系の光軸方向に関してパターン板 (ゥェ ハステージ）の位置を、多段階で変更し、かつ各位置で、ウェハステージ (パターン 板)を、空間像に対して走査する動作が必要不可欠であることから、必然的に計測に 長時間を要していた。力かる不都合を改善するための方法として、上述のステップ数 を削減することが考えられる力 このようにすると、ベストフォーカス位置の検出精度 が低下してしまう。
[0008] 特許文献 1：米国特許出願公開第 2002Z41377号明細書
特許文献 2 :特開 2002— 14005号公報
特許文献 3 :特開 2002— 198303号公報
発明の開示
課題を解決するための手段
[0009] 本発明は、上述した事情の下になされたものであり、第 1の観点力 すると、第 1面 上に配置されたパターンの像を第 2面上に形成する投影光学系のベストフォーカス 位置を検出するべストフォーカス検出方法であって、照明光により前記第 1面上に配 置されたマークを照明しつつ、前記第 2面の近傍で、かつ前記投影光学系の光軸に 直交する 2次元面内で、前記投影光学系によって形成された前記マークの像に対し て開口パターンが形成されたパターン板を所定の計測方向に走査し、該走査中に前 記開口パターンを介した前記照明光を受光して前記マークの像の前記計測方向に 関する位置情報を検出する第 1工程と;前記位置情報に基づいて前記パターン板を 前記 2次元面内で位置決めし、前記照明光により前記第 1面上に配置されたマーク を照明しつつ、前記パターン板を前記光軸方向に移動させ、その移動中に前記バタ ーン板の前記光軸方向に関する位置データ及び前記照明光の強度データを取得す る第 2工程と;取得した位置データと、取得した強度データとに基づいて、前記投影 光学系のベストフォーカス位置を算出する第 3工程と；を含むベストフォーカス検出方 法である。
[0010] これによれば、照明光により第 1面上に配置されたマークを照明しつつ、第 2面の近 傍の投影光学系の光軸に直交する 2次元面内で投影光学系によるマークの像 (空間 像）に対してパターン板を所定の計測方向に走査し、該走査中にパターン板に形成 された開口パターンを介した照明光を受光することによりマークの像の計測方向に関 する位置情報を検出する。次いで検出された位置情報に基づいて、パターン板を 2 次元面内で位置決めした状態で、照明光により前記マークを照明しつつ、パターン 板を投影光学系の光軸方向に移動させ、その移動中にパターン板の前記光軸方向 に関する位置データ及び照明光の強度データを取得する。この場合、パターン板を 前記光軸方向に連続移動させながら前記各データの取得が可能である。
[0011] そして、上述のようにして取得した位置データと、強度データとに基づいて、投影光 学系のベストフォーカス位置を算出する。
[0012] このように、本発明のベストフォーカス検出方法では、投影光学系の光軸に直交す る 2次元面内でのパターン板の 1回の走査と、その走査後における投影光学系の光 軸方向に関するパターン板の 1回の走査との組み合わせによって、投影光学系のベ ストフォーカス位置を算出するためのデータの取得が可能となる。従って、前述の従 来例のように、パターン板を光軸方向に関して多数の位置に変化させ、しかも各位置 でパターン板を走査させる必要がないので、格段に計測時間を短縮することが可能 である。また、上記のサンプリング間隔を可能な範囲で細力べ設定することにより、多く のデータを取得可能であることから、ベストフォーカス位置の検出精度 (検出分解能） の向上も期待される。
[0013] この場合において、前記第 3工程では、移動平均を用いて前記複数の位置データ 及び複数の強度データの少なくとも一方の平滑ィ匕を少なくとも一回行い、平滑化後 の両方のデータ、又は平滑ィ匕後の一方のデータ及び平滑ィ匕されていない他方のデ ータを用いて前記パターン板の前記光軸方向の位置に対する前記照明光の強度の 変化曲線を算出し、その変化曲線に基づ 、て前記べストフォーカス位置を算出する こととすることができる。カゝかる場合には、上記平滑ィ匕によりノイズ成分の影響を低減 することができる結果、ベストフォーカス位置の検出精度を向上させることが可能とな る。
[0014] 本発明は、第 2の観点力 すると、投影光学系を介して物体上に所定のパターンを 形成する露光方法であって、本発明のベストフォーカス検出方法を用いて、前記投 影光学系のベストフォーカス位置を検出する検出工程と；前記べストフォーカス位置 の検出結果を利用して前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置を調 整し、前記パターンを前記投影光学系を介して前記物体上に形成する露光工程と； を含む露光方法である。 [0015] これによれば、本発明のベストフォーカス検出方法を用いて、投影光学系のベスト フォーカス位置を検出し (検出工程)、該検出工程の検出結果を利用して、投影光学 系の光軸方向に関する物体の位置を調整し、パターンを投影光学系を介して光軸方 向に関する位置が調整された物体上に形成する (露光工程)。従って、検出工程の 処理が短時間で行われることから、検出工程及び露光工程を含む全工程のスルー プットの向上を図ることが可能である。また、前述の如ぐ投影光学系のベストフォー カス位置を検出精度の向上も可能であることから、結果的にデフォーカスによる露光 不良の殆どない、パターンの物体上での高精度な形成が可能となる。
[0016] 本発明は第 3の観点力 すると、第 1面上に配置されたパターンを投影光学系を用 いて、第 2面上に配置された物体上に形成する露光装置であって、開口パターンが 設けられた移動体と;前記移動体を前記投影光学系の光軸方向及びこれに直交す る 2次元面内方向に駆動する駆動系と;前記移動体に設けられた開口パターンを介 して照明光を受光する受光素子を含むセンサ部と;前記第 1面上に配置されたマー クを照明する照明系と;前記マークを照明系からの前記照明光により照明しつつ、前 記投影光学系によって形成された前記マークの像に対して、前記第 2面の近傍の前 記 2次元面内で、前記開口パターンが所定の計測方向に走査されるように、前記駆 動系を介して前記移動体を前記計測方向に走査駆動し、該走査駆動中に前記セン サ部の前記受光素子からの出力信号に基づ 、て前記マークの像の前記計測方向に 関する位置情報を検出する第 1の処理装置と;前記位置情報に基づいて前記移動 体を前記 2次元面内で位置決めし、前記照明系からの照明光により前記第 1面上に 配置された前記マークを照明しつつ、前記駆動系を介して前記移動体を前記光軸 方向に移動し、その移動中に前記移動体の前記光軸方向に関する位置データ及び 前記照明光の強度データを取得する第 2の処理装置と;前記第 2の処理装置が取得 した前記位置データと、前記第 2の処理装置が取得した前記強度データとに基づい て、前記投影光学系のベストフォーカス位置を算出する演算装置と;を備える露光装 置である。
[0017] これによれば、第 1の処理装置が、第 1面上に配置されたマークを照明系からの照 明光により照明しつつ、投影光学系によるマークの像に対して、第 2面の近傍で移動 体に設けられた所定の開口パターンが 2次元面内の所定の計測方向に走査されるよ うに、駆動系を介して移動体を前記計測方向に走査駆動し、該走査駆動中にセンサ 部の受光素子力 の出力信号に基づいてマークの像の計測方向に関する位置情報 を検出する。そして、第 2の処理装置は、第 1の処理装置により検出された位置情報 に基づいて移動体を 2次元面内で位置決めした状態で、照明系力 の照明光により 第 1面上に配置されたマークを照明しつつ、駆動系を介して移動体を光軸方向に移 動し、その移動中に前記移動体の前記光軸方向に関する位置データ及び前記照明 光の強度データを取得する。この場合、第 2の処理装置は、パターン板を前記光軸 方向に連続移動させながら前記各データの取得が可能である。
[0018] そして、演算装置が、第 2の処理装置が上述のようにして取得した位置データと、第 2の処理装置が取得した強度データとに基づいて、投影光学系のベストフォーカス位 置を算出する。
[0019] このように、本発明の露光装置では、第 1の処理装置による、投影光学系の光軸に 直交する 2次元面内での移動体 (パターン板)の 1回の走査と、その走査後における 、第 2の処理装置による移動体 (パターン板)の投影光学系の光軸方向に関する 1回 の走査との組み合わせによって、投影光学系のベストフォーカス位置を算出するため のデータの取得が可能となる。従って、前述の従来例のように、パターン板を光軸方 向に関して多数の位置に変化させ、しかも各位置でパターン板を走査させる必要が ないので、格段計測時間を短縮することが可能である。また、上記のサンプリング間 隔を可能な範囲で細力べ設定することにより、第 2の処理装置は、多くのデータを取 得可能であることから、この取得したデータに基づいて演算装置により算出されるべ ストフォーカス位置の算出精度 (検出分解能)が向上することも期待される。
[0020] また、演算装置で算出された投影光学系のベストフォーカス位置に基づいて、投影 光学系の光軸方向に関する物体の位置を調整し、パターンを投影光学系を介して物 体上に形成するようにすることで、デフォーカスによる露光不良の殆どない、パターン の物体上での高精度な形成が可能となる。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]本発明の一実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。 [図 2]図 1の空間像計測装置を説明するための図である
[図 3]—実施形態のベストフォーカス位置の検出方法を説明するためのフローチヤ一 トである。
[図 4]図 3の事前計測サブルーチンを示すフローチャートである。
[図 5]スリット板が異なる Z位置にあるときに水平スキャンによる空間像計測によって得 られる計測用マークの空間像プロファイルと、 Zスキャン計測により得られるスリット透 過光強度の変化曲線とを示す図である。
[図 6]計測用マーク PMの投影像の投影中心とスリット 122の中心との計測方向（X軸 方向）の位置がずれている状態と、一致している状態との、 Zスキャン計測により得ら れるスリット透過光強度の変化曲線同士の関係を示す図である。
[図 7(A)]Zスキャン計測において得られる Z位置とスリット透過光強度との関係を示す 図である。
圆 7(B)]Zスキャンを行う範囲の設定が不適切な場合に生じる不都合を説明するため の図である。
圆 8(A)]移動平均処理前の光センサの光電変換信号の一例を示す図である。
圆 8(B)]移動平均処理後の図 8 (A)の光電変換信号示す図である。
圆 9(A)]移動平均処理前の多点焦点位置検出系の出力信号の一例を示す図である 圆 9(B)]移動平均処理後の図 9 (A)の出力信号を示す図である。
[図 10(A)]移動平均処理前の Zスキャン計測により得られたスリット透過光強度の変化 曲線の一例を示す図である。
[図 10(B)]図 10 (A)の変化曲線に対して 1回の移動平均処理を行った後に得られる スリット透過光強度の変化曲線を示す図である。
[図 10(C)]図 10 (A)の変化曲線に対して 2回の移動平均処理を行った後に得られる スリット透過光強度の変化曲線を示す図である。
[図 11]ベストフォーカス位置の検出方法について説明するための図である。
[図 12(A)]ラインアンドスペースパターンを用いてベストフォーカス位置を計測する動 作を説明するための図（その 1)である。 [図 12(B)]ラインアンドスペースパターンを用いてベストフォーカス位置を計測する動 作を説明するための図（その 2)である。
発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下、本発明の一実施形態を図 1〜図 11に基づいて説明する。
[0023] 図 1には、一実施形態に係る露光装置 100の概略的な構成が示されている。この 露光装置 100は、ステップ ·アンド'スキャン方式の走査型投影露光装置、すなわち、
V、わゆるスキャニング 'ステツパ (スキャナとも呼ばれる）である。
[0024] この露光装置 100は、光源及び照明光学系（いずれも不図示)を含む照明系 10、 レチクル Rが載置されるレチクルステージ RST、投影光学系 PL、ウェハ Wが載置さ れるウェハステージ WST、及びこれらを制御する制御系等を備えている。また、上記 各構成部分のうち、光源及び制御系の一部以外の部分は、実際には、内部の温度、 圧力等の環境条件がほぼ一定に維持された不図示の環境制御チャンバ (エンバイ口 ンメンタル 'チャンバ）内に収容されている。
[0025] 前記照明系 10は、例えば特開 2001— 313250号公報及びこれに対応する米国 特許出願公開第 2003Z0025890号明細書などに開示されるように、光源、ォプテ イカルインテグレータ (ホモジナイザ)等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、 リレーレンズ、可変 NDフィルタ、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含む。この 照明系 10では、レチクルブラインドで規定されたレチクル R上のスリット状の照明領域 を照明光 (露光光) ILによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、光源としては、一例 として波長 193nmの真空紫外域のパルスレーザ光を出力する（発振する) ArFェキ シマレーザが用いられている。また、オプティカルインテグレータとしては、フライアイ レンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ)あるいは回折光学素子など を用いることができる。なお、照明系を、例えば特開平 6— 349701号公報及びこれ に対応する米国特許第 5, 534, 970号などに開示されるような照明系と同様に構成 しても良い。本国際出願で指定した指定国 (又は選択した選択国)の国内法令が許 す限りにおいて、上記各公報及び対応する米国特許出願公開明細書又は米国特許 における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
[0026] 前記レチクルステージ RST上には、回路パターンなどがそのパターン面（図 1にお ける下面）に形成されたレチクル Rが載置され、例えば真空吸着 (又は静電吸着）に より固定されている。このレチクルステージ RSTは、例えばリニアモータ等を含むレチ クルステージ駆動系 56Rにより、 XY平面内で 2次元的に (X軸方向及びこれに直交 する Y軸方向及び XY平面に直交する Z軸回りの回転方向（ Θ z方向）に)微少駆動 可能であるとともに、不図示のレチクルベース上を所定の走査方向（ここでは、図 1に おける紙面直交方向である Y軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能とな つている。
[0027] レチクルステージ RST上には、移動鏡 52Rが固定され、レチクルステージ RSTの X Y面内の位置が、その移動鏡 52Rを介してレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル 干渉計」という） 54Rによって、例えば 0. 5〜： Lnm程度の分解能で常時検出される。 ここで、実際には、レチクルステージ RST上には走査露光時の走査方向（Y軸方向） に直交する反射面を有する Y移動鏡と非走査方向（X軸方向）に直交する反射面を 有する X移動鏡とが設けられ、これらの移動鏡に対応してレチクル Y干渉計とレチク ル X干渉計とが設けられているが、図 1ではこれらが代表的に移動鏡 52R、レチクル 干渉計 54Rとして示されている。なお、例えば、レチクルステージ RSTの端面を鏡面 加工して反射面（上述の X移動鏡、 Y移動鏡の反射面に相当）を形成しても良い。ま た、レチクルステージ RSTの走査方向（本実施形態では Y軸方向）の位置検出に用 いられる X軸方向に伸びた反射面の代わりに、少なくとも 1つのコーナーキューブ型ミ ラー（例えばレトロリフレクタ）を用いても良い。ここで、レチクル Y干渉計とレチクル X 干渉計の一方、例えばレチクル Y干渉計は、測長軸を 2軸有する 2軸干渉計であり、 このレチクル Y干渉計の計測値に基づきレチクルステージ RSTの Y位置に加え、 Z軸 回りの回転方向（ Θ z方向）の回転も計測できる。
[0028] レチクル干渉計 54Rからのレチクルステージ RSTの位置情報（又は速度情報）は、 ステージ制御装置 70、及びこれを介して主制御装置 50に送られる。ステージ制御装 置 70は、主制御装置 50の指示に基づいて、レチクルステージ駆動系 56Rを介して レチクルステージ RSTの移動を制御する。
[0029] 前記投影光学系 PLは、その光軸 AXの方向を Z軸方向とし、レチクルステージ RST の図 1における下方に配置されている。投影光学系 PLは、ここでは両側テレセントリ ックな縮小系であり、光軸 AX方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズェ レメントを含む屈折光学系が使用されている。この投影光学系 PLの投影倍率は、例 えば 1Z4又は 1Z5等である。このため、照明系 10からの照明光 ILによってレチクル R上で X軸方向に細長く伸びるスリット状又は円弧状の照明領域 (前述のレチクルプ ラインドで規定される）が照明されると、このレチクル Rを通過した照明光 ILにより、投 影光学系 PLを介してその照明領域内の回路パターンの縮小像 (部分倒立像)が、表 面にフォトレジスト (感光剤）が塗布されたウェハ W上の前記照明領域と共役な照明 光 ILの投射領域 (以下、「露光領域」とも呼ぶ）に形成される。
[0030] 前記ウェハステージ WSTは、 XYステージ 42と、該 XYステージ 42上に搭載された 移動体の少なくとも一部を構成する Zチルトステージ 38とを含む。
[0031] 前記 XYステージ 42は、ウェハステージベース 16の上面の上方に不図示のエアべ ァリングによって例えば数/ z m程度のクリアランスを介して支持され、ウェハステージ 駆動系 56Wを構成する不図示のリニアモータ等によって走査方向である Y軸方向（ 図 1における紙面直交方向）及びこれに直交する X軸方向（図 1における紙面内左右 方向）に 2次元駆動が可能に構成されている。
[0032] 前記 Zチルトステージ 38は、 3つの Z位置駆動系 27A, 27B, 27C (但し、紙面奥側 の Z位置駆動系 27Cは不図示）によって XYステージ 42上で 3点にて支持されている 。これらの Z位置駆動系 27A〜27Cは、 Zチルトステージ 38下面のそれぞれの支持 点を投影光学系 PLの光軸方向（Z軸方向）に独立して駆動する 3つのァクチユエータ (例えばボイスコイルモータなど） 21A、 21B、 21C (但し、紙面奥側のァクチユエータ 21Cは不図示）と、これらのァクチユエータ 21A、 21B、 21Cそれぞれによる各支持 点の Z軸方向の駆動量 (基準位置力もの変位)をそれぞれ検出するエンコーダ 23A 〜23C (但し、紙面奥側のエンコーダ 23Cは不図示）とを含む。ここでエンコーダ 23 A〜23Cとしては、例えば光学式又は静電容量式等のリニアエンコーダを使用するこ とができる。本実施形態では、上記ァクチユエータ 21A〜21Cによって Zチルトステ ージ 38を、光軸 AX方向（Z軸方向）及び光軸に直交する面 (XY面）に対する傾斜方 向、すなわち X軸回りの回転方向である 0 X方向、 Y軸回りの回転方向である 0 y方 向に駆動する駆動装置の少なくとも一部が構成されている。また、エンコーダ 23A〜 23Cで計測される Zチルトステージ 38の Z位置駆動系 27A〜27Cによる各支持点の Z軸方向の駆動量 (基準点力もの変位量）は、ステージ制御装置 70及びこれを介し て主制御装置 50に供給される。
[0033] Zチルトステージ 38上には、移動鏡 52Wが固定され、外部に配置されたウェハレ 一ザ干渉計 (以下、「ウェハ干渉計」という） 54Wによって、その移動鏡を介して、 Zチ ルトステージ 38 (ウェハステージ WST)の XY面内の位置が例えば 0. 5〜lnm程度 の分解能で常時検出されている。
[0034] ここで、実際には、 Zチルトステージ 38上には、走査露光時の走査方向である Y軸 方向に直交する反射面を有する Y移動鏡と非走査方向である X軸方向に直交する反 射面を有する X移動鏡とが設けられ、これに対応してウェハ干渉計も X軸方向位置計 測用の Xレーザ干渉計と Y軸方向位置計測用の Yレーザ干渉計とが設けられている 力 図 1ではこれらが代表的に移動鏡 52W、ウェハ干渉計 54Wとして示されている。 なお、例えば、 Zチルトステージ 38の端面を鏡面加工して反射面 (前述の X移動鏡、 Y移動鏡の反射面に相当）を形成しても良い。また、 Xレーザ干渉計及び Yレーザ干 渉計は測長軸を複数有する多軸干渉計であり、ウェハステージ WSTの X、 Y位置の 他、回転 (ョーイング (Z軸回りの回転である Θ z回転）、ピッチング (X軸回りの回転で ある θ X回転）、ローリング (Y軸回りの回転である Θ y回転)）も計測可能である。従つ て、以下の説明ではウェハ干渉計 54Wによって、 Zチルトステージ 38の X、 Υ、 θ ζ、 Θ y、 Θ xの 5自由度方向の位置が計測されるものとする。また、多軸干渉計は 45° 傾いて Ζチルトステージ 38に設置される反射面を介して、投影光学系 PLが載置され る架台 (不図示）に設置される反射面にレーザビームを照射し、投影光学系 PLの光 軸方向（Z軸方向）に関する相対位置情報を検出するようにしても良い。
[0035] ウェハステージ WSTの位置情報 (又は速度情報）は、ステージ制御装置 70、及び これを介して主制御装置 50に供給される。ステージ制御装置 70は、主制御装置 50 の指示に応じてウェハステージ駆動系 56Wを介してウェハステージ WSTの XY面内 の位置を制御する。
[0036] 前記 Zチルトステージ 38上に、ウェハホルダ 25が設けられ、該ウェハホルダ 25にゥ エノ、 Wが載置され、ウェハホルダ 25によって真空吸着（又は静電吸着）によって固定 されている。
[0037] Zチルトステージ 38の内部には、図 2に示されるように、投影光学系 PLの光学特性 の計測に用いられる空間像計測装置 59を構成する光学系の一部が配置されている 。ここで、空間像計測装置 59の構成について詳述する。
[0038] 空間像計測装置 59は、 Zチルトステージ 38に設けられたステージ内構成部分、す なわちスリット板 190、レンズ 84、光路折り曲げ用のミラー 88、 90、及び送光レンズ 8 6と、ウェハステージ WSTの外部に設けられたステージ外構成部分、すなわち受光 レンズ 89、光電変換素子力も成る光センサ 24等とを備えて 、る。
[0039] これを更に詳述すると、前記スリット板 190は、図 2に示されるように、 Zチルトステー ジ 38の上面に突設された円筒状の凸部 58に、その上部開口を閉塞する状態で固定 されている。このスリット板 190の上面は、前述のウェハホルダ 25に吸着されたウェハ Wの表面とほぼ同一面上に位置する（面一となる）ような状態とされている。スリット板 190は、波長 193nmの照明光 ILの透過性の良い、合成石英、あるいはホタル石な どを素材とする円形の受光ガラス 82と、該受光ガラス 82の上面の中央部の円形領域 を除く部分に形成されたアルミニウムなどの金属の薄膜から成る遮光膜を兼ねる反射 膜 83及び前記円形領域内に形成されたクロムの薄膜から成る遮光膜 91とを有して いる。
[0040] 前記反射膜 83は、一例として Y軸方向の長さが 50mm、 X軸方向の長さが 30mm のほぼ長方形状で、中央の遮光膜 91は、その直径が例えば 4. 5mm程度となって いる。この遮光膜 91に、 Y軸方向に細長く延びる所定幅のスリット状の開口パターン（ 以下、適宜「スリット」と略述する） 122がパターンユングにより形成されている。所定幅 は、例えば 0. 2 mとされているものとする。
[0041] スリット板 190下方の Zチルトステージ 38内部には、図 2に示されるように、前述の開 口パターン 122の下方に、レンズ 84、折り曲げミラー 88が順次配置されている。折り 曲げミラー 88は、 45° で斜設されている。このため、開口パターン 122及び受光ガラ ス 82を介して鉛直下向き（-Z方向）に入射した照明光 IL (像光束）は、レンズ 84を 透過して折り曲げミラー 88によってその光路が +X方向に向けて 90° 折り曲げられ る。この折り曲げミラー 88で折り曲げられた照明光 ILの光路後方には更にその光路 を 90° 折り曲げて鉛直上向き（+Z方向）に折り曲げるミラー 90が配置され、このミラ 一 90によって折り曲げられた照明光 ILの光路後方に位置する Zチルトステージ 38の 上壁部分に照明光 ILを Zチルトステージ 38の外部に送り出す送光レンズ 86が固定 されている。
[0042] 送光レンズ 86によって Zチルトステージ 38の外部に送り出される照明光 ILの光路 上には、送光レンズ 86に比べて大径の受光レンズ 89が配置されている。この受光レ ンズ 89の上方の位置には、光センサ 24が配置されている。これら受光レンズ 89及び 光センサ 24は、所定の位置関係を保ってケース 92内に収納され、該ケース 92は取 付け部材 93を介して投影光学系 PLの鏡筒の側面に固定されている。受光レンズ 89 、光センサ 24及びケース 92を含んで、受光器 94が構成されている。
[0043] 前記光センサ 24としては、微弱な光を精度良く検出することが可能な光電変換素 子 (受光素子）、例えばフォト ·マルチプライャ'チューブ (PMT、光電子増倍管)など が用いられる。この光センサ 24の出力信号は、図 1に示される信号処理装置 80に送 られる。この信号処理装置 80は、例えば増幅器、 AZDコンバータ（通常 16ビットの 分解能のものが用いられる）などを含む。この信号処理装置 80からの出力は、主制 御装置 50に送られる。
[0044] 上述のようにして構成された空間像計測装置 59によると、例えば、後述する計測用 レチクルなどに形成された計測用マークの投影光学系 PLによる像 (空間像)を計測 する際には、投影光学系 PLを透過してきた照明光 ILによってスリット板 190が照明さ れると、そのスリット板 190上の開口パターン 122を透過した照明光 ILがレンズ 84、ミ ラー 88及び 90、送光レンズ 86を介して Zチルトステージ 38の外部に導き出される。 そして、その Zチルトステージ 38の外部に導き出された光は、受光器 94 (より正確に は光センサ 24)によって受光され、該受光器 94の光センサ 24からその受光量に応じ た光電変換信号 (光量信号) Pが信号処理装置 80に供給される。
[0045] 本実施形態では、上記の空間像の計測に際しては、スリット板 190を空間像に対し て横切るようにする必要があり、その際、送光レンズ 86が、受光器 94に対して移動す ることになる。従って、空間像計測装置 59では、所定の範囲内で移動する送光レン ズ 86からの照明光がすべて受光器 94へ入射するように、各レンズ、及びミラーの大 きさが設定されている。
[0046] 空間像計測装置 59は、上述のように構成されているため、光センサ 24の発熱に起 因してウェハ干渉計 54Wの計測精度等に悪影響を与えたりすることがない。また、 Z チルトステージ 38の外部と内部とをライトガイド等により接続していないので、 Zチルト ステージ 38の外部と内部とがライトガイドにより接続された場合のように Zチルトステー ジ 38の駆動精度が悪影響を受けることもな 、。
[0047] 勿論、熱の影響を排除できるような場合には、光センサ 24を Zチルトステージ 38の 内部に設けても良い。
[0048] 投影光学系 PLの側面には、ウェハ W上のァライメントマーク (位置合わせマーク） 又は位置制御の基準となる基準マークを検出するオファクシス ·ァライメント系 ALG が設けられている。本実施形態では、このァライメント系 ALGとして、ァライメント用光 源 (ブロードバンドの照明光を出射するハロゲンランプ等）、光学系、指標マークが形 成されている指標板及び撮像素子 (CCD)等を含む、いわゆる FIA (Field Image Alig nment)系の画像処理方式のァライメントセンサが用いられて 、る。このァライメント系 ALG力もの撮像信号は、不図示のァライメント制御装置に送られ、このァライメント制 御装置では、ァライメント系の検出中心 (前述の指標マークの中心に相当する）に対 するァライメントマーク (又は基準マーク）の位置情報を主制御装置 50に出力する。 主制御装置 50では、その位置情報とそのときのウェハ干渉計 54Wの出力であるゥェ ハステージ WSTの位置情報とに基づ!/、て、ウェハ干渉計 54Wの測長軸で規定され るステージ座標系上におけるァライメン卜マークの位置座標を算出するようになって いる。
[0049] 更に、本実施形態の露光装置 100では、図 1に示されるように、照射系 60a及び受 光系 60bを含む光軸 AX方向に関するウェハ Wの位置を検出する検出装置の少なく とも一部を構成する斜入射方式の多点焦点位置検出系（60a, 60b)が設けられてい る。照射系 60aは、主制御装置 50によってそのオン'オフが制御される光源を有して おり、投影光学系 PLの結像面に向けて多数のピンホール又はスリットの像を形成す るための光束を、光軸 AXに対して斜め方向よりウェハ Wの表面に照射する。受光系 60bは、それらの光束がウエノ、 W表面で反射することによって発生する反射光束を 受光し、主制御装置 50に対して焦点ずれを検出するための焦点ずれ信号 (デフォー カス信号）、例えば Sカーブ信号を送信する。なお、この多点焦点位置検出系（60a、 60b)と、同様の多点焦点位置検出系の詳細な構成は、例えば特開平 6— 283403 号公報及びこれに対応する米国特許第 5, 448, 332号等に開示されている。本国 際出願で指定した指定国 (又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、 上記公報及び対応する米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部と する。
[0050] さらに、図 1では図示が省略されているが、本実施形態の露光装置 100では、レチ クル Rの上方に、投影光学系 PLを介してレチクル R上のレチクルマークと対応する基 準マーク板上の基準マークとを同時に観察するための露光波長の光を用いた TTR( Through The Reticle)ァライメント系力も成る一対のレチクルァライメント検出系が X軸 方向に所定距離隔てて設けられている。これらのレチクルァライメント検出系としては 、例えば特開平 7— 176468号公報及びこれに対応する米国特許第 5, 646, 413 号などに開示されるものと同様の構成のものが用いられる。本国際出願で指定した 指定国 (又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応 する米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
[0051] 前記制御系は、ワークステーション (又はマイクロコンピュータ）を含む主制御装置 5 0を中心として構成され、該主制御装置 50の制御下にあるステージ制御装置 70、信 号処理装置 80などを含む。
[0052] 次に、上述のようにして構成された本実施形態の露光装置 100において行われる ベストフォーカス位置の検出手順について、主制御装置 50内 CPUによって実行され る、ベストフォーカス位置検出に関する処理アルゴリズムを示す図 3 (及び図 4)のフロ 一チャートに沿って、かつ適宜その他図面を参照しつつ詳細に説明する。この図 3の フローチャートがスタートするのは、オペレータからベストフォーカス位置の検出指示 が入力されたときであるものとする。
[0053] まず、ステップ 202にお!/、て、事前計測のサブルーチンの処理を実行する。このス テツプ 202のサブルーチンでは、図 4のステップ 302において、不図示のレチクル口 ーダを介して、レチクルステージ RST上に図 2に示される計測用レチクル Rmをロード する。ここで、この計測用レチクル Rmのパターン面には、所定のパターン領域が形 成され、そのパターン領域内部には、例えばクロム層の一部に形成された開ロパタ 一ンカも成る計測用マーク PMが設けられている。この計測用マーク PMは、 Y軸方 向を長手方向とし、所定線幅 (例えば、 0. 2 m程度）を有する孤立線カゝら成るマー クであるちのとする。
[0054] 次のステップ 304では、ステージ制御装置 70を介して、投影光学系 PLの視野内で ベストフォーカス位置を計測すべき所定の計測点 (ここでは投影光学系 PLの視野中 心、すなわち光軸上の計測点とする）に計測用レチクル Rm上の計測用マーク PMが 位置決めされるように、レチクルステージ RSTの位置調整を行う。このレチクルステー ジ RSTの位置調整は、例えば、計測用レチクル Rm上のパターン領域の中心（レチタ ルセンタ）を通る非走査方向の直線状のレチクルセンタに関して左右対称となる位置 にそれぞれ形成された一対のレチクルァライメントマークを、前述の一対のレチクル ァライメント検出系を用いて、同時に検出し、この検出結果に基づいて行うこととする ことができる。
[0055] 次のステップ 306では、照明光 ILが計測用マーク PMの部分 (その計測用マーク P Mが形成されたクロム層の部分)のみに照射されるように、照明系 10内のレチクルプ ラインドを駆動制御し、照明領域を規定 (制限)する。
[0056] 次のステップ 308では、スリット板 190表面の高さ位置、すなわち Z軸方向の位置（ 以下、「Z位置」と略述する）が所定の初期位置になるように、 Zチルトステージ 38の Z 位置をステージ制御装置 70を介して調整する。この場合の「初期位置」としては、例 えば、露光装置の立ち上げ時や、以前検出したベストフォーカス位置が装置の初期 化等により消去された場合などには、デフォルト設定の Z位置 (高さ位置)を採用する 。また、前回行われたベストフォーカス位置の検出結果のデータ力 消去されることな ぐ主制御装置 50内のメモリ等に記憶されている場合には、その検出結果のデータ であるべストフォーカス位置を採用するものとする。
[0057] 次のステップ 310では、水平方向スキャンによる計測用マーク PMの空間像計測を 行う。具体的には、レチクルステージ RST上に配置された計測用レチクル Rmの計測 用マーク PMを照明系 10からの照明光 ILにより照明しつつ、投影光学系 PLによる計 測用マーク PMの像に対して、投影光学系 PLの像面の近傍でスリット板 190のスリツ ト 122が所定の計測方向、この場合 X軸方向に走査されるように、ステージ制御装置 70及びウェハステージ駆動系 56Wを介して Zチルトステージ 38を X軸方向に走査駆 動し、該走査駆動中に信号処理装置 80を介して入力される光センサ 24からの出力 信号と、ステージ制御装置 70を介して入力される Zチルトステージ 38の X軸方向の 位置 (X位置)の情報とを、所定のサンプリング間隔で、同時に取り込むことで、計測 用マーク PMの像 (空間像)の強度信号 (空間像プロファイル)を取得する（すなわち、 空間像の計測を行う）。
[0058] 次のステップ 312では、ステップ 310で取得された空間像の強度信号に基づ ヽて、 光センサ 24のゲイン設定 (すなわち、センサキャリブレーション）を行う。すなわち、計 測用マーク PMが孤立線力も成るマークであるため、スリット板 190の Z位置力 ベスト フォーカス位置力もあまりに離れている場合には光センサ 24からの出力信号が得ら れな 、可能性がある力 である。
[0059] なお、ここでの光センサ 24のゲイン調整とは、ベストフォーカス位置における空間像 の強度が最大となることを考慮し、このべストフォーカス位置でも、照明光 ILを受光す ることによって出力される光センサ 24の出力信号が飽和することがないように（すなわ ち、照明光 ILの強度が光センサ 24の性能限界を超えないように）、かつ信号取り込 みの AZDコンバータなどの電気回路にてその電圧が飽和することがな 、ように適切 な回路ゲインを設定することを言う。ゲイン調整は、ベストフォーカス位置最近傍の位 置で行われた前述の水平方向スキャンによる空間像計測の結果に基づいて行うこと が望まし ヽが、ベストフォーカス位置から多少ずれた Z位置で行われた水平方向スキ ヤンによる空間像計測により得られた空間像計測結果に基づいて行うこととすることも できる。すなわち、ベストフォーカス位置における水平方向スキャンによる空間像計測 の際に光センサ 24が受光する照明光 ILの光量（トータルエネルギ)もデフォーカス位 置における水平方向スキャンによる空間像計測の際に光センサ 24が受光する照明 光 ILの光量（トータルエネルギ)も不変であることに鑑みて、ベストフォーカス位置に おいて光センサ 24が受光する照明光 ILの強度の最大値を、計測用マーク PMの線 幅から予測することが可能であれば、その予測した照明光 ILの強度の最大値におい て、前述の光電変換信号及び電圧の飽和が生じないように、適切な回路ゲインを設 定することとすることができる。
[0060] 次のステップ 314では、上記ステップ 312で適切なゲインが設定できたか否かを判 断し、この判断が否定された場合には、ステップ 316に移行してスリット板 190の Z位 置を予め定められた変更手順に従って変更し、その変更後に、ステップ 310に戻り、 以降ステップ 314における判断が肯定されるまで、ステップ 310→312→314→316 のループにおける処理 (判断を含む）を、繰り返し行う。
[0061] なお、上記ステップ 316におけるスリット板 190の Z位置の変更は、例えば次のよう な手川頁で行うこととすることができる。
[0062] すなわち、 1回目の変更時には、前記初期位置から +Z方向に Δ ζだけ離れた位置 に移動し、 2回目の変更時には、初期位置から—Ζ方向に Δ ζだけ離れた位置に移 動し、 3回目の変更時には、初期位置から +Ζ方向に 2 Χ Δ ζだけ離れた位置に移動 し、 4回目の変更時には、初期位置から— Ζ方向に 2 Χ Δ ζだけ離れた位置に移動し 、以下、 +Ζ方向に 3 Χ Δ ζ、 一 Ζ方向に 3 Χ Δ ζ· · ·と移動することとすることができる。 また、水平方向スキャンの結果に基づいて、ベストフォーカス位置が初期位置よりも +Ζ方向、又は Ζ方向のいずれかに存在することが判断できるような場合には、初 期位置を中心として +Ζ方向又は Ζ方向のいずれか一方の方向に Δ ζずつ（ Δ ζ、 2 Χ Δ ζ、 3 Χ Δ ζ· · ·)移動することとすることもできる。
[0063] なお、高 ΝΑの投影光学系を使用する露光装置においては、例えば線幅 0. 2 μ να 以下の細い線幅の計測用マークを用いる計測に際しては、焦点深度が狭いため、上 記 Δ ζ (ステップ 'ピッチ）の値をあまり大きくとると、例えば第 1回目の変更の段階で、 スリット板 190 (開口パターン 122)の Ζ位置力 焦点深度の範囲外になる（ベストフォ 一カス位置を通り越してしまう）ことも考えられるので、ある程度小さい値、例えば 0. 2 〜0. 5 m程度の値とすることが望ましい。
[0064] 一方、上記ステップ 314における判断が肯定された場合、すなわち当初から光セン サ 24のゲイン設定が可能であった場合、又はスリット板 190の Z位置の変更後に光セ ンサ 24のゲイン設定が可能になった場合には、ステップ 318に進み、そのゲイン設 定後の状態で、かつゲイン設定に用いられた情報を取得したスリット板 190の Z位置 で、前述のステップ 310と同様にして、水平スキャンによる計測用マークの空間像計 測を行う。
[0065] 次のステップ 320では、上記ステップ 318で得た計測用マーク PMの像 (空間像）の 強度信号 (空間像プロファイル）に基づいて、計測用マーク PMの投影位置 (X位置） を検出する。この場合、例えば、計測用マーク PMの空間像プロファイル (この空間像 プロファイルは、図 5の符号 P1〜P7のような山形になる）と、所定のスライスレベルと の 2交点の中点の計測方向の座標位置 (X位置）を、計測用マーク PMの投影位置と することができる。
[0066] 次のステップ 322では、上記ステップ 318の空間像計測により取得した計測用マー ク PMの像 (空間像)の強度信号 (空間像プロファイル)が、予め定めた閾値条件を満 足する力否かを判断する。この閾値条件は、現在のスリット板 190の Z位置力 後述 する Zスキャン計測の際の、移動中心として十分であるほど投影光学系 PLのべストフ オーカス位置に近いかどうかを確認するための条件である。
[0067] ここで、説明は多少前後するが、説明の便宜上 (後の説明の理解を容易にする観 点）から、 Zスキャン計測について説明する。本実施形態における Zスキャンとは、主 制御装置 50によって実行される計測動作であって、計測用マーク PMの像 (空間像） の投影中心と、スリット板 190のスリット 122の中心との X位置が一致するように Zチル トステージ 38を XY面内で位置決めした状態で、照明系 10からの照明光 ILによりレ チクルステージ RST上に載置された計測用レチクル Rmの計測用マーク PMを照明 しつつ、ステージ制御装置 70及びウェハステージ駆動系 56Wを介して Zチルトステ ージ 38を光軸 AX方向（Z軸方向）に所定移動範囲内で移動し、その移動中に多点 焦点位置検出系（60a、 60b)の出力に基づいて得られる Zチルトステージ 38の Z軸 方向に関する位置データ及び信号処理装置 80を介して入力される光センサ 24の出 力信号の強度データを所定のサンプリング間隔で取得する動作をいう。
[0068] 図 5の上半部には、スリット板 190がそれぞれ Zl、 Z2、 ……、 Z7にあるときに、前述 の水平スキャンによる空間像計測によって得られる計測用マークの空間像プロフアイ ルが、符号 P1〜P7でそれぞれ示され、図 5の下半部には、 Zスキャン計測により得ら れるスリット板 190の Z位置に対するスリット 122を透過した照明光 ILの強度（以下、「 スリット透過光強度」と略述する）の変化曲線 (各 z位置にあるスリット透過光強度に対 応する点を、横軸を z位置とする座標系上にプロットした曲線）が示されている。この 図 5において、空間像プロファイル P4は、ベストフォーカス位置にスリット板 190があ るときの空間像プロファイルを示す。
[0069] この図 5から明らかなように、スリット板 190の Z位置力 ベストフォーカス位置に近い ほど、空間像プロファイルは、その像強度分布のピーク値が最も大きぐまたスリット透 過光強度も大きい、と言える。
[0070] このことから、ステップ 322の閾値条件として、ステップ 318で取得した空間像プロフ アイルにおける像強度の分布のピーク値力 予め定めた所定の閾値を越えているか 否かと 、う条件を設定することができる。
[0071] また、図 5において、空間像プロファイル P1〜P7それぞれと、所定のスライスレべ ルとの 2交点相互間の間隔を空間像 (マークの像)の線幅と定義すると、この線幅は、 スリット板 190の Z位置力 ベストフォーカス位置に近いほど、細く（小さく）なる。従つ て、このこと力ら、ステップ 322の閾値条件として、ステップ 318で取得した空間像プ 口ファイル力 得られるマークの像の線幅力 所定の閾値より小さいか否かという条件 を設定しても良い。一般に、あるパターンをウェハ上のフォトレジストに転写しそのゥ ェハの現像後に得られるレジスト像の線幅は、そのパターンの空間像プロファイルと 所定のスライスレベルとの 2つの交点相互間の距離に一致することが知られており、 この点からも上記の線幅の定義は、正しい定義であると言える。
[0072] 本実施形態にぉ 、て、上記の閾値条件を満足する力否かの判断を、ステップ 320 のマーク位置検出の後に行うようにしたのは、次のような理由力もである。
[0073] 第 1に、ベストフォーカス位置から大きく離れた (デフォーカスした) Z位置における 水平スキャンによる空間像計測により得た空間像プロファイルは、信号強度がなだら かに変化しているので、その空間像プロファイル (信号波形)から計測用マーク PMの 投影位置 (マーク位置)を算出した場合、その計測用マーク PMの投影位置の算出 精度が不十分になる。また、投影光学系の収差が大きいと、デフォーカスした Z位置 における水平スキャンによる空間像計測により得た空間像プロファイルほど、その収 差の影響で空間像プロファイルに非対称性が生じ、その結果、その非対称性の影響 でだまされた位置が、前述の計測用マーク PMの投影位置 (マーク位置）として算出 されることとなる。このように、実際のマーク位置とは異なる位置をこのマーク位置 (計 測用マーク PMの投影中心）として算出し、この位置にスリット板 190のスリット中心と を一致させて、上述した Zスキャン計測を後に行った場合には、この Zスキャン計測の 結果に基づ 、て得られるスリット透過光強度の変化曲線は、正 U、変化曲線 (非対称 性のない空間像プロファイルに基づいて算出したマーク位置にスリット中心とを一致 させて、上述した Zスキャン計測を後に行った場合の変化曲線)からずれてしまう。こ の点については、更に後述する。
[0074] いずれにしても、デフォーカスした Z位置における水平スキャンによる空間像計測に より得た空間像プロファイルに基づ 、て算出したマーク位置は、信頼性に欠けるため 、そのマーク位置の算出後に上記の閾値条件を満足する力否かの判断を行うことで 、算出したマーク位置が十分な信頼性を有することを確認することとしたものである。
[0075] そして、このステップ 322における判断が否定された場合には、ステップ 316に戻り 、前述の手順に従って、スリット板 190の Z位置を変更した後、ステップ 310以下の処 理 (判断を含む）をステップ 322における判断が肯定されるまで繰り返す。
[0076] 一方、ステップ 322における判断が肯定された場合、すなわち上記ステップ 320で 取得した計測用マークの空間像プロファイルが、上述の閾値条件を満足する場合に は、この図 4の事前計測サブルーチン 202の処理を終了し、図 3のメインルーチンの ステップ 204にリターンする。
[0077] この段階では、光センサ 24のゲイン設定が適切に行われるとともに、後に行われる Zスキャン計測の際の移動中心の検出が完了し、その移動中心に、スリット板 190の 表面の Z位置が設定されて 、ることになる。
[0078] ステップ 204では、前述のステップ 320で算出（検出）したマーク位置に基づいて、 スリット板 190を XY面内で位置決めする。ここでの位置決めは、次のようにして行う。 すなわち、この段階で、スリット板 190の Y位置は、計測用マーク PMの像 (空間像）が 形成される位置にほぼ設定されているので、スリット板 190の X位置のみを調整すれ ば足りる。そこで、計測用マーク PMの像の投影中心の X位置と、スリット板 190のスリ ット 122の中心の X位置とがほぼ一致するように、ステージ制御装置 70及びウェハス テージ駆動系 56Wを介してウェハステージ WSTの XY面内の位置を制御することで 、結果的に計測用マーク ΡΜの像の投影中心とスリット 122の中心とが少なくとも X軸 方向に関して一致する位置にスリツト板 190を ΧΥ面内で位置決めする。
[0079] ここで、上記のような位置決めを行う理由について説明する。計測用マーク ΡΜの 像の投影中心とスリット 122の中心との計測方向（X軸方向）の位置がずれている状 態で、後に Ζスキャン計測を行った場合、その Ζスキャン計測により得られるスリット透 過光強度の変化曲線は、図 6中に実線で示される曲線のようになって、図 6中に点線 で示される正しいスリット透過光強度の変化曲線 (計測用マーク ΡΜの像の中心とスリ ット 122の中心との計測方向（X軸方向）の位置が一致している状態の Ζスキャン計測 により得られるスリット透過光強度の変化曲線)からずれてしまう（この場合、山の高さ も低くなる)。この場合、実線で示される変化曲線に基づいてベストフォーカス位置を 算出すれば、その算出結果に、必然的に誤差が生じてしまうから、このような不都合 が発生するのを回避すベぐ上述の位置決めを行う必要があるのである。
[0080] なお、上記の点線で示されるスリット透過光強度の変化曲線に対する、実線で示さ れるスリット透過光強度の変化曲線のずれは、投影光学系の収差が大きいほど、また 、前述のマーク位置の算出の際の水平方向スキャンが行われたスリット板の Ζ位置の デフォーカス量が大きいほど、大きくなる。従って、この点においても、前述のステツ プ 322における判断 (確認）は、重要な意味をもっているのである。
[0081] 次のステップ 206では、スリット板 190の ΧΥ面内における上記の位置決め状態を維 持して、前述の Ζスキャン計測を行う。すなわち、主制御装置 50は、計測用マーク Ρ Μの像 (空間像）の投影中心と、スリット板 190のスリット 122の中心との X位置が一致 するように Ζチルトステージ 38を ΧΥ面内で位置決めした状態で、照明系 10からの照 明光 ILによりレチクルステージ RST上に載置された計測用レチクル Rmの計測用マ ーク PMを照明しつつ、ステージ制御装置 70及びウェハステージ駆動系 56Wを介し て Zチルトステージ 38を光軸 AX方向（Z軸方向）に所定移動範囲内で移動し、その 移動中に多点焦点位置検出系（60a、 60b)の出力に基づいて得られる Zチルトステ ージ 38の Z軸方向に関する位置データ及び信号処理装置 80を介して入力される光 センサ 24の出力信号の強度データを所定のサンプリング間隔で取得する。このとき、 主制御装置 50では、上記ステップ 204の位置決めの際に設定されているスリット板 1 90の表面の Z位置 (すなわち、前述の事前計測が終了した段階で設定されている Z 位置）を移動中心として、多点焦点位置検出系（60a、 60b)の出力をモニタしつつ、 前記移動中心を中心とした所定幅の範囲内で移動する。
[0082] ここで、 Zチルトステージ 38を、上記移動中心を中心とした所定幅の範囲内で Z軸 方向に移動することとした理由について説明する。
[0083] 図 7 (A)には、 Zスキャン計測において得られる Z位置とスリット透過光強度との関係 が示されている。この図 7 (A)に示されるように、スリット透過光強度が最大となる Z位 置を中心とする所定範囲 Aで Zスキャン計測を行うと、左右対称の山形の形状を有す るスリット透過光強度の変化曲線を得ることができる。これに対し、スリット透過光強度 が最大となる位置力 離れた位置を中心とする所定範囲 B又は Cで Zスキャン計測を 行うと、左右非対称な山形の形状を有するスリット透過光強度の変化曲線を得ること となる。
[0084] 例えば、図 7 (A)の範囲 Bと同様にスリット透過光強度が最大となる Z位置力 大きく ずれた点を中心として Zスキャン計測を行った場合には、図 7 (B)に示されるようなスリ ット透過光強度の変化曲線が得られることとなる力 この図 7 (B)の変化曲線では、例 えば、この変化曲線とスライスレベルとの 2つの交点の中点を求め、その中点の Z位 置をべストフォーカス位置とする方法 (以下、「スライス法」と呼ぶ）を採用する場合、ス ライスレベルの設定の仕方如何によつては、例えば図 7 (B)中のスライスレベル SL1 〜SL6のうちの、スライスレベル SL1, SL2のように、変化曲線との交点が 1つしか得 られない事態が生じるおそれがあり、このような場合、ベストフォーカス位置を算出す ることが困難となる。力かる事態の発生を確実に回避するために、本実施形態では、 スリット透過光強度が最大となるベストフォーカス位置の近傍の位置を、前述の事前 計測の段階でスリット板 190の移動中心とすべき Z位置として決定し、かっこの移動 中心を中心とした所定幅の範囲内でスリット板 190が Z軸方向に移動されるように Zチ ルトステージ 38を駆動することとしたものである。
[0085] 本実施形態では、上記 Zスキャン計測に際して、上述のサンプリング間隔として、例 えば照明系 10内の光源 (エキシマレーザ)の発振周波数 (繰り返し周波数）と同じ 4k Hzのサンプリング間隔を採用することができる。この場合には、例えば、 e ^ m/sec でスリット板 190 (Zチルトステージ 38)を移動しつつサンプリングを行っても、 8000[ nmZsec]Z4000[Hz] = 2[nm]の分解能でスリット板の Z軸方向に関する上記位 置データを取得できる。また、前記移動中心を中心とした所定幅の範囲を、例えば 4 μ mの幅の範囲に設定したとしても、 4[ /ζ πι]Ζ8[ /ζ mZsec] = 0. 5[sec]という非常 に短 、時間で計測が可能となる。
[0086] 次のステップ 208では、上記ステップ 206で、所定のサンプリング間隔で取得した 複数の位置データと、前記所定のサンプリング間隔で取得した複数の強度データと に基づいて、投影光学系のベストフォーカス位置を算出する。ここでは、移動平均を 用いて前記複数の位置データ及び複数の強度データの少なくとも一方の平滑化を 少なくとも一回行い、平滑化後の前記位置データ、強度データの各データを用いて パターン板 190の Z位置に対する照明光 ILの強度の変化曲線を算出し、その変化曲 線に基づいてベストフォーカス位置を算出する。
[0087] ここで、上記のベストフォーカス位置の算出方法について、図 8 (A)〜図 11を参照 しつつ説明する。
[0088] 前述の Zスキャン計測により得られる信号波形には、信号の強度ノイズや装置自身 に加わる外乱による振動や装置自身の共振によるノイズ成分が含まれているため、 照明光 ILをスリット 122を介して受光する受光器 94の光センサ 24の光電変換信号の 出力特性は、一例として、図 8 (A)に示されるような鋸歯状の波形となる。また、多点 焦点位置検出系（60a, 60b)によりスリット板 190の Z軸方向関する位置 (フォーカス 位置）をセンシングしている多点焦点位置検出系（60a、 60b)の出力信号にもノイズ 成分が含まれているため、該多点焦点位置検出系（60a、 60b)の出力特性は、一例 として、図 9 (A)に示されるような波形となる。
[0089] そのため、 Zスキャン計測により、受光器 94の光センサ 24から出力される強度デー タと、前記多点位置焦点検出系（60a、 60b)からの位置データとから算出されるスリツ ト透過光強度の変化曲線は、一例として図 10 (A)に示されるような波形になる。この 図 10 (A)に示されるような波形では、これに基づいてベストフォーカス位置を算出す ることは困難である。 [0090] 従って、上記図 10 (A)のような波形を平滑ィ匕して、ノイズ成分を除去する必要があ る力 Zスキャン計測においては、計測中にはスリット板 190の位置力 ¾軸方向に常に 移動しているため、あるフォーカス位置における位置データ及び強度データに対し通 常の平均化では、ノイズ成分の除去を行うことができない。そこで、本実施形態では、 位置データと強度データの少なくとも一方にフォーカス位置の変化量に応じた所定 の点数ごとの移動平均を行うこととしたものである。
[0091] この移動平均を行うことにより、光センサ 24からの光電変換信号波形は図 8 (B)に 示されるように平滑化され、前記多点焦点位置検出系（60a、 60b)からの出力信号 波形は図 9 (B)のように平滑ィ匕され、結果として、スリット透過光強度の変化曲線は、 図 10 (B)に示されるような波形になる。この図 10 (B)と図 10 (A)とを比較すると、図 1 0 (A)に示された波形が上記の移動平均により図 10 (B)のように平滑化されて 、るこ とがわかる。
[0092] また、本実施形態では、移動平均の平均化点数は、光センサ 24からの光電変換信 号や、多点位置焦点検出系（60a、 60b)からの出力信号に含まれるノイズ成分のう ちの「特徴的なノイズ」の周波数に基づいてそれぞれ決定する。例えば、前述のよう に光源（エキシマレーザ）を周波数 4kHzでパルス発光させ、該エキシマレーザの発 光タイミング毎に空間像強度をサンプリングする場合に、特徴的なノイズの周波数が 100Hzである場合には、サンプリング周波数 4kHzを特徴的なノイズの周波数 100H zで除した値である 40点ごとに移動平均を行うこととする。
[0093] なお、この移動平均は 2回以上 (複数回)繰り返し行うこととしても良いし、特徴的な ノイズ成分が複数ある場合には、それぞれのノイズ成分の周波数に応じた移動平均 を、ノイズ成分毎に、特徴的なノイズ成分の数と同じ回数行っても良い。図 10 (C)に は、移動平均を複数回繰り返した後のスリット透過光強度の変化曲線 (信号波形)が 示されている。この図 10 (C)の波形では、移動平均を 1回だけ行った図 10 (B)の波 形と比較してノイズ成分による影響が少なくなつていることが分かる。
[0094] そして、上記の移動平均化後に得られたスリット透過光強度の変化曲線 (信号波形 )に基づいて投影光学系 PLのべストフォーカス位置の算出を次のようにして行う。
[0095] すなわち、 1又は複数のスライスレベルを用いた前述のスライス法により、投影光学 系 PLのべストフォーカス位置を算出する。例えば、複数のスライスレベルを用いる場 合、スリット透過光強度の変化曲線と各スライスレベルとの各 2つの交点間の中点（各 2つの交点によって定まる線分の中点）を、それぞれ算出する。図 11には、 6つのスラ イスレベル SLa〜SLfそれぞれについて算出された中点 ma〜mfが示されている。
[0096] そして、中点 ma〜mfの Z位置の平均値 Z を、投景光学系 PLのべストフォーカス avg
位置 Z として算出する。
best
[0097] ここで、スライスレベル（SLa〜SLf)は、スリット透過光強度の変化曲線の頂点近傍
(ベストフォーカス位置近傍)や裾野部分を避け、両者の中間の Z位置変化に対する スリット透過光強度の変化の割合が大きい部分で、そのスリット透過光強度の変化曲 線と交わるような範囲内で、設定することが望ましい。その理由は、スリット透過光強 度の変化曲線に含まれるノイズ成分の割合はべストフォーカス位置近傍で大きくなり 、この部分の強度データはノイズ成分が支配的なため、これを避けることが望ましぐ また、スリット透過光強度の変化曲線の裾野部分では強度値が小さすぎるためである
[0098] 従って、例えば、図 11に示されるように、ボトムレベル Lbを 0%、ピークレベル Lpを 100%とした場合に、ピークレベルの 20%及び 80%を示すレベル直線 L 、 L の
20% 80% 間に、スライスレベル SLa〜SLfを設定することが望まし!/、。
[0099] 上述のようにして、ステップ 208で、投影光学系 PLのべストフォーカス位置 Z を算 oest 出した後、その値を内部メモリ内に記憶して、本ルーチンの一連の処理を終了する。
[0100] なお、上記のベストフォーカス位置の検出が完了すると、主制御装置 50は、不図示 のレチクル搬送系を介してレチクルステージ RSTから計測用レチクル Rmをアンロー ドする。
[0101] 本実施形態の露光装置 100では、主制御装置 50は、上述のようにして求めたべス トフォーカス位置 Z に基づ!/、て、多点焦点位置検出系（60a, 60b)の調整な!/、しは best
キャリブレーションを実行する。ここで、この多点焦点位置検出系（60a, 60b)の調整 としては、例えば特開 2002— 14005号公報及び特開 2002— 19830号公報及びこ れに対応する米国特許出願公開 2002Z0041377号明細書などに開示されるよう に、各センサの検出原点を調整することとすることができる。本国際出願で指定した 指定国 (又は選択した選択国)の国内法令が許す限りにおいて、上記米国特許出願 公開明細書における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
[0102] 上述のようにして構成され、上述のような機能を有する本実施形態の露光装置 100 では、通常のスキャニング'ステツパと同様の手順で、主制御装置 50によって各部が 制御され、レチクルロード、ウェハロード、レチクルァライメント及びァライメント系 ALG のベースライン計測、並びに EGAなどのウェハァライメントが行われる。
[0103] その後、主制御装置 50により、以下のようにして各部が制御され、ステップ ·アンド' スキャン方式の露光が行われ、ウェハ W上の複数のショット領域にレチクル Rのパタ ーンがそれぞれ転写される。
[0104] すなわち、主制御装置 50は、ウェハァライメントの結果として得られたウェハ W上の 各ショット領域の配列情報及びァライメント系 ALGのベースラインに基づ 、て、干渉 計 54W、 54Rからの位置情報をモニタしつつ、ウェハ Wの第 1ショット領域の露光の ための走査開始位置 (加速開始位置）に Zチルトステージ 38 (ウェハステージ WST) を移動するとともに、レチクルステージ RSTを走査開始位置 (加速開始位置）に移動 した後、両ステージ RST、 WSTの Y軸方向の相対走査を開始する。
[0105] そして、両ステージ RST、 WSTが所定の走査速度に達し、等速同期状態に達する と、照明系 10からの照明光 ILによりレチクル Rのパターン領域が照明され始め、第 1 ショット領域の走査露光が開始される。そして、レチクル Rのパターン領域の異なる領 域が、照明光 ILで逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することに より、ウェハ W上の第 1ショット領域の走査露光が終了する。これにより、レチクル尺の 回路パターンが投影光学系 PLを介して第 1ショット領域に縮小転写される。
[0106] 主制御装置 50は、上述の走査露光中は、レチクルステージ RSTの Y軸方向の移 動速度 Vrとウェハステージ WSTの Y軸方向の移動速度 Vwとが投影光学系 PLの投 影倍率に応じた速度比に維持されるように、ステージ制御装置 70を介してレチクルス テージ RST及びウェハステージ WSTを同期制御する。また、上記の走査露光中に、 主制御装置 50は、前述の検出されたべストフォーカス位置 Z に基づいて、調整が
best
行われた多点焦点位置検出系（60a、 60b)を用い、その受光系 60bからの焦点ずれ 信号に基づいて、投影光学系 PLの光軸 AX方向に関するウェハ Wの位置及び XY 面に対する傾斜 (すなわち、 θ χ, 0 y方向の回転)を調整することで、照明光 ILの照 射領域である露光領域内で投影光学系 PLの結像面 (最良結像面）とウェハ Wの表 面とを実質的に合致させるフォーカス'レべリング制御を行う。
[0107] このようにして、第 1ショット領域に対する走査露光が終了すると、主制御装置 50は 、次の第 2ショット領域の露光のための走査開始位置 (加速開始位置）へウェハステ ージ WSTを移動させるショット間のステッピング動作を行 、、その第 2ショット領域に 対する走査露光を上述と同様にして行う。
[0108] 以降、主制御装置 50により、上述のショット間のステッピング動作とショット領域に対 する走査露光動作とが繰り返され、ステップ ·アンド'スキャン方式でウェハ W上の全 てのショット領域にレチクル Rのパターンが転写される。
[0109] なお、上では、先に検出された投影光学系のベストフォーカス位置に基づいて、多 点焦点位置検出系（60a、 60b)の調整を行い、走査露光中には、この調整後の多点 焦点位置検出系（60a、 60b)を用いて、ウェハ Wのフォーカス 'レベリング制御を行う ものとしたが、これに限らず、先に検出された投影光学系のベストフォーカス位置を 用いて、多点焦点位置検出系（60a、 60b)の検出オフセット値を求めておき、走査露 光中には、この検出オフセット値と、多点焦点位置検出系（60a、 60b)の出力とを併 せて考慮しつつ、ウェハ Wのフォーカス ·レべリング制御を行うこととしても良！、。
[0110] 以上説明したように、本実施形態の露光装置 100で実行されるべストフォーカス検 出方法によると、照明光 ILにより計測用レチクル Rmに形成された計測用マーク PM を照明しつつ、投影光学系 PLによる計測用マーク PMの像 (空間像）に対してスリット 板 190を X軸方向へ走査して、該スキャン中にスリット 122を介して照明光 ILを受光 することにより計測用マーク PMの像の X軸方向の位置情報を検出する。そして、前 記検出結果に基づいて、スリット板 190を XY面内で (特に X軸方向に関して)位置決 めした状態で、照明光 ILにより計測用マーク PMを照明しつつ、スリット板 190を Z軸 方向へ走査して位置データ及びスリット 122を透過した照明光 IL (スリット透過光）の 強度データを所定のサンプリング間隔で取得し、該取得された複数の位置データと、 複数のスリット透過光の強度データとに基づ 、て、投影光学系 PLのべストフォーカス 位置を算出する。この場合、スリット板 190を光軸方向（Z方向）に連続移動させなが ら前記各データの取得が可能である。従って、投影光学系 PLの光軸に直交する 2次 元面内でのスリット板 190の 1回のスキャンと、その走査後における投影光学系 PLの 光軸方向に関するパターン板の 1回の走査との組み合わせによって、投影光学系 P Lのべストフォーカス位置を算出するためのデータの取得が可能となる。従って、前 述の従来例のように、スリット板 190 (パターン板)を光軸方向に関して多数の位置に 変化させ、し力も各位置でスリット板 190を走査させる必要がないので、格段に計測 時間を短縮することが可能である。また、上記のサンプリング間隔を可能な範囲で細 力べ設定することにより、多くのデータを取得可能であることから、ベストフォーカス位 置の検出精度 (検出分解能)の向上も期待される。
[0111] また、本発明の露光方法及び露光装置によると、本発明のベストフォーカス検出方 法を用いて、投影光学系 PLのべストフォーカス位置を検出し、該検出結果を利用し て、投影光学系 PLの光軸方向に関するウェハ Wの位置を調整し、レチクル Rに形成 されたパターンを投影光学系 PLを介して光軸方向に関する位置が調整されたゥェ ハ W上に転写する。従って、ベストフォーカス位置の検出が短時間で行われることか ら、ベストフォーカス位置の検出及び露光工程を含む全工程のスループットの向上を 図ることが可能である。また、前述の如ぐ投影光学系 PLのべストフォーカス位置の 検出精度の向上も可能であることから、結果的にデフォーカスによる露光不良の殆ど ないパターンのウェハ W上への高精度な転写も可能である。
[0112] また、スリット透過光強度からのベストフォーカス位置の算出は、スリット透過光強度 の変化曲線に移動平均を施した後の変化曲線に基づいて行われるので、受光器 94 の光センサ 24からの光電変換信号に含まれるノイズ成分や、多点焦点位置検出系（ 60a, 60b)からの信号に含まれるノイズ成分の影響を受けずに、高精度なベストフォ 一カス位置の検出を行うことが可能となる。
[0113] また、スリット透過光強度の変化曲線力 のべストフォーカス位置の算出は、ノイズ 成分が多く含まれるスリット透過光強度の最大レベル近傍、及びスリット透過光の強 度が小さ!/、最小レベル近傍を除く領域に設定されたスライスレベルと、スリット透過光 強度の変化曲線との 2つの交点の中点に基づいて算出されるため、ベストフォーカス 位置を精度良く検出することができる。 [0114] また、本実施形態では、複数のスライスレベルを設定し、各スライスレベルとスリット 透過光強度の変化曲線との交点力 導き出される複数の中点力 ベストフォーカス 位置を決定するので、ベストフォーカス位置を精度良く検出することができる。
[0115] また、本実施形態では、ベストフォーカス位置の計測に先立って行われる事前計測 サブルーチンにおいて、光センサ 24のゲイン調整を行い、適切なゲイン設定ができ たと判断した後に、ベストフォーカス位置の検出を行うことから、より高精度なベストフ オーカス位置の検出を行うことができる。
[0116] また、本実施形態では、ステップ 322の判断が否定された場合に、スリット板 190の Z位置を変更後に再度光センサ 24のゲイン設定力も行うこととして 、るので、結果的 によりべストフォーカス位置に近!、位置での空間像計測結果に基づ 、て高精度なゲ イン設定を行うことが可能である。
[0117] なお、上記実施形態では、ベストフォーカス位置の検出結果に基づいて調整ないし はキャリブレーションされた、焦点位置検出系（60a, 60b)を用いてウェハの Z位置を することとしたが、本発明がこれに限られるものではなぐ以下の方法を採用しても良 い。
[0118] すなわち、例えば上記実施形態のベストフォーカス位置の検出方法と同様の方法 を用いて、投影光学系 PLの視野内の評価点を変更しつつ、計測用マーク PMにつ V、てスリット透過光強度の計測、並びに投影光学系 PLのべストフォーカス位置の検 出を繰り返し行う。なお、 2つ目以降の評価点におけるベストフォーカス位置の計測 に際しては、それまでに求められたベストフォーカス位置を中心として Z方向に走査し ながらスリット透過光強度の計測を行う。
[0119] そして、各評価点におけるベストフォーカス位置に基づいて、所定の統計的処理を 行うことにより、投影光学系 PLの像面形状 (又は像面湾曲）を算出する。このとき、像 面傾斜を併せて算出することとしても良い。そして、露光に際しては、その算出された 像面湾曲に基づ ヽて結像特性が調整された投影光学系 PLを用いて露光を行うとと もに、像面傾斜を算出している場合には、その像面傾斜に合わせてウェハ Wの傾斜 を調整することとしても良い。なお、上記の像面形状などの計測を行なう場合には、 計測用レチクル Rmに例えば 2次元的に複数の計測用マークを配置しておくか、ある いはレチクルステージ RSTを 2次元方向に長ストロークで移動可能な構成を採用して 1つ又は 2つ以上のマークを投影光学系の視野内の任意の位置に移動できるように する必要がある。
[0120] なお、上記実施形態では、図 4のステップ 322における閾値条件として、空間像計 測により取得した計測用マーク PMの像 (空間像)の強度信号 (空間像プロファイル） の最大値が所定の閾値を超えること、及び像 (空間像)の線幅が所定の閾値より小さ くなることのいずれかであることとした力 本発明がこれに限られるものではなぐ閾値 条件としては、マークの像 (空間像)の強度信号のコントラストが所定の閾値を越える ことであるとしても良い。あるいは、閾値条件として、マークの像 (空間像)の強度信号 (空間像プロファイル)の最大値が所定の閾値を超えること、マークの像 (空間像)の 強度信号のコントラストが所定の閾値を越えること、及びマークの像 (空間像)の線幅 が所定の閾値より小さくなることの 3つのうちの任意の 2つの組み合わせ、あるいは 3 つの組み合わせであることとしても良 、。
[0121] なお、上記実施形態では、事前計測サブルーチンにお!/、て、光センサ 24のゲイン 設定力も行うこととしたが、本発明がこれに限られるものではなぐセンサゲイン設定 は必ずしも行わなくても良い。
[0122] なお、上記実施形態では、ベストフォーカス位置を検出するために、図 11に示され るような複数のスライスレベルを用い、各スライスレベルとスリット透過光強度の変化曲 線との交点力 導き出される複数の中点の値を平均した値をべストフォーカス位置と する場合について説明した力 本発明がこれに限られるものではなぐスライスレベル を 1つ設定し、そのスライスレベルを用いて計測される値をべストフォーカス位置とす ることとしてち良い。
[0123] なお、上記実施形態では、ベストフォーカス位置を検出する際に、マークが形成さ れた計測用レチクル Rmを用いたが、本発明がこれに限定されるものではなぐ露光 用のレチクルの一部に計測用マーク PMを設けることとしても良い。また、レチクルス テージ RST上に基準マーク板を設け、この基準マーク板上に複数の計測用マーク P Mを形成しても良い。
[0124] なお、上記実施形態では、計測用マーク PMとして、孤立パターンを用いることとし た力 本発明がこれに限られるものではなぐラインアンドスペースパターンを用いる こととしても良い。この場合、ベストフォーカス位置の計測は、大略以下のようにして行 われる。
[0125] まず、図 12 (A)に示されるように、ラインアンドスペースパターンの像 IAISの周期方 向（例えば X軸方向）の端部にスリット 122が位置するように、スリット板 190を移動し た後、スリット板 190を、矢印 F方向に移動して、スリット 122でラインアンドスペースパ ターンの像 IAISをその周期方向に平行な計測方向に走査して光強度を計測する。 そして、ラインアンドスペースパターンが奇数本であれば、パターンの像 IAISの光強 度分布のセンター位置を計測する。
[0126] 次に、図 12 (B)に示されるように、パターンの像 IAISの光強度分布のピーク位置に スリット 122を位置させた後、スリット 122を介して検出される光強度を計測しながら、 スリット板 190 (スリット 122)を、矢印 Hで示されるように、投影光学系の光軸 AXに平 行な方向（Z軸方向）に走査しながら、前述の計測用マーク PMの像に対する Zスキヤ ン計測の場合と同様の計測を実行する。
[0127] 孤立パターンの像又はラインアンドスペースパターンの像を投影光学系を介して像 面上に投影する際、 0次光、 1次回折光、 + 1次回折光の 3つの光束による 3光束 干渉によって像が形成されるように、投影光学系の開口絞りを調整し、他の回折光（ + 2次以上の次数の回折光、 2次以下の次数の回折光）が投影光学系の瞳を通過 するのをその開口絞りで阻止しても良い。このように、 3光束干渉によってパターンの 像を形成した場合、投影像 (空間像)の強度信号に含まれる 3次以上の高調波成分（ ノイズ成分)を低減することができる。
[0128] 上記実施形態では、投影光学系の像面側に 1つのウェハステージ WSTを配置し、 このウェハステージ WSTにウェハを載置すると共に、空間像計測装置 59の一部を 構成する光学系の一部を配置する構成について説明したが、本発明がこれに限定さ れるものでない。例えば、ウェハステージ WSTに加えて、別のステージを設け、この ステージに空間像計測装置 59の一部を構成する光学系の一部を配置しても良い。
[0129] また、上記実施形態では、露光用照明光として ArFエキシマレーザ光（193nm)を 用いる場合について説明した力 これに限らず KrFエキシマレーザ光（248nm)、 F レーザ光（157nm)、 g線（436nm)、 i線（365nm)、 Arレーザ光（126nm)、銅蒸
2
気レーザ、 YAGレーザの高長波等を露光用照明光として用いることができる。また、 例えば、真空紫外光として、 DFB半導体レーザ又はファイバーレーザ力 発振される 赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム (Er) (又はエルピウ ムとイッテルビウム (Yb)の両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光 学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
[0130] また、上記実施形態では、露光装置の照明光 ILとしては波長 lOOnm以上の光に 限らず、波長 lOOnm未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、近年、 70nm以下のパターンを露光するために、 SORやプラズマレーザを光源として、軟 X 線領域（例えば 5〜 15nmの波長域）の EUV (Extreme Ultraviolet)光を発生させると ともに、その露光波長（例えば 13. 5nm)の下で設計されたオール反射縮小光学系 、及び反射型マスクを用いた EUV露光装置の開発が行われている。さらに、例えば 国際公開国際公開第 2004Z053955号パンフレットなどに開示される、投影光学系 PLとウェハとの間に液体 (例えば純水など）が満たされる液浸型露光装置などにも本 発明を適用することができる。
[0131] また、上記実施形態では、本発明が半導体製造用の露光装置に適用された場合 について説明したが、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、液晶表示素 子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上 に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミ ックウェハ上に転写する露光装置、及び撮像素子 (CCDなど）、有機 EL、マイクロマ シン、 DNAチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。 また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなぐ光露光装置、 EUV露光装置、 X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造す るために、ガラス基板又はシリコンウェハなどに回路パターンを転写する露光装置に も本発明を適用できる。ここで、 DUV (遠紫外)光や VUV (真空紫外)光などを用い る露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガ ラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが 用いられる。また、プロキシミティ方式の X線露光装置、又は電子線露光装置などで は透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としては シリコンウェハなどが用いられる。
[0132] また、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置に組み込 み光学調整をするとともに、多数の部品力 なるレチクルステージ RST及びウェハス テージ WST等を露光装置のボディに取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調 整 (電気調整、動作確認等)をすることにより上記実施形態の露光装置を製造するこ とができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンル ームで行うことが望ましい。
[0133] 半導体デバイスは、デバイスの機能 ·性能設計を行うステップ、この設計ステップに 基づ 、たレチクルを製作するステップ、シリコン材料力 ウェハを製作するステップ、 前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウェハに転写するステップ 、デバイス組み立てステップ (ダイシング工程、ボンディング工程、ノ ッケージ工程を 含む）、検査ステップ等を経て製造される。
産業上の利用可能性
[0134] 以上説明したように、本発明のベストフォーカス検出方法は第 1面上に配置された ノ ターンの像を第 2面上に形成する投影光学系のベストフォーカス位置を検出する のに適している。また、本発明の露光方法及び露光装置は、マスクに形成されたパタ ーンを投影光学系を介して物体上に転写するのに適している。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1面上に配置されたパターンの像を第 2面上に形成する投影光学系のベストフォ 一カス位置を検出するべストフォーカス検出方法であって、
照明光により前記第 1面上に配置されたマークを照明しつつ、前記第 2面の近傍で 、かつ前記投影光学系の光軸に直交する 2次元面内で、前記投影光学系によって 形成された前記マークの像に対して開口パターンが形成されたパターン板を所定の 計測方向に走査し、該走査中に前記開口パターンを介した前記照明光を受光して 前記マークの像の前記計測方向に関する位置情報を検出する第 1工程と；
前記位置情報に基づ 、て前記パターン板を前記 2次元面内で位置決めし、前記照 明光により前記第 1面上に配置されたマークを照明しつつ、前記パターン板を前記 光軸方向に移動させ、その移動中に前記パターン板の前記光軸方向に関する位置 データ及び前記照明光の強度データを取得する第 2工程と；
取得した位置データと、取得した強度データとに基づいて、前記投影光学系のべス トフォーカス位置を算出する第 3工程と;を含むベストフォーカス検出方法。
[2] 請求項 1に記載のベストフォーカス検出方法にぉ 、て、
前記第 2工程では、前記光軸方向に関する位置データ及び前記照明光の強度デ ータを所定のサンプリング間隔で取得し、
前記第 3工程では、前記所定のサンプリング間隔で取得した複数の位置データと、 前記所定のサンプリング間隔で取得した複数の強度データとに基づいて、前記投影 光学系のベストフォーカス位置を算出することを特徴とするベストフォーカス検出方法
[3] 請求項 2に記載のベストフォーカス検出方法において、
前記第 3工程では、移動平均を用いて前記複数の位置データ及び前記複数の強 度データの一方の平滑化を少なくとも一回行い、平滑化後の一方のデータ及び平滑 化されていない他方のデータを用いて前記パターン板の前記光軸方向の位置に対 する前記照明光の強度の変化曲線を算出し、その変化曲線に基づいて前記べストフ オーカス位置を算出することを特徴とするベストフォーカス検出方法。
[4] 請求項 3に記載のベストフォーカス検出方法において、 前記第 3工程では、前記サンプリング間隔と前記複数の位置データ及び前記複数 の強度データに含まれる外乱の代表的な周波数である第 1の周波数とに基づ!、て予 め設定された第 1のサンプリング数での移動平均により、前記複数の位置データ及び 前記複数の強度データの一方を平滑ィ匕することを特徴とするベストフォーカス検出方 法。
[5] 請求項 4に記載のベストフォーカス検出方法において、
前記第 3工程では、前記第 1のサンプリング数での移動平均による平滑化後に、前 記位置データ及び強度データの少なくとも一方につ!、て、前記サンプリング間隔と前 記複数の位置データ及び前記複数の強度データに含まれる外乱の周波数である前 記第 1の周波数とは異なる第 2の周波数とに基づいて予め設定された第 2のサンプリ ング数での移動平均による平滑ィ匕を更に行うことを特徴とするベストフォーカス検出 方法。
[6] 請求項 2に記載のベストフォーカス検出方法において、
前記第 3工程では、移動平均を用いて前記複数の位置データ及び前記複数の強 度データの平滑ィ匕を少なくとも一回行い、平滑化後の両方のデータを用いて前記パ ターン板の前記光軸方向の位置に対する前記照明光の強度の変化曲線を算出し、 その変化曲線に基づいて前記べストフォーカス位置を算出することを特徴とするべス トフォーカス検出方法。
[7] 請求項 6に記載のベストフォーカス検出方法において、
前記第 3工程では、前記サンプリング間隔と前記複数の位置データ及び前記複数 の強度データに含まれる外乱の代表的な周波数である第 1の周波数とに基づ!、て予 め設定された第 1のサンプリング数での移動平均により、前記複数の位置データ及び 前記複数の強度データを平滑ィ匕することを特徴とするベストフォーカス検出方法。
[8] 請求項 7に記載のベストフォーカス検出方法において、
前記第 3工程では、前記第 1のサンプリング数での移動平均による平滑化後に、前 記位置データ及び強度データの少なくとも一方につ!、て、前記サンプリング間隔と前 記複数の位置データ及び前記複数の強度データに含まれる外乱の周波数である前 記第 1の周波数とは異なる第 2の周波数とに基づいて予め設定された第 2のサンプリ ング数での移動平均による平滑ィ匕を更に行うことを特徴とするベストフォーカス検出 方法。
[9] 請求項 1に記載のベストフォーカス検出方法にぉ 、て、
前記照明光は、所定の繰り返し周波数のパルス照明光であり、
前記第 2工程における、前記パターン板の前記光軸方向に関する位置データ及び 前記照明光の強度データの取得は、前記パルス照明光の発光毎に同時に行われる ことを特徴とするベストフォーカス検出方法。
[10] 請求項 1に記載のベストフォーカス検出方法にぉ 、て、
前記第 3工程では、前記パターン板の前記光軸方向の位置に対する前記照明光 の強度の変化曲線と、該変化曲線の強度の最大レベル近傍及び最小レベル近傍を 除く中間レベル領域に設定されたスライスレベルとの 2つの交点の中点に対応する前 記パターン板の光軸方向の位置を、前記べストフォーカス位置として算出することを 特徴とするベストフォーカス検出方法。
[11] 請求項 10に記載のベストフォーカス検出方法において、
前記第 3工程では、前記パターン板の前記光軸方向の位置に対する前記照明光 の強度の変化曲線と、該変化曲線の前記中間レベル領域に設定された複数のスライ スレベルとの各 2つの交点間の中点にそれぞれ対応する前記パターン板の前記光 軸方向の位置の平均値を、前記べストフォーカス位置として算出することを特徴とす るべストフォーカス検出方法。
[12] 請求項 1に記載のベストフォーカス検出方法にぉ 、て、
前記マークは、孤立パターンあるいはラインアンドスペースパターンであることを特 徴とするベストフォーカス検出方法。
[13] 請求項 1に記載のベストフォーカス検出方法にぉ 、て
前記第 1工程に先立って、前記照明光により前記第 1面上に配置されたマークを照 明しつつ、前記第 2面の近傍で、かつ前記投影光学系の光軸に直交する 2次元面内 で、前記投影光学系によって形成された前記マークの像に対して前記パターン板を 所定の計測方向に走査し、該走査中に前記開口パターンを介した前記照明光を受 光する受光素子の光電変換信号を取得し、該取得した前記光電変換信号に基づ ヽ て前記受光素子のゲイン調整を行う第 4工程を更に含むベストフォーカス検出方法。
[14] 請求項 13に記載のベストフォーカス検出方法において、
前記第 4工程の処理の終了後、前記第 1工程に先立って、前記第 4工程でなされた 前記センサゲインの調整が適切か否かを判断し、この判断が否定された場合に、前 記光電変換素子のゲイン調整が適切との判断がなされるまで、所定の手順で前記パ ターン板の前記光軸方向位置を変化させつつ、前記パターン板の前記計測方向の 走査及びその走査中の前記光電変換信号の取得を行う第 5工程を、更に含むベスト フォーカス検出方法。
[15] 請求項 1に記載のベストフォーカス検出方法にぉ 、て、
前記第 1工程の処理の終了後、前記第 2工程に先立って、前記第 1工程における 前記パターン板の前記計測方向の走査位置と、その位置毎に受光された前記照明 光とから得られる前記マークの像の強度信号が、所定の閾値条件を満足するか否か を判断し、その判断が否定された場合には、その閾値条件を満足するまで、所定の 手順で前記パターン板の前記光軸方向位置を変化させつつ、前記パターン板の前 記計測方向の走査及びその走査中の前記光電変換信号の取得を行う第 6工程を、 更に含むベストフォーカス検出方法。
[16] 請求項 15に記載のベストフォーカス検出方法において、
前記閾値条件は、前記マークの像の強度の最大値又はコントラストが、所定の閾値 を越えることであることを特徴とするベストフォーカス検出方法。
[17] 請求項 15に記載のベストフォーカス検出方法において、
前記閾値条件は、前記マークの像の線幅が所定の閾値より小さくなることであること を特徴とするベストフォーカス検出方法。
[18] 投影光学系を介して物体上に所定のパターンを形成する露光方法であって、 請求項 1〜17のいずれか一項に記載のベストフォーカス検出方法を用いて、前記 投影光学系のベストフォーカス位置を検出する検出工程と；
前記ベストフォーカス位置の検出結果に基づいて、前記投影光学系の光軸方向に 関する前記物体の位置を調整し、前記パターンを前記投影光学系を介して前記物 体上に形成する露光工程と；を含む露光方法。
[19] 請求項 18に記載の露光方法において、
前記ベストフォーカス位置の検出結果に基づいて、前記投影光学系の光軸方向に 関する前記物体の位置を検出する検出装置を調整する工程を更に含み、
前記露光工程では、調整された前記検出装置を用いて、前記物体の位置を調整 することを特徴とする露光方法。
[20] 第 1面上に配置されたパターンを投影光学系を用いて、第 2面上に配置された物体 上に形成する露光装置であって、
開口パターンが設けられた移動体と；
前記移動体を前記投影光学系の光軸方向及びこれに直交する 2次元面内方向に 駆動する駆動系と；
前記移動体に設けられた開口パターンを介して照明光を受光する受光素子を含む センサ部と；
前記第 1面上に配置されたマークを照明する照明系と；
前記マークを照明系からの前記照明光により照明しつつ、前記投影光学系によつ て形成された前記マークの像に対して、前記第 2面の近傍の前記 2次元面内で、前 記開口パターンが所定の計測方向に走査されるように、前記駆動系を介して前記移 動体を前記計測方向に走査駆動し、該走査駆動中に前記センサ部の前記受光素子 力 の出力信号に基づいて前記マークの像の前記計測方向に関する位置情報を検 出する第 1の処理装置と；
前記位置情報に基づ!、て前記移動体を前記 2次元面内で位置決めし、前記照明 系からの照明光により前記第 1面上に配置された前記マークを照明しつつ、前記駆 動系を介して前記移動体を前記光軸方向に移動し、その移動中に前記移動体の前 記光軸方向に関する位置データ及び前記照明光の強度データを取得する第 2の処 理装置と；
前記第 2の処理装置が取得した前記位置データと、前記第 2の処理装置が取得し た前記強度データとに基づいて、前記投影光学系のベストフォーカス位置を算出す る演算装置と；を備える露光装置。
[21] 請求項 20に記載の露光装置において、 前記第 2処理装置は、前記光軸方向に関する位置データ及び前記照明光の強度 データを所定のサンプリング間隔で取得し、
前記演算装置は、前記所定のサンプリング間隔で取得した複数の位置データと、 前記所定のサンプリング間隔で取得した複数の強度データとに基づいて、前記投影 光学系のベストフォーカス位置を算出することを特徴とする露光装置。
[22] 請求項 21に記載の露光装置において、
前記演算装置は、前記複数の第 1のデータ及び前記複数の第 2のデータの少なく とも一方について、データの移動平均を少なくとも一回行い、平滑化後の両方のデ ータ、又は平滑化後の一方のデータ及び平滑化されて ヽな ヽ他方のデータを用い て前記移動体の前記光軸方向の位置に対する前記光電変換信号の強度の変化曲 線を算出し、その変化曲線に基づ 、て前記べストフォーカス位置を算出することを特 徴とする露光装置。
[23] 請求項 20〜22のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記光軸方向に関する前記物体の位置を検出する検出装置と；
前記演算装置により算出された前記ベストフォーカス位置に基づいて前記検出装 置を調整する調整装置と；を更に備える露光装置。
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