WO2006009188A1 - 像面計測方法、露光方法及びデバイス製造方法、並びに露光装置 - Google Patents

像面計測方法、露光方法及びデバイス製造方法、並びに露光装置 Download PDF

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WO2006009188A1
WO2006009188A1 PCT/JP2005/013350 JP2005013350W WO2006009188A1 WO 2006009188 A1 WO2006009188 A1 WO 2006009188A1 JP 2005013350 W JP2005013350 W JP 2005013350W WO 2006009188 A1 WO2006009188 A1 WO 2006009188A1
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Tsuneyuki Hagiwara
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Nikon Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to an image plane measuring method, an exposure method, a device manufacturing method, and an exposure apparatus. More specifically, the present invention is formed on a mask mounted on a mask stage movable in a predetermined scanning direction.
  • An image plane measurement method for measuring a scanning image plane on which a pattern image is formed by a projection optical system, an exposure method including the image plane measurement method, a device manufacturing method using the exposure method, and the execution of the exposure method The present invention relates to a suitable exposure apparatus.
  • step strobe a batch exposure type such as a step-and-repeat reduction projection exposure apparatus (so-called step strobe) has been conventionally used.
  • Projection exposure equipment was mainly used, but in recent years, along with the high integration of semiconductor elements, stepped 'and' scan type projection exposure equipment (V, so-called scanning stepper (also called scanner)), etc., Scanning exposure apparatuses have come to be used relatively frequently.
  • reticle a mask or reticle
  • platen a reticle holder
  • the pattern surface of the reticle is almost uniformly held on the projection optical system side, the average position of the image plane also decreases, so the target position of the wafer in the optical axis direction of the projection optical system is the reticle. If the pattern surface is not bent, defocusing will occur if the pattern surface is the same. If the pattern surface of the reticle is deformed, the pattern projection optical system on the pattern surface The position in the direction perpendicular to the optical axis may also change, and such a lateral shift of the pattern also causes a distortion error. For this reason, more precise management of reticle flatness has been demanded.
  • the deformation of the reticle includes (a) sag due to its own weight, (b) deformation during polishing of the reticle glass substrate itself, and (c) when the reticle is forcibly held by suction on the reticle holder (platen). Deformation caused by the difference in flatness between the contact surfaces of the two can be considered. Since the state of deformation of such a reticle differs for each reticle and further for each reticle holder of the exposure apparatus, in order to accurately measure the deformation amount of the reticle, the reticle is actually applied to the reticle holder of the exposure apparatus. It is necessary to perform measurement while adsorbed and held.
  • AF sensor oblique incidence type focal position detection system
  • the oblique incidence type position sensor is the space between the reticle stage and the projection optical system, or the vicinity thereof.
  • the reticle stage in a scanning exposure apparatus, the reticle stage must have sufficient rigidity so that it does not deform even when stress is applied during acceleration / deceleration for synchronous scanning. For this reason, the reticle stage often takes a configuration with a sufficient thickness up to the limit almost contacting the projection optical system, for example.
  • the design of the projection optical system is easier when the space between the reticle and the projection optical system is narrower, the space between the projection optical system and the reticle becomes more and more accurate as the projection optical system becomes more accurate. It tends to decrease. Therefore, it has been difficult to arrange a reticle position sensor between the projection optical system and the reticle.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11 45846
  • An image of a pattern formed on a mask mounted on a mask stage movable in a predetermined running direction is obtained.
  • An area including the marked area is illuminated with illumination light, and an aerial image of at least one mark existing in the mark area is formed via the projection optical system, and the aerial image is formed using an aerial image measuring device.
  • the “scanning image plane” means an image plane on which an image of a pattern formed on a mask mounted on a mask stage movable in a predetermined scanning direction is formed by a projection optical system. . Therefore, not only the curvature of field due to the design residual and manufacturing error of the projection optical system itself, but also the flatness error of the mask (including unevenness error due to deformation), the vertical movement of the mask accompanying the change in the scanning direction of the mask stage, and It also includes image plane position variations caused by pitching and rolling.
  • the mask stage is moved in the scanning direction, and the area including the mark area where the predetermined mark is formed on the mask is illuminated with the illumination light, and is present in the mark area.
  • An aerial image of at least one mark is formed via a projection optical system, and the aerial image is measured using an aerial image measuring device.
  • the aerial image is measured by scanning the mask stage. Move with respect to direction and repeat.
  • the scanning image plane is calculated based on the measurement result of the aerial image of each mark for each movement position.
  • a mask position measurement sensor is not required, and a mask position measurement sensor is provided between the mask and the projection optical system. It is not necessary to secure a space for installing the. Therefore, the design freedom of the projection optical system is increased, and a high-performance projection optical system can be realized.
  • the aerial image measurement step includes a step of measuring positional information of the aerial image of the mark with respect to an optical axis direction of the projection optical system, and the projection optical system of the aerial image of the mark. Measuring position information regarding a direction in a plane perpendicular to the optical axis.
  • the mask stage on which the mask is placed and the object move synchronously with respect to the illumination light, and the pattern formed on the mask is transferred onto the object.
  • the image plane measuring method of the present invention the scanning image plane on which the image of the pattern formed on the mask is formed by the projection optical system is measured, and when the pattern formed on the mask is transferred, Based on the measurement result of the scanning image plane, correction is performed so as to bring the scanning image plane close to the surface of the object. Therefore, the pattern is transferred onto the object via the projection optical system without defocusing. Therefore, a fine pattern can be transferred onto the object with high accuracy.
  • a measurement control device that forms an aerial image of the mark via the projection optical system, and measures the aerial image using the aerial image measurement device; and a measurement result of the aerial image of the mark for each moving position; And a calculating device for calculating a scanning image plane on which an image of the pattern formed on the mask is formed by the projection optical system.
  • the measurement control apparatus moves the mask stage in the scanning direction, and illuminates the area including the mark area where the predetermined mark is formed on the mask with the illumination light from the illumination system. Then, an aerial image of at least one mark existing in the mark area is formed via a projection optical system, and the aerial image is measured using an aerial image measuring device.
  • Such aerial image measurement is repeatedly performed by the measurement controller while moving the mask stage in the scanning direction. Then, based on the measurement result of the aerial image of each mark for each movement position, the calculation device calculates a scanning image plane on which the pattern image formed on the mask is formed by the projection optical system.
  • the scanning image plane is measured instead of the mask pattern plane, a sensor for measuring the mask position is unnecessary, and the mask position measuring sensor is provided between the mask and the projection optical system and in the vicinity of the mask stage. It is no longer necessary to secure the sensor installation space. Therefore, the degree of freedom in designing the projection optical system is increased, and a high-performance projection optical system can be realized. As a result, high-precision projection transfer can be realized by the high-performance projection optical system. .
  • the present invention is a device manufacturing method using the exposure method of the present invention, even from another viewpoint.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of an exposure apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the reticle mark plate of FIG. 1.
  • FIG. 3 Enlarged view of the vicinity of the wafer stage in Fig. 1 and the drive device for the Z tilt stage
  • FIG. 4 is a diagram showing an internal configuration of the aerial image measurement apparatus of FIG.
  • FIG. 5 (A) is a diagram showing a state in which the aerial image PMy ′ is formed on the slit plate during the aerial image measurement.
  • FIG. 5 (B) is a diagram showing an example of a photoelectric conversion signal (light intensity signal) obtained in the above-described aerial image measurement.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the processing algorithm of the CPU inside main controller 50 related to the exposure operation, including the measurement operation of the scanning image plane of the pattern surface of reticle R in the exposure apparatus of the embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a specific example of subroutine 210 in FIG.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a specific example of subroutine 212 in FIG.
  • FIG. 9 is a plan view showing a reticle R.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a mark area on the reticle in FIG. 9.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a method for calculating a scanned image plane according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a flowchart for explaining an embodiment of a device manufacturing method according to the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 10 according to an embodiment.
  • the exposure apparatus 10 is a step-and-scan type scanning projection exposure apparatus, that is,! /, A so-called scanning “stepper” (also called a scanner).
  • the exposure apparatus 10 includes an illumination system including a light source 14 and an illumination optical system 12, a reticle stage RST as a mask stage that holds a reticle R as a mask, a projection optical system PL, and a wafer W as an object. It is equipped with a Ueno as an object stage that can be held and moved freely in the XY plane, a stage WST, and a control system that controls these. Although not shown in the drawings, the components other than the light source and the control system are actually Is an environmental control chain (not shown) in which the internal environmental conditions such as temperature and pressure are maintained with high accuracy.
  • an excimer laser light source that emits a pulse of laser light such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) is used here as an example.
  • This light source 14 is actually installed in a low-cleaning service room or the like other than the clean room in which the environmental control chamber is installed, and the illumination inside the environmental control chamber is not shown through a light transmission optical system (not shown). Connected to optical system 12.
  • the light source 14 is controlled by a main controller 50 that produces a workstation (or a microcomputer) to control on / off of laser emission, a center wavelength, a spectrum half width, a repetition frequency, and the like.
  • the illumination optical system 12 includes a beam shaping optical system 18, a fly-eye lens 22 as an optical integrator, an illumination system aperture stop plate 24, relay optical systems 28A and 28B, a fixed reticle blind 30A, a movable reticle blind 30B, and a mirror. M and condenser lens 32 etc. are provided.
  • the optical integrator a rod type (internal reflection type) integrator, a diffractive optical element, or the like can also be used.
  • the cross-sectional shape of the laser beam LB pulsed by the light source 14 is efficiently incident on the fly-eye lens 22 provided behind the optical path of the laser beam LB.
  • cylinder lenses and beam expanders are included for shaping!
  • the fly-eye lens 22 is disposed on the optical path of the laser beam LB emitted from the beam shaping optical system 18, and includes a number of point light sources (light source images) for illuminating the reticle R with a uniform illuminance distribution.
  • a surface light source that is, a secondary light source is formed.
  • the laser beam LB emitted from the secondary light source cover is also referred to as “illumination light IL”.
  • an illumination system aperture stop plate 24 also including a disk-shaped member is disposed.
  • an aperture stop composed of a normal circular aperture, an aperture stop for annular illumination, an aperture stop for a modified light source method, and the like are arranged at substantially equal angular intervals.
  • the illumination system aperture stop plate 24 is rotated by a driving device 40 such as a motor controlled by a main control device 50, and thereby A force aperture stop is selectively set on the optical path of the illumination light IL. In this manner, in this embodiment, various illumination conditions such as annular illumination and modified illumination can be realized.
  • a beam splitter 26 having a small reflectance and a large transmittance is disposed on the optical path of the illumination light IL emitted from the illumination system aperture stop plate 24, and reticle blinds 30A and 30B are further disposed on the optical path behind this.
  • the relay optical system (28A, 28B) is arranged with the intervening.
  • the fixed reticle blind 30A is arranged at or near the conjugate plane with respect to the pattern surface of the reticle R, and is a slit-shaped illumination area IAR (elongated on the reticle R in the X-axis direction (the direction orthogonal to the plane of the drawing in FIG. 1)).
  • a rectangular opening that defines (see Fig. 1) is formed.
  • the scanning direction at the time of scanning exposure here, the Y-axis direction which is the horizontal direction in the drawing in FIG. 1
  • the non-scanning direction (X-axis direction) correspond respectively.
  • a movable reticle blind 3OB having an opening having a variable direction position and width is arranged.
  • the movable reticle blind 30B has, for example, a pair of L-shaped blades, and the opening is formed by the pair of L-shaped blades. By further restricting the illumination area IAR via the movable reticle blind 30B at the start and end of the scanning exposure, exposure of unnecessary portions is prevented.
  • the movable reticle blind 30B is also used for setting an illumination area for a later-described aerial image measurement.
  • an integrator sensor 46 having a light receiving element force such as a PIN photodiode having a high response frequency is arranged.
  • the operation of the illumination system configured as described above will be briefly described.
  • the laser beam LB pulsed from the light source 14 is incident on the beam shaping optical system 18, where the laser beam LB enters the rear fly-eye lens 22.
  • the cross-sectional shape is shaped so as to efficiently enter, the light enters the fly-eye lens 22.
  • a secondary light source is formed on the exit-side focal plane of the fly-eye lens 22 (in this embodiment, substantially coincides with the pupil plane of the illumination optical system 12).
  • the illumination light IL emitted from the secondary light source passes through one of the aperture stops on the illumination system aperture stop plate 24 and then reaches the beam splitter 26 having a high transmittance and a low reflectivity.
  • This beam splitter 26 passes through The passing illumination light IL passes through the first relay lens 28A, passes through the rectangular opening of the fixed reticle blind 30A and the opening of the movable reticle blind 30B, passes through the second relay lens 28B, and passes through the optical path by the mirror M. After being bent vertically downward, the slit-shaped illumination area IAR on the reticle R held on the reticle stage RST is illuminated with a uniform illumination distribution through the condenser lens 32.
  • the illumination light IL reflected by the beam splitter 26 is received by the integrator sensor 46 via the condenser lens 44, and the photoelectric conversion signal force of the integrator sensor 46 is not shown.
  • the signal is supplied to the main controller 50 through the signal processor 80 having the AZD change.
  • a platen portion (not shown) is provided on the reticle stage RST, and is fixed to the platen portion by a reticle R force such as vacuum suction (or electrostatic suction).
  • reticle stage RST is two-dimensionally (in the X-axis direction and directly intersecting with Y in the XY plane) in the XY plane perpendicular to optical axis
  • AX of projection optical system PL by reticle stage drive system 56R including a linear motor.
  • a mechanical clamping mechanism that presses the reticle R against the reticle stage RST is used in order to prevent displacement of the reticle R due to acceleration applied when scanning the reticle stage RST. It is also pretty.
  • a reticle fiducial mark plate (hereinafter referred to as a reference member) made of a glass substrate having a flat bottom surface (hereinafter referred to as a "reference surface").
  • RFM is extended in the X-axis direction (abbreviated as “reticle mark plate”).
  • This reticle mark plate RFM is also fixed to the reticle stage RST because of the power of the same glass material as the reticle R, such as synthetic quartz fluorite, lithium fluoride and other fluoride crystals.
  • the reference plane of reticle mark plate RFM is designed to be the same height as the pattern surface of reticle R, and is approximately the same size as the slit-shaped illumination area IAR described above.
  • An imaging characteristic evaluation mark (hereinafter simply referred to as “evaluation mark”) is used to measure imaging characteristics such as distortion and curvature of field of the system PL. It is made.
  • FIG. 2 is a plan view showing reticle mark plate RFM.
  • the reference surface (lower surface, the back surface in FIG. 2) of reticle mark plate RFM is, for example, in the X-axis direction.
  • Two rows of evaluation marks FRM, ⁇ , FRM, FRM, ⁇ , FRM are established at predetermined intervals
  • the force in which the cross mark is used is not limited to this.
  • the cross mark may be formed by two line “and” space patterns having orthogonal arrangement directions. Also, even if the array is distributed evenly over the entire reference plane, it is all right.
  • the reticle stage RST is formed with an opening serving as a path for the illumination light IL below the reticle R and the reticle mark plate RFM.
  • a movable mirror 52R that reflects the laser beam from reticle laser interferometer (hereinafter referred to as "reticle interferometer") 54R is fixed, and is within the XY plane of reticle stage RST. This position is always detected by the reticle interferometer 54R, for example, with a resolution of about 0.5 to 1 nm.
  • the reticle stage RST has a movable mirror having a reflecting surface orthogonal to the scanning direction (Y-axis direction) during scanning exposure and a reflecting surface orthogonal to the non-scanning direction (X-axis direction).
  • a movable mirror and a reticle Y interferometer and a reticle X interferometer corresponding to these movable mirrors are typically shown as a movable mirror 52R and a reticle interferometer 54R.
  • the end surface of reticle stage RST may be mirror-finished to form a reflecting surface (corresponding to the reflecting surface of movable mirror 52R).
  • the reflecting surface 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 this embodiment), at least one corner is used.
  • a cube type mirror (for example, a retro reflector) may be used.
  • the reticle Y interferometer is a two-axis interferometer having two measurement axes, and the reticle stage RST is based on the measurement value of the reticle Y interferometer.
  • the rotation around the Z axis ( ⁇ z rotation) can also be measured.
  • Position information of reticle stage RST from reticle interferometer 54R is sent to stage controller 70 and main controller 50 via this.
  • the stage control device 70 controls the movement of the reticle stage RST via the reticle stage drive system 56R in accordance with an instruction from the main control device 50.
  • the projection optical system PL is arranged below the reticle stage RST in FIG. 1, and the direction of the optical axis AX is the Z-axis direction.
  • the projection optical system PL is a double-sided telecentric reduction system, and the optical axis AX direction.
  • a refracting optical system including a plurality of lens elements arranged at a predetermined interval along the axis is used.
  • the projection magnification of the projection optical system PL is, for example, 1Z4, 1Z5, etc.
  • the slit-shaped illumination area IAR on the reticle R is illuminated by the illumination light IL from the illumination optical system 12
  • the slit-shaped illumination area IAR passing through the reticle R is passed through the projection optical system PL by the illumination light IL.
  • a reduced image (partially reduced image) of the circuit pattern of the reticle R in the illumination area IAR is formed in the exposure area IA conjugate with the illumination area IAR on the wafer W having a resist (photosensitive agent) coated on the surface thereof.
  • the plurality of lens elements of the projection optical system PL some of the plurality of lens elements (hereinafter referred to as "movable lenses") are connected to a drive element (not shown) such as a piezo element. Therefore, it can be driven minutely in the direction of the optical axis AX and the tilt direction with respect to the XY plane.
  • the drive voltage of each drive element (drive amount of the drive element) is controlled by the imaging characteristic correction controller 78 in accordance with a command from the main controller 50, and thereby, the imaging characteristic of the projection optical system PL, for example, Field curvature, distortion, magnification, spherical aberration, astigmatism, and coma are corrected.
  • the wafer stage WST includes an XY stage 42 and a Z tilt stage 38 mounted on the XY stage 42.
  • each ⁇ position drive system 27 has three actuators (for example, a voice coil motor) 21 that independently drive the respective support points on the lower surface of the tilt stage 38 in the optical axis direction ( ⁇ axis direction) of the projection optical system ⁇ L, and And an encoder 23 for detecting the driving amount (displacement from the reference position) in the axial direction by the actuator 21 at each support point by the vertical position driving system 27 of the vertical tilt stage 38.
  • actuators for example, a voice coil motor
  • an encoder 23 for detecting the driving amount (displacement from the reference position) in the axial direction by the actuator 21 at each support point by the vertical position driving system 27 of the vertical tilt stage 38.
  • each encoder 23 for example, an optical or electrostatic linear encoder is used.
  • the three tilt positions 38 are tilted with respect to the optical axis ⁇ direction ( ⁇ axis direction) and the plane perpendicular to the optical axis ( ⁇ surface) by the three actuators 21 that constitute the three ⁇ position drive systems 27, respectively.
  • the drive device is configured to drive in the direction, that is, the 0 X direction that is the rotation direction around the X axis, and the 0 y direction that is the rotation direction around the vertical axis.
  • the amount of drive in the Z-axis direction of each support point by the Z position drive system 27 of each Z tilt stage 38 measured by each encoder 23 depends on the stage controller 70 and this.
  • the main control device 50 calculates the position of the Z tilt stage 38 in the Z-axis direction and the leveling amount ( ⁇ X rotation amount, 0 y rotation amount). .
  • a linear motor, etc., that drives the XY stage 42 and three Z position drive systems 27 are shown as a wafer stage drive system 56W!
  • a movable mirror 52W that reflects a laser beam from a wafer laser interferometer (hereinafter referred to as a “wafer interferometer”) 54W is fixed on the Z tilt stage 38, and the wafer interferometer 54W disposed outside is fixed.
  • the position in the XY plane of the Z tilt stage 38 (wafer stage WST) is always detected with a resolution of, for example, about 0.5 to Lnm.
  • the Y axis that is the scanning direction at the time of scanning exposure
  • a moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the direction and a moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the X-axis direction, which is the non-scanning direction, are provided, and the wafer interferometer is also compatible with the X laser interferometer and the Y laser.
  • Interferometers are provided, but in Fig. 1 these are typically shown as moving mirror 52W and wafer interferometer 54W.
  • the end surface of the Z tilt stage 38 may be mirror-finished to form a reflecting surface (corresponding to the reflecting surface of the movable mirror 52W).
  • the X laser interferometer and the Y laser interferometer are multi-axis interferometers having a plurality of measuring axes.
  • rotation shown (rotation around the Z axis) z rotation
  • pitching ⁇ X rotation around the X axis
  • rolling ⁇ y rotation around the Y axis
  • the multi-axis interferometer tilts 45 ° and irradiates the laser beam to the reflecting surface installed on the mount (not shown) on which the projection optical system PL is placed via the reflecting surface installed on the Z tilt stage 38.
  • the relative position information regarding the optical axis direction (Z-axis direction) of the projection optical system PL may be detected.
  • Position information (or speed information) of the Z tilt stage 38 (wafer stage WST) is supplied to the stage control device 70 and the main control device 50 via this.
  • the stage controller 70 controls the position of the Z tilt stage 38 (wafer stage WST) in the XY plane via the wafer stage drive system 56W in accordance with an instruction from the main controller 50.
  • this aerial image measuring device 59 includes an in-stage component provided on the Z tilt stage 38, that is, a relay optical system including a slit plate 90 and lenses 84 and 86, and an optical path bending mirror 88. And a light transmitting lens 87, and a component outside the stage provided outside the wafer stage WST, that is, a mirror 96, a light receiving lens 89, an optical sensor 124, and the like.
  • the slit plate 90 is in a state of closing the opening with respect to the projecting portion 58 having an upper opening provided on the upper surface of one end of the wafer stage WST.
  • the upper force is also inserted.
  • the slit plate 90 is rectangular in plan view (viewed from above).
  • a reflection film 83 that also serves as a light shielding film is formed on the upper surface of the light receiving glass 82, and a slit-like opening pattern (hereinafter referred to as “slit”) 122 is formed in a part of the reflection film 83 by a pattern wing.
  • slit slit-like opening pattern
  • the slit plate 90 has a slit 1227 having a predetermined width 2D extending in the Y-axis direction (2D is, for example, 0.115111 (15011111)), and the X-axis.
  • 2D slit 122x with a predetermined width extending in the direction and force Force formed by the positional relationship shown in Fig. 4 (A) In Fig. 3, these slits 122x and 122y are typically shown as slits 122 ! /
  • the lengths of the slits 122x and 122y are about 16 ⁇ m to 25 ⁇ m in the f row.
  • the slits 122x and 122y are collectively referred to as the slit 122 as appropriate.
  • the slit plate 90 is used to perform inter-sensor calibration of a reference mark plate on which a reference mark used for alignment baseline measurement described later and other reference marks are formed, and a multi-point focal position detection system described later. It may also serve as at least one of the reference reflectors. Of course, a reference mark plate may be provided separately from the slit plate 90.
  • the material of the light receiving glass 82 here, synthetic quartz, fluorite, or the like having good transparency of KrF excimer laser light or Ar F excimer laser light is used.
  • a relay optical system comprising lenses 84 and 86 with a mirror 88 that horizontally folds the optical path of the illumination light IL incident vertically downward through the slit 122 (84, 86) is placed and relayed by the relay optical system (84, 86) for the predetermined optical path length on the side wall on the + Y side of wafer stage WST behind the optical path of this relay optical system (84, 86).
  • a light transmission lens 87 for transmitting the illumination light beam to the outside of the wafer stage WST is fixed.
  • a mirror 96 having a predetermined length in the X-axis direction is obliquely provided at an inclination angle of 45 ° on the optical path of the illumination light IL sent out from the wafer stage WST by the light sending lens 87.
  • the optical path of the illumination light IL sent out of the wafer stage WST is bent 90 ° vertically upward.
  • a light receiving lens 89 having a larger diameter than that of the light transmitting lens 87 is disposed on the bent optical path.
  • An optical sensor 124 is disposed above the light receiving lens 89.
  • the light receiving lens 89 and the optical sensor 124 are accommodated in a case 92 while maintaining a predetermined positional relationship, and the case 92 is secured via an attachment member 93. It is fixed in the vicinity of the upper end of the support post 97 planted on the upper surface of the support 16.
  • a photoelectric conversion element capable of accurately detecting weak light, for example, a photomultiplier tube (PMT, photomultiplier tube) or the like is used.
  • the photoelectric conversion signal P from the optical sensor 124 is sent to the main controller 50 via the signal processor 80 in FIG.
  • the signal processing device 80 can be configured to include, for example, an amplifier, a sample holder, an AZD converter (usually having a resolution of 16 bits).
  • the slit 122 as described above is described below assuming that the slit 122 is formed in the slit plate 90 for the sake of convenience, below the force formed in the reflective film 83.
  • the aerial image measurement device 59 configured as described above, projection images (spatial images) of various marks on the reticle R or the reticle mark plate RFM via the projection optical system PL, which will be described later.
  • the slit plate 90 of the aerial image measurement device 59 is illuminated by the illumination light IL that has passed through the projection optical system PL during the measurement, the illumination light IL that has passed through the slit 122 on the slit plate 90 is converted into the lens 84. Then, it is led out of the wafer stage WST through the mirror 88, the lens 86, and the light transmitting lens 87.
  • the illumination light IL led out of the wafer stage WST is bent vertically upward by the mirror 96, received by the optical sensor 124 through the light receiving lens 89, and the amount of light received from the optical sensor 124 is changed to the received light amount.
  • the corresponding photoelectric conversion signal (light quantity signal) P is output to the main controller 50 via the signal processor 80.
  • the projection image (aerial image) of the evaluation mark or measurement mark is measured by the slit scan method.
  • the light transmitting lens 87 is replaced by the light receiving lens 89 and the optical sensor. Will move against 124. Therefore, in the aerial image measurement device 59, the size of each lens and the mirror 96 is set so that all the light passing through the light transmission lens 87 moving within a predetermined range is incident on the light receiving lens 89.
  • a lead-out part is configured, and the light-receiving lens 89 and the optical sensor 124 constitute a light-receiving part that receives the light led out of the wafer stage WST.
  • the light guiding part and the light receiving part are mechanically separated.
  • the light derivation unit and the light receiving unit are optically connected via a mirror 96.
  • the optical sensor 124 is provided at a predetermined position outside the wafer stage WST, the heat generated by the optical sensor 124 adversely affects the measurement accuracy and the like of the wafer interferometer 54W. We try to suppress it as much as possible. Also, since the outside and inside of wafer stage WST are not connected by a light guide or the like, the drive accuracy of wafer stage WST is adversely affected as if the outside and inside of wafer stage WST are connected by a light guide. Do not receive it.
  • the optical sensor 124 may be provided in the user or stage WST.
  • An aerial image measurement method performed using the aerial image measurement device 59 will be described in detail later.
  • an off-axis alignment system ALG for detecting alignment marks (alignment marks) on the wafer W is provided.
  • this alignment system ALG an image processing type alignment sensor, a so-called FIA (Field Image Alignment) system is used.
  • the alignment ALG detection signal is supplied to the main controller 50.
  • the exposure apparatus 10 of the present embodiment has a light source whose on / off is controlled by the main controller 50, and is directed toward the image plane of the projection optical system PL.
  • An irradiation system 60a that irradiates an image forming light beam for forming images of a large number of pinholes or slits in an oblique direction with respect to the optical axis AX, and a reflected light beam on the surface of the wafer W of the image forming light beam is received.
  • An oblique incidence type multipoint focal point detection system is provided as an object position measurement mechanism consisting of a light receiving system 60b.
  • main controller 50 during stage of scanning exposure, wafer stage drive system 56W so that the focus shift becomes zero based on a defocus signal (defocus signal) from light receiving system 60b, for example, an S curve signal.
  • a defocus signal defocus signal
  • the Z tilt stage 38 in the Z-axis direction and two-dimensional tilt Control tilt ie, rotation in ⁇ ⁇ , ⁇ y direction
  • Z tilt via stage controller 70 and wafer stage drive system 56W based on output of multi-point focus position detection system (6 Oa, 60b)
  • the exposure area conjugate with the illumination area IAR illumination area of the illumination light IL
  • the image plane of the projection optical system PL substantially matches the surface of the wafer W within the IA. Execute belling control.
  • the reticle mark on the reticle R and the corresponding reticle mark above the reticle R via the projection optical system PL are separated by a predetermined distance in the X-axis direction.
  • TTR Through The Reticle
  • these reticle alignment detection systems those having the same structure as those disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-176468 and US Pat. No. 5,646,413 corresponding thereto are used.
  • national legislation in the designated country (or selected selected country) designated in this international application the disclosures in the above publications and US patents are incorporated herein by reference.
  • the force Z tilt stage 38 which is not shown, has a Shack-Hartman wavefront aberration measurement disclosed in, for example, the pamphlet of International Publication No. 2003/065428.
  • a vessel can be installed.
  • aerial image measurement using the aerial image measurement device 59 by horizontal slit scanning (hereinafter, referred to as “horizontal scanning” as appropriate) will be briefly described.
  • FIG. 4 shows a state in which the aerial image of the measurement mark PMy formed on the reticle R 1 is being measured using the aerial image measurement device 59.
  • Reticle R 1 in FIG. 4 is a test reticle dedicated to aerial image measurement, a device reticle used for device manufacturing, and a reticle on which a dedicated measurement mark is formed, or the reticle mark plate RFM described above. A member on which a mark used for aerial image measurement is formed is typically shown.
  • measurement mark P My whose longitudinal direction is the X-axis direction and measurement mark PMx whose longitudinal direction is the Y-axis direction are formed on reticle R1 at predetermined locations.
  • the measurement mark PMy and the measurement mark PMx are respectively in the X-axis direction or the Y-axis direction. It may be a mark having periodicity, for example, a line and space (LZS) mark having a duty ratio of 1: 1.
  • the measurement mark PMy and the measurement mark PMx may be arranged close to each other.
  • the main reticle 50 drives the movable reticle blind 30B shown in FIG. 1 via a blind drive device (not shown), and the illumination area of the illumination light IL Is limited to a predetermined area including the measurement mark PMy (see Fig. 4).
  • light emission of the light source 14 is started by the main controller 50, and when the illumination light IL is irradiated onto the measurement mark PMy, the light diffracted and scattered by the measurement mark PMy (illumination light IL) is caused by the projection optical system PL. Refracted to form a spatial image (projected image) of the measurement mark PMy on the image plane of the projection optical system PL.
  • wafer stage WST forms a spatial image PMy ′ of measurement mark PMy on + Y side (or ⁇ Y side) of slit 122y on slit plate 90.
  • stage controller 70 drives wafer stage WST in the + Y direction as shown by arrow Fy in FIG. Is scanned in the Y-axis direction with respect to the aerial image PMy '.
  • the light (illumination light IL) passing through the slit 122y is received by the optical sensor 124 via the light receiving optical system in the wafer stage WST, the reflection mirror 96 outside the wafer stage WST, and the light receiving lens 89.
  • the photoelectric conversion signal P is supplied to the signal processing device 80 shown in FIG.
  • the photoelectric conversion signal is subjected to predetermined processing, and a light intensity signal corresponding to the aerial image PMy ′ is supplied to the main control device 50.
  • the signal from the optical sensor 124 is changed by the signal from the integrator sensor 46 shown in FIG.
  • a signal standardized by division processing is supplied to the main controller 50.
  • the output signal from the optical sensor 124 input via the signal processor 80 during the scanning drive and the Y-axis direction of the Z tilt stage 38 input via the stage controller 70 The intensity signal (aerial image profile) of the projection image (aerial image) is acquired by simultaneously acquiring the information on the position (Y position) at a predetermined sampling interval.
  • FIG. 5B shows the intensity signal P of the projection image (aerial image) obtained during the above-described aerial image measurement. An example is shown.
  • the wafer stage WST When measuring the aerial image of the measurement mark PMx, the wafer stage WST is positioned at the position where the aerial image of the measurement mark PMx is formed on the + X side (or -X side) of the slit 122x on the slit plate 90.
  • the wafer stage WST is driven in the + X direction as shown by the arrow Fx in Fig. 5 (A), and measurement is performed by the slit scan method similar to the above, so that the measurement mark PMx An intensity signal corresponding to the aerial image can be obtained.
  • step 204 a subroutine for wavefront aberration measurement processing for the projection optical system in step 204.
  • the measurement of the PL wavefront aberration is performed for a predetermined number of effective areas within the field of view of the projection optical system PL (here, the area substantially corresponds to the illumination area IAR). Perform for measurement points (evaluation points).
  • coefficients of each term of the Fringe-Zell-Ke polynomials in which the wavefront for each evaluation point is expanded are obtained.
  • the wavefront aberration of the projection optical system PL is minimized at all the evaluation points based on the coefficients of the terms of the Fringe-Zerke polynomial obtained in step 204.
  • a command value for the driving amount of each movable lens in each direction of freedom is calculated and applied to the imaging characteristic correction controller 78.
  • the imaging characteristic correction controller 78 calculates the driving voltage of each driving element corresponding to the command value, and the driving element is driven with the calculated driving voltage. Characteristic calibration (lens calibration) is performed.
  • step 208 reticle replacement (reticle is mounted on reticle stage RST, , Just load the reticle).
  • reticle replacement reticle is mounted on reticle stage RST, , Just load the reticle.
  • a reticle reticle R
  • a platen not shown
  • a pair of reticle alignment marks RM 1 and RM 2 are formed at positions that are symmetrical with respect to the linear reticle center in the non-scanning direction passing through the center (reticle center) on the reticle R. Yes.
  • nine pairs of mark regions MR are respectively along a pair of first opposing sides parallel to the scanning direction (Y-axis direction) of the light shielding band ESB and outside the light shielding band ESB.
  • Each mark area is preferably separated from the pattern area PA by a predetermined distance, for example, about a width of the light-shielding band (for example, about 1 to 6 mm on the reticle) or more. This is because the width of the opening of the movable reticle blind 30B in the non-scanning direction is adjusted so that the edge of each blade is applied to a pair of opposing sides parallel to the Y-axis direction of the light shielding band during exposure. This is because the illumination region IL can be irradiated with the illumination light IL without irradiating the mark region with the illumination light IL.
  • five pairs of mark regions MD, MU, MD are formed along a pair of second opposing sides parallel to the non-scanning direction (X-axis direction) of the light shielding band ESB and outside the light shielding band ESB. , MU,
  • Each mark area is preferably separated from the pattern area PA by a predetermined distance, for example, about the width of the light-shielding band ESB (for example, about 1 to 6 mm on the reticle).
  • each of the above mark areas is shielded from light such as chromium having a width of about 1 to 6 mm on the reticle, for example, 1.4 mm (350 / zm on a wafer) to prevent stray light during measurement. It is preferable to be surrounded by a pattern (light-shielding film).
  • the focus measurement marks Mx and My are 29 lines as an example.
  • the LZS mark with a duty ratio of 1: 1 (1 ⁇ O / zm) is used.
  • the force focus measurement mark that is an LZS mark having a large line width can be used as the image position measurement mark.
  • step 301 of FIG. 7 the count value k of the first counter indicating the order of evaluation mark measurement is initialized to 1 (k ⁇ l).
  • reticle stage RS is passed through reticle stage drive system 56R.
  • the movable reticle blind 30B is driven via a blind drive device (not shown), and the kth evaluation mark (here, the first evaluation mark FRM) is included.
  • the Z tilt stage is adjusted so that the height position of the surface of the slit plate 90, that is, the position in the Z-axis direction (hereinafter abbreviated as "Z position") is a predetermined initial position. 38 Z position is adjusted via stage controller 70.
  • the “initial position” in this case is the default Z position (height, for example, when the exposure apparatus is started up or when the previously detected best focus position is erased by initializing the apparatus, etc. Position), for example, the neutral position (origin position) of the encoder 23 described above is adopted, and the data of the best focus position detection result (measurement value of the multipoint focus position detection system) performed before is not deleted.
  • the best focus position that is data of the detection result is adopted.
  • An aerial image is measured by scanning, and an intensity signal (aerial image profile) with the horizontal axis of the projected image (aerial image) of the kth evaluation mark (here, the first evaluation mark FRM) as the X position. Le).
  • the horizontal direction in the Y-axis direction is the same as described above for the measurement mark PMy.
  • An aerial image is measured by direction scanning, and an intensity signal (aerial image pro-
  • Step 312 for a predetermined number of steps (here, 15), it is determined whether or not the aerial image measurement is performed by changing the Z position of the slit plate 90.
  • the determination in Step 312 was denied, and the process moved to Step 314, where the Z position of the slit plate 90 was changed according to a predetermined procedure. Then return to step 308.
  • the Z position of the slit plate 90 in step 314 is set and changed by the k-th (here, the first evaluation mark FRM) by the multi-point focus position detection system (60a, 60b).
  • the order of setting and changing may be arbitrary.
  • step 312 determines whether the k-th evaluation mark is difficult.
  • the k-th evaluation mark here, the first evaluation mark FRM
  • step 316 the kth evaluation mark (here, the first evaluation mark FRM)
  • the best focus position of the kth evaluation mark (here, the first evaluation mark FRM) is ⁇ C.
  • the contrast value of the intensity signal obtained by the 15 horizontal scans in the Y-axis direction obtained for each Z position (optical axis direction position) of the slit plate 90 is calculated, and the contrast value is calculated by the least square method.
  • Z2 is a reticle mark plate on which the kth evaluation mark (here, the first evaluation mark FRM) is formed.
  • This Zbest is the multi-point focus position that detects the z position of the surface of the detection object at the nearest detection point of the kth evaluation mark (here, the first evaluation mark FRM) k 1,1.
  • This is the measured value of the sensor in the detection system (60a, 60b) (that is, the offset value of the detection origin force that is set).
  • the measurement position in the Z-axis direction is not limited to the above 15 positions, but may be any other number! Needless to say!
  • a pattern whose longitudinal direction is parallel to either the X-axis direction or the Y-axis direction may be particularly important. Therefore, in the above averaging process of Z and Z to calculate the best focus position Zbest, Then, the averaging process can be performed by weighting the best focus position in the pattern in the important direction.
  • next step 318 it is determined whether or not the processing has been completed for all evaluation marks.
  • the processing for the first evaluation mark FRM has only been completed.
  • step 320 the count value k of the first counter is incremented by 1 (k ⁇ k + ⁇ ), and then returns to step 304. Thereafter, the determination at step 318 is affirmed. Until this is done, the processing from step 304 onward is repeated.
  • step 318 determines whether the determination in step 318 is affirmed. If the determination in step 318 is affirmed, the process proceeds to step 322, and an approximated curved surface (or approximated plane) is calculated by the method of least squares. After calculating the projection image plane by the projection optical system PL, the processing of this sub-routine is terminated and the process returns to step 212 of the main routine.
  • step 212 a subroutine process for measuring a scanning image plane on which an image of the pattern of the reticle R is formed by the projection optical system PL is performed.
  • the scanned image plane corresponds to a plane such as the locus of the image plane projected on the Weno side and W side through the projection optical system PL by the “local area” in the reticle pattern plane that moves sequentially with scanning.
  • it includes a flatness error of reticle R (including irregularities due to deformation), reticle R vertical movement accompanying a change in position in the scanning direction of reticle stage RST, and variations in image plane position caused by pitching and rolling.
  • step 402 in FIG. The count value m of the second counter indicating the number of the mark area is initialized to 1 (iml).
  • the m-th mark area (here, the first mark area MU) is stored in the projection optical system PL. Running in the field of view
  • Reticle stage RST is driven so that it is positioned in the center of the ⁇ direction.
  • the position adjustment of reticle stage RST in step 404 is performed by, for example, detecting the pair of reticle alignment marks RM1 and RM2 described above simultaneously using the pair of reticle alignment detection systems described above. This can be done based on the detection result.
  • the movable reticle blind 30B is driven via a blind drive device (not shown), and the m-th mark area (here, the first mark area MU) is driven.
  • step 408 similarly to step 306 described above, the Z position of the Z tilt stage 38 is set via the stage control device 70 so that the Z position of the surface of the slit plate 90 becomes a predetermined initial position. Adjust.
  • step 410 focus measurement in the m-th mark area (here, the first mark area MU) is performed by horizontal scanning in the X-axis direction as in step 308 described above.
  • the focus measurement in the m-th mark area (here, the first mark area MU) is performed by horizontal scanning in the Y-axis direction as in step 310 described above.
  • next step 414 based on the intensity signals (aerial image profile) of the projection image (aerial image) of the image position measurement marks Mx and My obtained in the above steps 410 and 412, respectively.
  • the aerial image profile of the image position measurement mark Mx is the coordinate position (X position) in the measurement direction at the midpoint of the two intersections of the aisle (this aerial image profile has a mountain shape) and the predetermined slice level.
  • step 416 it is determined whether or not the aerial image measurement has been performed by changing the Z number of the slit plate 90 by a predetermined number of steps (here, 15).
  • the determination in step 416 is denied, and the process proceeds to step 418, and in the same manner as in step 314 described above, the slit plate is scanned.
  • step 416 determines whether the focus measurement mark Mx is processed in the same procedure as in step 316 described above.
  • Each point position is calculated, and the average value of the two best focus positions is calculated as the best focus position of the point on the pattern surface of the reticle R on which the mth mark area is formed (the best imaging plane). Position).
  • step 420 the focus measurement marks Mx and My each of the best frames.
  • step 422 the judgment in this step 422 is denied, and the process proceeds to step 424, where After incrementing the value m by 1 (mm + 1), the process returns to step 404, and thereafter the processing from step 404 onward is repeated until the determination in step 422 is affirmed.
  • the intensity signal (aerial image profile) force of the projected image (aerial image) is acquired, and the best force position of the point on the pattern surface of the reticle R where each mark area is formed (the best imaging Surface position), image position measurement mark Mx projection position (X position) and image position
  • step 422 determines whether the determination in step 422 is affirmed. If the determination in step 422 is affirmed, the process proceeds to step 426, and the scanning image plane of the pattern surface of reticle R is calculated (estimated) as follows.
  • step 422 At the stage where the determination in step 422 is affirmative, the image of the pattern formed on the reticle R mounted on the reticle stage RST is formed by the projection optical system PL. Evaluation of 20 points on the scanning image plane Point, that is, the evaluation point ULLR shown in Figure 11
  • Z (L) Z (L) Z (R) Z (R) and Z (D) are stored in the memory.
  • the Y coordinates of the evaluation points that are paired with each other are the same.
  • the Y coordinate value is different from the MR area ML and ML area, but the best focus position of the mark area MU
  • Z (U) is almost the same as the best focus position at the midpoint of the line connecting the mark areas MR and ML.
  • the Y-coordinate quadratic curve between the measured evaluation points complements the coefficients a, b, and c according to the Y-coordinate.
  • the curve between Y1 and Y2 is expressed as the following equation (2).
  • step 426 mark area mark area MU, ML to ML, MR
  • step 426 after calculating the scanning image plane as described above, the subroutine of step 212 is terminated, and the process returns to step 214 of the main routine of FIG.
  • step 214 the difference between the scanning image plane obtained in step 212 with respect to the reference image plane measured in step 210 is calculated, and the reticle mark pattern RFM reference on the pattern surface of reticle R is calculated based on the calculation result.
  • IAR exposure area IA
  • step 216 it is determined whether or not the correction amount calculated in step 214 is larger than a predetermined threshold value.
  • the case where the determination in step 216 is affirmative is a case where the residual error is too large even if the imaging characteristics are corrected as much as possible (that is, an error state). If it is sandwiched between the platen and the reticle, the reticle manufacturing error may be large. Therefore, if the determination in step 216 is affirmed, the process proceeds to step 224, and an error message such as a foreign object being caught is displayed on the screen of a display (not shown) and an alarm is sounded to the operator. After it has been issued, the operation is stopped in step 226 (a series of processing of this routine is forcibly terminated).
  • step 216 determines whether the scanning image plane closer to the reference image plane caused by the difference between the pattern surface of reticle R and the reference plane of reticle mark plate RFM is performed. Since the exposure is possible after the correction of the imaging characteristics including it, the process proceeds to step 218, and the exposure operation for printing the circuit pattern of the semiconductor element on the wafer is started. That is, for example, one lot of wafers is sequentially loaded onto the Z tilt stage 38, and scanning exposure is performed on the shot areas of each wafer. During this scanning exposure, the movable lens is moved via the imaging characteristic correction controller 78 according to the Y coordinate of the reticle stage RST based on the imaging characteristic correction amount obtained in step 214 above.
  • the Z tilt stage 38 is driven via the stage controller 70 and the wafer stage drive system 56W, and the wafer W is corrected so that it is ideally matched so that the surface of the wafer W approaches the corrected scanning image plane ( That is, the above-described focus / leveling control is executed).
  • correction for driving the above-described movable lens to bring the scanning image plane closer to the reference plane is not always required during scanning exposure, for example, prior to scanning exposure. It can also be.
  • the main controller 50 calculates the amount of focus position change ⁇ ′ that occurs before scanning exposure, and during scanning exposure, ⁇ It is also possible to execute the above-described focus leveling control based on the target value of the focus position changed by “ ⁇ ”. As a result, the curvature of field and defocus caused by the stagnation of the pattern surface of the reticle R are corrected, and the surface of the wafer W is adjusted to the actual image surface with respect to the pattern surface of the reticle R with high accuracy.
  • the primary component of the image plane change in the non-scan direction is corrected by the rolling (tilt in X direction) control of the tilt stage 38, and the second or higher component is corrected. Is corrected by driving the movable lens.
  • the image plane change in the scanning direction is corrected by the pitching ( ⁇ direction tilt) control of the ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ tilt stage 38, and the offset component of the image plane is ⁇ tilt stage 38. Corrected by control of the vertical axis position (focus control)
  • step 220 it is determined whether or not the power to continue the exposure. If the determination in step 220 is affirmed, the process proceeds to step 222 to determine whether or not to replace the reticle.
  • step 220 determines whether the series of processing of this routine is terminated.
  • the main controller 50 is more concrete.
  • the CPU and software program realize a measurement control device, calculation device, object position setting mechanism, and emergency alarm device. That is, the measurement control device is realized by the processing of steps 402 to 424 and 301 to 320 performed by the CPU, and the calculation device is realized by the processing of steps 322 and 426 performed by the CPU.
  • the object position setting mechanism is realized by the processing of step 218 performed by the CPU, and the emergency alarm device is realized by the processing of steps 216, 224, and 226 performed by the CPU.
  • the correction device is realized by the processing of step 218 performed by the imaging characteristic correction controller 78 and the CPU of the main controller 50.
  • main controller 50 as the measurement controller moves reticle stage RST with respect to the scanning direction in steps 402 to 424 in FIG. Illuminate the area including the mark area on R with illumination light IL from the illumination system (12, 14), and project the spatial image of the focus mark and image position measurement mark existing in the mark area PL And the aerial image is measured using an aerial image measuring device 59.
  • Such aerial image measurement is repeatedly performed by the main controller 50 while moving the reticle stage RST in the scanning direction.
  • the main control device 50 as a calculation device calculates the pattern image formed on the reticle R based on the measurement result of the aerial image of the mark for each moving position.
  • the scanning image plane formed by the projection optical system PL is calculated.
  • the above-described scanning image plane is detected rather than the reticle pattern plane itself, so that a sensor for measuring the reticle (mask) position is not required. Accordingly, it is not necessary to secure a space for installing the reticle (mask) position measurement sensor between the reticle R and the projection optical system PL, and the design freedom of the projection optical system PL is increased, resulting in high performance.
  • the projection optical system PL can be realized. As a result, the high-performance projection optical system PL realizes highly accurate pattern transfer.
  • static deformation that occurs depending on the position of the reticle stage R ST (Z position and tilt associated with a change in the scanning direction position of the reticle stage RST)
  • the static deformation (determined and reproduced according to the position of the reticle stage RST in the running direction), which is not a dynamic variation, is also a substantial change in the scanning image plane. It becomes a shape.
  • such a deformation of the scanning image plane caused by the reticle stage which is caused only by the suction surface, is also corrected.
  • the scanning image plane is corrected with respect to the reference image plane, that is, the imaging characteristics in the optical axis direction of the projection optical system PL are corrected.
  • the present invention is not limited to this.
  • the projection position of 2 is the image position measurement mark Mx, M in the mth mark area to be measured.
  • the main controller 50 Since the projection position of y is stored in the memory, the main controller 50 is connected to the reticle R.
  • the reticle used for the exposure and the reticle used for the exposure are compared based on the difference in projection position between the corresponding marks in the corresponding mark area measured for the immediately preceding reticle R. It is also possible to obtain the distortion error and distortion error distribution caused by the difference in deformation state and correct this.
  • main controller 50 drives a part of the movable lens of projection optical system PL via image formation characteristic correction controller 78 described above, so that the non-scan direction (X-axis direction) is related. Corrects the distortion component and the magnification component in the X-axis and Y-axis directions. The main controller 50 also adjusts the relative speed of the reticle stage RST and wafer stage WST in the Y-axis direction during scan synchronous control and the relative angular speed adjustment of the keying between the two stages. Correct the distortion component for (direction).
  • the force described in the case where the Z position and the tilt of the plurality of movable lenses of the projection optical system PL are adjusted by the imaging characteristic correction controller 78 is not limited to this.
  • the imaging characteristic correction controller 78 may adjust the gas pressure in the hermetic chamber formed between some lens elements, or may shift the center wavelength of the illumination light IL output from the light source 14. Good.
  • the main controller 50 displays the scanned image plane measured in the above-described step 212 in the step 212. Correction for bringing the surface of the wafer w closer, that is, only focus' leveling control of the wafer W may be performed.
  • the case where the calibration (lens calibration) of the imaging characteristics of the projection optical system is performed based on the measurement result of the wavefront aberration is not limited to this.
  • Open 2002- 198303 and US Patent Application Publication No. 20 02Z0041377 corresponding to this a plurality of types of marks for measuring imaging characteristics (aberration) are formed on the reticle mark plate RFM.
  • the aerial images of these marks are measured using the aerial image measuring device 59 by the method disclosed in the above publication, and the imaging characteristics of the projection optical system are determined based on the measurement results. Calibration (lens calibration) may be performed.
  • the imaging characteristics of the projection optical system may be calibrated based on the result of printing on a wafer using a test reticle.
  • national legislation in the designated country (or selected selected country) designated in this international application the disclosures in the above publications and published US patent applications are incorporated herein by reference.
  • the multipoint focal position detection system (60a, 60b) on the reference image plane at each detection point is measured.
  • the above-mentioned focus W leveling control of the wafer W may be performed in consideration of these offsets by obtaining a detection offset, or the detection light incident angle from the irradiation system 60a, or re-inspection in the light receiving system 60b.
  • the position of the slit image to be formed may be shifted so as to cancel the offset.
  • main controller 50 detects the projection position of the focus measurement mark (isolated line) by the horizontal scan described above, the projection center of the projected image (spatial image) of the mark, and the slit.
  • the illumination from the illumination system (12, 14) While illuminating the mark area of reticle R placed on reticle stage RST with bright light IL, Z tilt stage 38 is moved in the optical axis AX direction (Z-axis direction) via stage controller 70 and wafer stage drive system 56W.
  • Position data and signals related to the Z-axis direction of the Z tilt stage 38 which is obtained based on the output of the multipoint focus position detection system (60a, 60b) during the Z scan.
  • Optical sensor input via processing device 80 The intensity data of the output signal of the sensor 124 is acquired at a predetermined sampling interval.
  • the main controller 50 monitors the output of the multipoint focus position detection system (60a, 60b) with the above-mentioned initial position as the movement center, and moves within a range of a predetermined width around the movement center. Move.
  • the best focus position of the projection optical system PL is calculated by a slicing method using one or a plurality of slice levels.
  • the slicing method is a method in which the midpoint of the two intersections between the slit transmitted light intensity change curve obtained during the Z scan and the slice level is determined, and the Z position of the midpoint is the best focus position. is there.
  • the midpoint between the two intersections of the slit transmitted light intensity change curve and each slice level (the midpoint of the line segment determined by each two intersections) is Each of these values is calculated, and the average value of the multiple midpoints may be used as the best focus position.
  • the scanning image plane is expressed using a plurality of quadratic functions, and the shape of the scanning image plane is calculated using the function.
  • the shape of the scanning image plane is calculated using the function.
  • it is not limited to.
  • the shape of the scanned image plane may be calculated using that function.
  • Marks are Y1-Y9.
  • the mark area to be measured among the mark areas located on both sides in the scanning direction of the pattern area PA is measured. You can increase the number (measurement points).
  • the suction partial force within the reticle pattern surface is arranged at both ends in the X-axis direction on the reticle, the reticle pattern surface force itself in the Y-axis direction along the center of the reticle in the X-axis direction Therefore, it is desirable that the function is composed of a function and a parameter that can easily express such a saddle shape.
  • Adsorption partial force in the reticle pattern surface Even if the portion has another shape, it is easy to be deformed according to the shape of the adsorption surface, to easily express the shape, and to be composed of functions and parameters. It is preferable to use it.
  • the function for determining the shape of the scanned image plane is determined with reference to the deformed shape obtained by the FEM (Finite Element Method) simulation, assuming the above-described adsorption portion split shape, for example. Good. Alternatively, it may be determined with reference to the measurement result of the reticle flatness.
  • the present invention is not limited to this, and a test reticle having a good flatness of the suction surface may be used.
  • the reference image plane becomes the scanning image plane of the pattern surface of the test reticle, so that the reference image plane is more appropriate in consideration of the suction state.
  • the width of the opening of the movable reticle blind 30B in the non-scanning direction is Fully open each blade so that it reaches the maximum, and irradiate these mark areas with illumination light.
  • each blade is closed so that the width of the opening of the movable reticle blind 30B in the non-scanning direction substantially coincides with the width of the light-shielding band, and irradiation of illumination light to the mark area (measurement mark) Prevent (incorrect transfer to wafer).
  • the measurement pattern (measurement mark) on the reticle R may be a spatial frequency modulation type phase shift pattern (phase shift reticle).
  • a shading type phase shift pattern may also be used.
  • the circuit on the reticle When the pattern has a pattern force equivalent to a plurality of chips, it may be possible to arrange a pattern other than the circuit pattern at the boundary of the area corresponding to each chip. In such a case, the same mark area as described above is also arranged at the boundary portion, and the image position (Z position) is measured even with the measurement mark in the mark area.
  • the scanning image plane may be estimated also using. In such a case, the accuracy of estimation of the scanned image plane can be further improved.
  • the shape of the mark region arranged in the boundary portion is It may be downsized.
  • a mark having only a pattern having a longitudinal direction in the X-axis direction instead of a measurement mark in the mark area shown in FIG. 10, and a mark having only a pattern having a longitudinal direction in the Y-axis direction Only one of the two can be used. If such a mark may be transferred onto the wafer, that is, if it may be formed on a part of the semiconductor integrated circuit, the measurement mark is placed in the circuit pattern. Needless to say, this mark can also be used for estimation of the scanning image plane.
  • magnification of the projection optical system in the exposure apparatus of the above embodiment may be any of an equal magnification and an enlargement system as well as a reduction system
  • the projection optical system PL is not only a refractive system but also a reflective system and a catadioptric system.
  • the system may be displaced, and the projected image may be an inverted image or an upright image.
  • the force described in the case of using KrF excimer laser light or ArF excimer laser light as illumination light IL is not limited to this, but light having a wavelength of 170 nm or less, for example, F laser light (wavelength 157 nm ), Other vacuum ultraviolet rays such as Kr laser light (wavelength 146 nm)
  • the laser light output as the above-mentioned light source power as vacuum ultraviolet light
  • a single wavelength laser light in the infrared region or visible region oscillated by the DFB semiconductor laser or fiber laser force For example, harmonics amplified with a fiber amplifier doped with erbium (Er) (or both erbium and ytterbium (Yb)) and converted to ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used.
  • Er erbium
  • Yb ytterbium
  • the illumination light IL of the exposure apparatus is not limited to light having a wavelength of lOOnm or more, and light having a wavelength of less than lOOnm may be used.
  • EUV Extreme Ultraviolet
  • SOR Spin-Reflection Reduction
  • a plasma laser as a light source
  • An EUV exposure system using an all-reflection reduction optical system designed under a wavelength (eg, 13.5 nm) and a reflective mask is being developed.
  • the present invention can be suitably applied to a powerful apparatus.
  • a liquid for example, pure water
  • a function of filling a liquid such as water is provided between the projection optical system and the wafer (and the slit plate of the aerial image measurement device).
  • an oblique incidence type focal position detection system having a short wafer-side baking distance cannot be arranged.
  • a capacitance sensor or a water pressure sensing type position sensor can be used as the focus position detection system.
  • At least a part of the aerial image measurement device 59 is provided on the Z tilt stage 38 on which the wafer W is placed, but the position where the aerial image measurement device is arranged is It is not limited to this.
  • a measurement stage that can move in the XY direction on the wafer base 16 is provided, and an aerial image measurement is performed on this measurement stage. All or part of the device can also be provided.
  • the wafer stage WST can be reduced in size and weight by omitting the aerial image measuring device 59, and there is an advantage that the controllability of the wafer stage WST can be further improved.
  • the position of the measurement stage is measured by a laser interferometer in the same manner as Ueno and stage WST, and the position of the measurement stage is controlled with high accuracy in the X-axis direction and the Y-axis direction based on the measurement result.
  • the position is controlled with high accuracy based on the output of the multipoint focal position detection system (60a, 60b). Therefore, in this case as well, the scanning image plane can be measured with high accuracy as in the above embodiment.
  • An illumination optical system and a projection optical system composed of a plurality of lenses are incorporated in the exposure apparatus main body, optical adjustment is performed, and a reticle stage wafer stage made up of a large number of mechanical parts is exposed.
  • the exposure apparatus of the above embodiment can be manufactured by attaching wiring and piping to the main unit, and performing overall adjustment (electrical adjustment, operation check, etc.). wear. It is desirable to manufacture the exposure apparatus in a clean room where the temperature and cleanliness are controlled.
  • the present invention is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, but is used for manufacturing a display including a liquid crystal display element and the like.
  • An exposure apparatus for transferring a device pattern onto a glass plate, and manufacturing a thin film magnetic head It can also be applied to exposure devices that transfer device patterns used in ceramics onto ceramic wafers, and exposure devices that are used to manufacture image sensors (CCDs, etc.), micromachines, organic EL, and DNA chips.
  • image sensors CCDs, etc.
  • micromachines organic EL
  • DNA chips DNA chips.
  • glass substrates, silicon wafers, etc. are used to manufacture reticles or masks used in optical exposure equipment, EUV exposure equipment, X-ray exposure equipment, electron beam exposure equipment, etc., which are made only by microdevices such as semiconductor elements.
  • the present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern.
  • a transmission type reticle is generally used.
  • quartz glass, fluorine-doped quartz glass, or meteorite is used.
  • Magnesium fluoride, or quartz is used.
  • Proximity X-ray exposure apparatuses or electron beam exposure apparatuses use transmissive masks (stencil masks, membrane masks), and silicon masks are used as mask substrates.
  • FIG. 13 shows a flowchart of a manufacturing example of a device (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin film magnetic head, a micromachine, etc.).
  • a device a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin film magnetic head, a micromachine, etc.
  • step 501 design step
  • step 502 mask manufacturing step
  • a wafer manufacturing step a wafer is manufactured using a material such as silicon.
  • step 504 wafer processing step
  • step 505 device assembly step
  • the process 505 includes processes such as a dicing process, a bonding process, and a packaging process (chip sealing) as necessary.
  • step 506 the device created in step 505 is inspected, such as an operation confirmation test and an endurance test. After these steps, the device is completed and shipped.
  • FIG. 14 shows a detailed flow example of step 504 in the semiconductor device.
  • step 511 oxidation step
  • step 512 CVD step
  • step 513 electrode formation step
  • step 514 ion implantation step
  • ions are implanted into Ueno.
  • the post-processing step is executed as follows.
  • step 515 resist formation step
  • step 516 exposure step
  • step 518 etching step
  • step 519 resist removal step
  • the exposure apparatus and the exposure method of the above embodiment are used in the exposure step (step 516), so that the reticle pattern on the wafer can be accurately formed. As a result, productivity (including yield) of a highly integrated microphone device can be improved.
  • the image plane measurement method of the present invention is mounted on a mask stage movable in a predetermined scanning direction.
  • the pattern image formed on the mounted mask is suitable for measuring the scanning image plane formed by the projection optical system.
  • the exposure method and exposure apparatus of the present invention are suitable for transferring a pattern onto an object.
  • the device manufacturing method of the present invention is suitable for manufacturing micro devices.

Abstract

　主制御装置（５０）は、レチクルステージ（ＲＳＴ）を走査方向に移動し、レチクル（Ｒ）上の、所定のマークが形成されたマーク領域を含む領域を照明光（ＩＬ）で照明して、前記マーク領域内に存在する少なくとも１つのマークの空間像を投影光学系（ＰＬ）を介して形成し、該空間像を空間像計測装置（５９）を用いて計測する。このような空間像の計測を、主制御装置は、レチクルステージを走査方向に移動しながら繰り返し行う。そして、主制御装置は、移動位置毎の前記各マークの空間像の計測結果に基づいて、レチクルに形成されたパターンの像が投影光学系によって形成される走査像面を算出する。この算出結果に基づいて、主制御装置は、走査露光中のウエハのフォーカス・レベリング制御を行う。これにより、レチクル（マスク）位置計測用のセンサを用いることなく、高精度な露光を実現する。

Description

明 細 書
像面計測方法、露光方法及びデバイス製造方法、並びに露光装置 技術分野
[0001] 本発明は、像面計測方法、露光方法及びデバイス製造方法、並びに露光装置に 係り、更に詳しくは、所定の走査方向に移動可能なマスクステージ上に搭載されたマ スクに形成されたパターンの像が投影光学系によって形成される走査像面を計測す る像面計測方法、該像面計測方法を含む露光方法及び該露光方法を用いるデバイ ス製造方法、並びに前記露光方法の実施に好適な露光装置に関する。
背景技術
[0002] 半導体素子 (集積回路)、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するリソグ ラフイエ程では、従来、ステップ'アンド'リピート方式の縮小投影露光装置 (いわゆる ステツバ)などの一括露光型の投影露光装置が主として用いられていたが、半導体 素子の高集積化に伴い、近年では、ステップ'アンド'スキャン方式の投影露光装置（ V、わゆるスキャニング'ステツパ (スキャナとも呼ばれる） )などの、走査型露光装置が、 比較的に多く用いられるようになってきた。
[0003] これまでのステツパゃスキャナでは、レチクルホルダ（プラテン）に吸着された際の回 路パターンが形成されたマスク又はレチクル (以下、「レチクル」と総称する）の変形は レチクルによらず同様であると 、う前提で、装置の設計が行われて!/、た。
[0004] しかるに、この種の投影露光装置の投影光学系においては、限界に近い解像力が 求められているため、その解像力を高めるべく投影光学系の開口数 (NA)が大きく設 定され、その結果として焦点深度 (DOF)がかなり浅くなつている。すなわち、近年の 投影光学系の高 NAィ匕に伴う狭 DOF化により、レチクルの変形による結像誤差も次 第に無視できなくなってきた。
[0005] すなわち、仮にレチクルのパターン面がほぼ一様に投影光学系側に橈むと、像面 の平均的な位置も低下するため、投影光学系の光軸方向に関するウェハの目標位 置がレチクルのパターン面が撓まな 、ときと同じではデフォーカスが発生する。また、 レチクルのパターン面が変形すると、そのパターン面上のパターンの投影光学系の 光軸に垂直な方向の位置も変化することがあり、このようなパターンの横ずれはデイス トーシヨン誤差の要因にもなる。このため、レチクル平坦度のより精密な管理が求めら れるようになってきている。
[0006] レチクルの変形としては、（a)自重による橈み、（b)レチクルのガラス基板自体の研 磨時の変形、 (c)レチクルをレチクルホルダ (プラテン）に強引に吸着保持する際に両 者の接触面の平面度の相違により発生する変形等が考えられる。このようなレチクル の変形の状態は、レチクル毎に、更には露光装置のレチクルホルダ毎に異なってくる ため、レチクルの変形量を正確に測定するには、レチクルを実際に露光装置のレチ クルホルダに吸着保持した状態で測定する必要がある。
[0007] そこで、迅速にレチクルの面形状を計測するために、投影光学系の光軸方向に関 するウェハの位置を検出するための斜入射方式の焦点位置検出系（AFセンサ）と同 様の位置センサをレチクルステージ側にも配置することが考えられる。
[0008] この場合、レチクルのパターン面は下面、すなわち投影光学系側の面であることか ら、その斜入射方式の位置センサは、レチクルステージと投影光学系との間の空間、 又はその近傍に配置することとなる力 特に走査型露光装置では、レチクルステージ は同期走査のための加減速時に応力を受けても変形しないように、十分な剛性を保 つ必要がある。このため、レチクルステージは例えば投影光学系に殆ど接触する限 界まで十分な厚さを備えた構成を取る場合が多い。更に、レチクルと投影光学系との 間の空間が狭い方が投影光学系の設計は容易であるため、投影光学系が高精度化 するにつれて、ますます投影光学系とレチクルとの間の空間は少なくなる傾向にある 。従って、レチクル用の位置センサを投影光学系とレチクルとの間に配置するのは困 難になっていた。
[0009] 力かる点に鑑み、レチクル側のステージと投影光学系との間の空間が狭ぐその空 間にレチクルのパターン面の形状を計測するためのセンサを設置することが困難な 場合でも、そのパターン面の形状を計測でき、ひいては良好な結像特性が得られる 走査型露光方法及び走査型露光装置が、提案されている (特許文献 1、 2、 3等参照
) o
[0010] しかるに、特許文献 1ないし 3に記載の走査型露光方法及び走査型露光装置では 、レチクル側の位置センサ（レチクル AFセンサ）が必須であり、投影光学系の真上で はないとは言え、投影光学系の近傍に、その AFセンサを配置するための空間が必 要であり、これにより投影光学系ゃレチクルステージの設計自由度が必ずしも十分で はないものとなっている。
[0011] 特許文献 1 :特開平 11 45846号公報
特許文献 2：特開平 11― 26345号公報
特許文献 3 :米国特許第 6, 549, 271号明細書
発明の開示
課題を解決するための手段
[0012] 本発明は、上述した事情の下でなされたもので、第 1の観点からすると、所定の走 查方向に移動可能なマスクステージ上に搭載されたマスクに形成されたパターンの 像が投影光学系によって形成される走査像面を計測する像面計測方法であって、前 記マスクステージを前記走査方向に関して移動しつつ、移動位置毎に、前記マスク 上の、所定のマークが形成されたマーク領域を含む領域を照明光で照明して、前記 マーク領域内に存在する少なくとも 1つのマークの空間像を前記投影光学系を介し て形成し、該空間像を空間像計測装置を用いて計測する、空間像計測工程と;前記 移動位置毎の前記マークの空間像の計測結果に基づいて、前記走査像面を算出す る算出工程と；を含む像面計測方法である。
[0013] ここで、「走査像面」は、所定の走査方向に移動可能なマスクステージ上に搭載さ れたマスクに形成されたパターンの像が投影光学系によって形成される像面を意味 する。従って、投影光学系自体の設計残差及び製造誤差による像面湾曲のみでなく 、マスクの平坦度誤差 (変形による凹凸誤差を含む)や、マスクステージの走査方向 位置変化に伴うマスク上下動、並びにピッチング及びローリングにより生じる像面位 置の変動をも含む。
[0014] これによれば、マスクステージを走査方向に関して移動し、マスク上の、所定のマー クが形成されたマーク領域を含む領域を照明光で照明して、前記マーク領域内に存 在する少なくとも 1つのマークの空間像を投影光学系を介して形成し、該空間像を空 間像計測装置を用いて計測する。このような空間像の計測を、マスクステージを走査 方向に関して移動して繰り返し行う。そして、移動位置毎の各マークの空間像の計測 結果に基づいて、走査像面を算出する。すなわち、マスクのパターン面ではなぐそ れが投影された走査像面を計測するので、マスク位置計測用のセンサが不要である と共に、マスクと投影光学系との間に、マスク位置計測用のセンサを設置するスぺー スを確保する必要もない。従って、投影光学系の設計自由度が増大し、高性能な投 影光学系が実現可能となる。
[0015] この場合において、前記空間像計測工程は、前記マークの前記空間像の前記投 影光学系の光軸方向に関する位置情報を計測する工程と、前記マークの前記空間 像の前記投影光学系の光軸に垂直な面内の方向に関する位置情報を計測するェ 程と、を含むこととすることができる。
[0016] 本発明は、第 2の観点力もすると、マスクが載置されたマスクステージと物体とを同 期して照明光に対して移動し、前記マスクに形成されたパターンを前記物体上に転 写する露光方法であって、本発明の像面計測方法により、前記マスクに形成された パターンの像が投影光学系によって形成される走査像面を計測する工程と；前記パ ターンの転写時に、前記走査像面の計測結果に基づいて、前記走査像面と前記物 体の表面とを近づけるように補正する工程と；を含む露光方法である。
[0017] これによれば、本発明の像面計測方法により、マスクに形成されたパターンの像が 投影光学系によって形成される走査像面が計測され、マスクに形成されたパターン の転写時に、前記走査像面の計測結果に基づいて、走査像面と物体の表面とを近 づけるように補正がなされる。従って、デフォーカスのない状態で前記パターンが投 影光学系を介して物体上に転写される。従って、微細なパターンを物体上に精度良 く転写することが可能となる。
[0018] 本発明は、第 3の観点力 すると、マスクと物体とを所定の走査方向に同期移動し、 前記マスクに形成されたパターンを前記物体上に転写する露光装置であって、前記 マスクを保持して少なくとも前記走査方向に移動可能なマスクステージと;前記マスク ステージを照明光で照明する照明系と;前記マスクに形成されたパターンを投影する 投影光学系と；前記投影光学系により形成される投影像を計測する空間像計測装置 と；前記物体を保持して移動する物体ステージと；前記マスクステージを前記走査方 向に関して移動しつつ、移動位置毎に、前記マスク上の、所定のマークが形成され たマーク領域を含む領域を前記照明系からの照明光で照明し、前記マーク領域内に 存在する少なくとも 1つのマークの空間像を前記投影光学系を介して形成し、該空間 像を前記空間像計測装置を用いて計測する、計測制御装置と；前記移動位置毎の 前記マークの空間像の計測結果に基づ 、て、前記マスクに形成されたパターンの像 が前記投影光学系によって形成される走査像面を算出する算出装置と;を備える露 光装置である。
[0019] これによれば、計測制御装置は、マスクステージを走査方向に関して移動し、マスク 上の、所定のマークが形成されたマーク領域を含む領域を照明系からの照明光で照 明して、前記マーク領域内に存在する少なくとも 1つのマークの空間像を投影光学系 を介して形成し、該空間像を空間像計測装置を用いて計測する。このような空間像の 計測が、計測制御装置により、マスクステージを走査方向に関して移動しながら繰り 返し行われる。そして、算出装置により、移動位置毎の各マークの空間像の計測結 果に基づいて、マスクに形成されたパターンの像が投影光学系によって形成される 走査像面が算出される。すなわち、マスクのパターン面ではなく走査像面を計測する ので、マスク位置計測用のセンサなどが不要になるとともに、マスクと投影光学系との 間、及びマスクステージの近傍に、マスク位置計測用のセンサの設置スペースを確 保する必要がなくなる。従って、投影光学系の設計自由度が増大し、高性能な投影 光学系が実現可能となり、結果的に、高性能な投影光学系により、高精度なパターン の転写を実現することが可能となる。
[0020] また、リソグラフイエ程において、本発明の露光方法を用いて、物体上にパターンを 転写することにより、より高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することがで きる。従って、本発明は、更に別の観点力もすると、本発明の露光方法を用いるデバ イス製造方法であるとも言える。
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 10の概略的な構成を示す図である。
[図 2]図 1のレチクルマーク板を示す平面図である。
[図 3]図 1のウェハステージ近傍を拡大し、 Zチルトステージの駆動装置とともに示す 図である。
圆 4]図 1の空間像計測装置の内部構成を示す図である。
[図 5(A)]空間像の計測に際してスリット板上に空間像 PMy'が形成された状態を示す 図である。
[図 5(B)]上記の空間像計測の際に得られる光電変換信号 (光強度信号)の一例を示 す線図である。
[図 6]—実施形態の露光装置でレチクル Rのパターン面の走査像面の計測動作を含 む、露光動作に関する主制御装置 50内部の CPUの処理アルゴリズムを示すフロー チャートである。
[図 7]図 6のサブルーチン 210の具体例を示すフローチャートである。
[図 8]図 6のサブルーチン 212の具体例を示すフローチャートである。
[図 9]レチクル Rを示す平面図である。
[図 10]図 9のレチクル上のマーク領域を拡大して示す図である。
[図 11]一実施形態に係る走査像面の算出方法を説明するための図である。
[図 12]走査像面の別の算出方法を説明するための図である。
[図 13]本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチャート である。
[図 14]図 13のステップ 504の詳細を示すフローチャートである。
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。図 1には、一実施 形態に係る露光装置 10の概略的な構成が示されている。この露光装置 10は、ステツ プ ·アンド'スキャン方式の走査型投影露光装置、すなわち!/、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。
[0023] この露光装置 10は、光源 14及び照明光学系 12を含む照明系、マスクとしてのレチ クル Rを保持するマスクステージとしてのレチクルステージ RST、投影光学系 PL、物 体としてのウェハ Wを保持して XY平面内を自在に移動可能な物体ステージとしての ウエノ、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、図示は 省略されているが、上記各構成部分のうち、光源及び制御系以外の部分は、実際に は、内部の温度、圧力等の環境条件が高精度に維持された不図示の環境制御チヤ
Figure imgf000009_0001
[0024] 前記光源 14としては、ここでは、一例として、 KrFエキシマレーザ光（波長 248nm) 又は ArFエキシマレーザ光（波長 193nm)などのレーザ光をパルス発光するエキシ マレーザ光源が用いられているものとする。この光源 14は、実際には、上記環境制 御チャンバが設置されるクリーンルームとは別のクリーン度の低いサービスルーム等 に設置され、不図示の送光光学系を介して環境制御チャンバ内部の照明光学系 12 に接続されている。光源 14は、ワークステーション (又はマイクロコンピュータ）力 成 る主制御装置 50によってそのレーザ発光のオンオフや、中心波長、スペクトル半値 幅、繰り返し周波数などが制御される。
[0025] 前記照明光学系 12は、ビーム整形光学系 18、オプティカルインテグレータとしての フライアイレンズ 22、照明系開口絞り板 24、リレー光学系 28A, 28B、固定レチクル ブラインド 30A、可動レチクルブラインド 30B、ミラー M及びコンデンサレンズ 32等を 備えている。なお、オプティカルインテグレータとしては、ロッド型（内面反射型)インテ グレータゃ、回折光学素子などを用いることもできる。
[0026] 前記ビーム整形光学系 18内には、光源 14でパルス発光されたレーザビーム LBの 断面形状を、該レーザビーム LBの光路後方に設けられたフライアイレンズ 22に効率 良く入射するように整形するための、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダ (い ずれも図示省略)等が含まれて!/ヽる。
[0027] 前記フライアイレンズ 22は、ビーム整形光学系 18から出たレーザビーム LBの光路 上に配置され、レチクル Rを均一な照度分布で照明するために多数の点光源 (光源 像)からなる面光源、即ち 2次光源を形成する。この 2次光源カゝら射出されるレーザビ ーム LBを本明細書においては、「照明光 IL」とも呼ぶものとする。
[0028] フライアイレンズ 22の射出側焦点面の近傍には、円板状部材カも成る照明系開口 絞り板 24が配置されている。この照明系開口絞り板 24には、ほぼ等角度間隔で、例 えば通常の円形開口より成る開口絞り、輪帯照明用の開口絞り及び変形光源法用の 開口絞り等が配置されている。この照明系開口絞り板 24は、主制御装置 50により制 御されるモータ等の駆動装置 40により回転されるようになっており、これによりいずれ 力の開口絞りが照明光 ILの光路上に選択的に設定される。このようにして、本実施形 態では、輪帯照明、変形照明等、各種照明条件を実現できる。
[0029] 照明系開口絞り板 24から出た照明光 ILの光路上に、反射率が小さく透過率の大き なビームスプリッタ 26が配置され、更にこの後方の光路上に、レチクルブラインド 30A , 30Bを介在させてリレー光学系（28A, 28B)が配置されている。
[0030] 固定レチクルブラインド 30Aは、レチクル Rのパターン面に対する共役面又はその 近傍に配置され、レチクル R上で X軸方向（図 1における紙面直交方向）に細長く伸 びるスリット状の照明領域 IAR (図 1参照)を規定する矩形開口が形成されている。ま た、この固定レチクルブラインド 30Aの近傍に走査露光時の走査方向（ここでは図 1 における紙面内左右方向である Y軸方向とする）及び非走査方向（X軸方向）にそれ ぞれ対応する方向の位置及び幅が可変な開口部を有する可動レチクルブラインド 3 OBが配置されている。この可動レチクルブラインド 30Bは、例えば一対の L字型ブレ ードを有し、この一対の L字型ブレードによって前記開口が形成される。走査露光の 開始時及び終了時にその可動レチクルブラインド 30Bを介して照明領域 IARを更に 制限することによって、不要な部分の露光が防止されるようになっている。また、本実 施形態では、可動レチクルブラインド 30Bは、後述する空間像計測の際の照明領域 の設定にも用いられる。
[0031] 一方、照明光学系 12内のビームスプリッタ 26で反射された照明光 ILの光路上には 、集光レンズ 44、及び遠紫外域で感度が良ぐかつ光源 14のパルス発光を検出する ために高 、応答周波数を有する PIN型フォトダイオード等の受光素子力 成るインテ グレータセンサ 46が配置されて 、る。
[0032] このようにして構成された照明系の作用を簡単に説明すると、光源 14からパルス発 光されたレーザビーム LBは、ビーム整形光学系 18に入射し、ここで後方のフライア ィレンズ 22に効率よく入射するようにその断面形状が整形された後、フライアイレンズ 22に入射する。これにより、フライアイレンズ 22の射出側焦点面 (本実施形態では、 照明光学系 12の瞳面にほぼ一致）に 2次光源が形成される。この 2次光源から射出 された照明光 ILは、照明系開口絞り板 24上のいずれかの開口絞りを通過した後、透 過率が大きく反射率が小さなビームスプリッタ 26に至る。このビームスプリッタ 26を透 過した照明光 ILは、第 1リレーレンズ 28 Aを経て固定レチクルブラインド 30Aの矩形 の開口部及び可動レチクルブラインド 30Bの開口を通過した後、第 2リレーレンズ 28 Bを通過してミラー Mによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレン ズ 32を経て、レチクルステージ RST上に保持されたレチクル R上における、前述のス リット状の照明領域 IARを均一な照度分布で照明する。
[0033] 一方、ビームスプリッタ 26で反射された照明光 ILは、集光レンズ 44を介してインテ グレータセンサ 46で受光され、インテグレータセンサ 46の光電変換信号力 不図示 のホールド回路、例えばピークホールド回路及び AZD変 を有する信号処理装 置 80を介して主制御装置 50に供給される。
[0034] 前記レチクルステージ RST上には、不図示のプラテン部が設けられ、該プラテン部 にレチクル R力 例えば真空吸着 (又は静電吸着）により固定されている。レチクルス テージ RSTは、ここでは、リニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系 56Rにより、 投影光学系 PLの光軸 AXに垂直な XY平面内で 2次元的に (X軸方向及びこれに直 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、レチクルベース RBS上を Y軸方向に指定された走査速度で 駆動可能となっている。なお、レチクル Rのプラテン部への固定に際しては、レチクル ステージ RSTの走査に際し加わる加速度によるレチクル Rの位置ずれを防止するた めに、レチクル Rをレチクルステージ RSTに押し付ける機械的なクランプ機構を併用 することも可會である。
[0035] レチクルステージ RSTのレチクル Rの +Y側には、下面（以下、「基準面」と呼ぶ）の 平面度の良好なガラス基板よりなる基準部材としてのレチクルフィデューシャルマー ク板 (以下、「レチクルマーク板」と略述する) RFMが X軸方向に延設されている。この レチクルマーク板 RFMは、レチクル Rと同材質のガラス素材、例えば合成石英ゃホタ ル石、フッ化リチウムその他のフッ化物結晶など力も成り、レチクルステージ RSTに固 定されている。レチクルマーク板 RFMの基準面は、設計上でレチクル Rのパターン 面と同じ高さに設定され、かつ前述のスリット状の照明領域 IARとほぼ同一の大きさ であり、その基準面には投影光学系 PLのディストーション、像面湾曲等の結像特性 を計測するための結像特性評価マーク (以下、単に「評価マーク」と記述する。）が形 成されている。
[0036] 図 2は、レチクルマーク板 RFMを示す平面図であり、この図 2において、レチクルマ ーク板 RFMの基準面（下面、図 2における紙面奥側の面）には例えば X軸方向に所 定間隔で 2列の評価マーク FRM ,· ··, FRM ,FRM ,· ··, FRM が开成されてい
1,1 1,5 2,1 2,5
る。これらの評価マーク FRM ,· ··, FRM ,FRM ,· ··, FRM のそれぞれとしては
1,1 1,5 2,1 2,5
、ここでは十字マークが用いられている力 これに限らず、例えば配列方向が直交す る 2つのライン 'アンド'スペースパターンにより形成されていても良い。また、配列に っ 、ても、基準面の全体にほぼ均等に分布して 、れば良!、。
[0037] 本実施形態では、レチクルマーク板 RFMを使用することによって、実露光用のレチ クル Rをテストレチクルに変えることなく効率的に投影光学系 PLの結像特性が評価で きるように構成されている。本実施形態では、更にそのレチクルマーク板 RFMの基準 面の投影光学系 PLによる投影像面を後述のレチクル Rのパターン面の走査像面の 基準として使用する。
[0038] 図 1に戻り、レチクルステージ RSTには、レチクル R及びレチクルマーク板 RFMの 下方に、照明光 ILの通路となる開口がそれぞれ形成されている。また、レチクルべ一 ス RBSの投影光学系 PLのほぼ真上の部分には、照明光 ILの通路となる、照明領域 IARより大きな長方形の開口が形成されて!、る。
[0039] レチクルステージ RST上には、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」と いう） 54Rからのレーザビームを反射する移動鏡 52Rが固定されており、レチクルステ ージ RSTの XY面内の位置はレチクル干渉計 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 查露光時の走査方向（Y軸方向）に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向（ X軸方向）に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、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力 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 (移動鏡 52R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など）を用いても良い。ここで、レチクル X干 渉計とレチクル Y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（ Θ z回転)も計測できるようになつている。
[0040] 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に送られるようになって 、る。ステージ制御装 置 70は、主制御装置 50の指示に応じ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。
[0041] 前記投影光学系 PLは、レチクルステージ RSTの図 1における下方に配置され、そ の光軸 AXの方向が Z軸方向とされ、ここでは両側テレセントリックな縮小系であり、光 軸 AX方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズエレメントを含む屈折光 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、 1Z5等と なっている。このため、照明光学系 12からの照明光 ILによってレチクノレ R上のスリット 状照明領域 IARが照明されると、このレチクル Rを通過した照明光 ILにより、投影光 学系 PLを介してそのスリット状照明領域 IAR内のレチクル Rの回路パターンの縮小 像 (部分縮小像)が表面にレジスト (感光剤）が塗布されたウェハ W上の前記照明領 域 IARと共役な露光領域 IAに形成される。
[0042] 投景光学系 PLの複数のレンズエレメントのうち、その一部の複数枚のレンズエレメ ント（以下、「可動レンズ」と呼ぶ。）は、不図示の駆動素子 (例えばピエゾ素子など）に よって光軸 AX方向及び XY面に対する傾斜方向に微小駆動可能に構成されている 。各駆動素子の駆動電圧 (駆動素子の駆動量)が主制御装置 50からの指令に応じ て結像特性補正コントローラ 78により制御され、これによつて、投影光学系 PLの結像 特性、例えば、像面湾曲、ディストーション、倍率、球面収差、非点収差及びコマ収 差などが補正されるようになって 、る。
[0043] 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 Zチルトステージ 38とを含んで構成されて 、る。
[0044] 前記 XYステージ 42は、ウェハベース 16の上面の上方に不図示のエアベアリング によって例えば数/ z m程度のクリアランスを介して浮上支持され、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軸方向及び これに直交する X軸方向に 2次元駆動可能に構成されて 、る。この ΧΥステージ 42上 に Ζチルトステージ 38が搭載され、該 Ζチルトステージ 38上にウェハホルダ 25が載 置されている。このウェハホルダ 25によって、ウェハ Wが真空吸着（又は静電吸着） などによって保持されている。
[0045] Ζチルトステージ 38は、図 3に示されように、 3つの Ζ位置駆動系 27 (但し、紙面奥 側の Ζ位置駆動系 27は不図示）によって ΧΥステージ 42上に 3点で支持されている。 各 Ζ位置駆動系 27は、 Ζ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 Ρ Lの光軸方向（Ζ軸方向）に独立して駆動する 3つのァクチユエータ（例えばボイスコィ ルモータなど） 21と、 Ζチルトステージ 38の Ζ位置駆動系 27による各支持点のァクチ ユエータ 21による Ζ軸方向の駆動量 (基準位置からの変位）を検出するエンコーダ 23 とを含んで構成されている。ここで各エンコーダ 23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が使用されている。本実施形態では、上記 3つの Ζ位置 駆動系 27をそれぞれ構成する 3つのァクチユエータ 21によって Ζチルトステージ 38 を、光軸 ΑΧ方向（Ζ軸方向）及び光軸に直交する面 (ΧΥ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、 Υ軸回りの回転方向である 0 y方向に駆 動する駆動装置が構成されている。また、各エンコーダ 23で計測される Zチルトステ ージ 38のそれぞれの Z位置駆動系 27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 、主制御装置 50では、 Zチルトステージ 38の Z軸方向の位置及びレべリング量（ θ X 回転量、 0 y回転量)を算出するようになっている。なお、図 1では、 XYステージ 42を 駆動するリニアモータ等、及び 3つの Z位置駆動系 27を含めてウェハステージ駆動 系 56Wとして示されて!/、る。
[0046] 前記 Zチルトステージ 38上には、ウェハレーザ干渉計（以下、「ウェハ干渉計」とい う） 54Wからのレーザビームを反射する移動鏡 52Wが固定され、外部に配置された ウェハ干渉計 54Wにより、 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。
[0047] 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移動鏡と非走査方向である X軸方向に直交する反 射面を有する移動鏡とが設けられ、これに対応してウェハ干渉計も Xレーザ干渉計と Yレーザ干渉計とが設けられているが、図 1ではこれらが代表的に移動鏡 52W、ゥェ 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 (移動鏡 52W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、 Zチルトステー ジ 38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 測可能となっている。従って、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、Y、 0 z、 0 y、 0 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 Z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。
[0048] Zチルトステージ 38 (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に供給されるようになっている。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 Zチルトステージ 38 (ウェハステージ WST)の XY面内の位置を制御する。
[0049] また、 Zチルトステージ 38の内部には、投影光学系 PLの光学特性の計測に用いら れる空間像計測装置 59 (図 1参照)の一部を構成する光学系の一部が配置されてい る。この空間像計測装置 59は、図 4に示されるように、 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 90、レンズ 84、 86から成るリレー光学系 、光路折り曲げ用のミラー 88及び送光レンズ 87と、ウェハステージ WST外部に設け られたステージ外構成部分、すなわちミラー 96、受光レンズ 89及び光センサ 124等 とを備えている。
[0050] これを更に詳述すると、スリット板 90は、図 4に示されるように、ウェハステージ WST の一端部上面に設けられた上部が開口した突設部 58に対し、その開口を塞ぐ状態 で上方力も嵌め込まれている。このスリット板 90は、平面視（上方から見て)長方形の 受光ガラス 82の上面に遮光膜を兼ねる反射膜 83が形成され、その反射膜 83の一部 にスリット状の開口パターン (以下、「スリット」と呼ぶ) 122がパターンユングにより形成 されている。なお、実際には、スリット板 90には、図 5 (A)に示されるように、 Y軸方向 に伸びる所定幅 2D (2Dは例えば 0. 15 111 ( 15011111) )のスリット1227と、 X軸方向 に伸びる所定幅 2Dのスリット 122xと力 その図 4 (A)に示されるような位置関係で形 成されている力 図 3ではこれらのスリット 122x, 122yが代表的にスリット 122として 示されて!/、る。スリット 122x、 122yの長さは、ともに、 f列えば、 16 μ m〜25 μ m程度で ある。以下では、スリット 122x、 122yを適宜スリット 122と総称する。ここで、スリット板 90は、後述するァライメント系のベースライン計測に用いられる基準マークその他の 基準マークが形成される基準マーク板及び後述する多点焦点位置検出系のセンサ 間キャリブレーションを行うための基準反射板の少なくとも一方を兼ねても良い。勿論 、スリット板 90とは、別に基準マーク板を設けても良いことは勿論である。
[0051] 前記受光ガラス 82の素材としては、ここでは、 KrFエキシマレーザ光、あるいは Ar Fエキシマレーザ光の透過性の良い、合成石英、あるいはホタル石などが用いられる
[0052] スリット 122下方の Zチルトステージ 38内部には、スリット 122を介して鉛直下向きに 入射した照明光 ILの光路を水平に折り曲げるミラー 88を介在させてレンズ 84, 86か ら成るリレー光学系（84、 86)が配置され、このリレー光学系（84、 86)の光路後方の ウェハステージ WSTの +Y側の側壁に、リレー光学系（84、 86)によって所定光路 長分だけリレーされた照明光束をウェハステージ WSTの外部に送光する送光レンズ 87が固定されている。
[0053] 送光レンズ 87によってウェハステージ WSTの外部に送り出される照明光 ILの光路 上には、 X軸方向に所定長さを有するミラー 96が傾斜角 45° で斜設されている。こ のミラー 96によって、ウェハステージ WSTの外部に送り出された照明光 ILの光路が 鉛直上方に向けて 90° 折り曲げられる。この折り曲げられた光路上に送光レンズ 87 に比べて大径の受光レンズ 89が配置されている。この受光レンズ 89の上方には、光 センサ 124が配置されている。これら受光レンズ 89及び光センサ 124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を介してべ一 ス 16の上面に植設された支柱 97の上端部近傍に固定されている。
[0054] 前記光センサ 124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。光センサ 124からの光電変換信号 Pは、図 1の信号処理装置 80を介 して主制御装置 50に送られるようになつている。なお、信号処理装置 80は、例えば 増幅器、サンプルホルダ、 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）などを含んで構成することができる。
[0055] なお、前述の如ぐスリット 122は反射膜 83に形成されている力 以下においては、 便宜上スリット板 90にスリット 122が形成されているものとして説明を行う。
[0056] 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、後述する、投影光学系 P Lを介してのレチクル R上又はレチクルマーク板 RFM上の各種マークの投影像（空 間像)の計測の際に、投影光学系 PLを透過してきた照明光 ILによって空間像計測 装置 59のスリット板 90が照明されると、そのスリット板 90上のスリット 122を透過した 照明光 ILがレンズ 84、ミラー 88、レンズ 86及び送光レンズ 87を介してウェハステー ジ WSTの外部に導き出される。そして、そのウェハステージ WSTの外部に導き出さ れた照明光 ILは、ミラー 96によって光路が鉛直上方に折り曲げられ、受光レンズ 89 を介して光センサ 124によって受光され、該光センサ 124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を介して主制御装置 50に出力される。
[0057] 本実施形態の場合、評価マーク又は計測マークの投影像 (空間像)の計測はスリツ トスキヤン方式により行われるので、その際には、送光レンズ 87が、受光レンズ 89及 び光センサ 124に対して移動することになる。そこで、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 87を介した光がすべて受光レンズ 89に入射するよう に、各レンズ、及びミラー 96の大きさが設定されている。
[0058] このように、空間像計測装置 59では、スリット板 90、レンズ 84、 86、ミラー 88、及び 送光レンズ 87により、スリット 122を介した照明光 ILをウェハステージ WST外に導出 する光導出部が構成され、受光レンズ 89及び光センサ 124によって、ウェハステー ジ WST外へ導出された光を受光する受光部が構成されている。この場合、これら光 導出部と受光部とは、機械的に分離されている。そして、空間像計測に際してのみ、 光導出部と受光部とは、ミラー 96を介して光学的に接続される。
[0059] すなわち、空間像計測装置 59では、光センサ 124がウェハステージ WSTの外部 の所定位置に設けられているため、光センサ 124の発熱がウェハ干渉計 54Wの計 測精度等に与える悪影響を可能な範囲で抑制するようにしている。また、ウェハステ ージ WSTの外部と内部とをライトガイド等により接続していないので、ウェハステージ WSTの外部と内部とがライトガイドにより接続された場合のようにウェハステージ WS Tの駆動精度が悪影響を受けることがな 、。
[0060] 勿論、熱の影響等を無視、あるいは排除できるような場合には、光センサ 124をゥ エノ、ステージ WSTの内部に設けても良い。なお、空間像計測装置 59を用いて行わ れる空間像計測方法などについては、後に詳述する。
[0061] 図 1に戻り、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）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、画像処理方式のァライメントセンサ、いわゆる FIA (Field Image Alignment)系が用いられている。このァライメント系 ALGの検出信 号は、主制御装置 50に供給されるようになって 、る。
[0062] 更に、本実施形態の露光装置 10では、図 1に示されるように、主制御装置 50によ つてオンオフが制御される光源を有し、投影光学系 PLの結像面に向けて多数のピン ホール又はスリットの像を形成するための結像光束を、光軸 AXに対して斜め方向よ り照射する照射系 60aと、それらの結像光束のウェハ W表面での反射光束を受光す る受光系 60bとから成る物体位置計測機構としての斜入射方式の多点焦点位置検 出系が設けられている。なお、本実施形態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。
[0063] 主制御装置 50では、走査露光時等に、受光系 60bからの焦点ずれ信号 (デフォー カス信号）、例えば Sカーブ信号に基づいて焦点ずれが零となるように、ウェハステー ジ駆動系 56Wを介して Zチルトステージ 38の Z軸方向への移動、及び 2次元的な傾 斜 (すなわち、 θ χ, Θ y方向の回転)を制御する、すなわち多点焦点位置検出系（6 Oa、 60b)の出力に基づいてステージ制御装置 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を制御することにより、照明領域 IARと共役な露光領域（ 照明光 ILの照射領域) IA内で投影光学系 PLの結像面とウェハ Wの表面とを実質的 に合致させるフォーカス'レべリング制御を実行する。
[0064] 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 10では、レチク ル Rの上方に、投景光学系 PLを介してレチクル R上のレチクルマークとこれに対応す 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 T TR (Through The Reticle)ァライメント系力 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。
[0065] また、さらに、図示は省略されている力 Zチルトステージ 38には、例えば国際公開 第 2003/065428号パンフレットなどに開示される、シャツクーハルトマン（Shack- H artman)方式の波面収差計測器が、設置可能である。
[0066] 次に、空間像計測装置 59を用いた、水平方向のスリットスキャン (以下、適宜「水平 スキャン」と呼ぶ）による空間像計測について簡単に説明する。
[0067] 図 4には、空間像計測装置 59を用いて、レチクル R1に形成された計測マーク PMy の空間像が計測されている最中の状態が示されている。この図 4におけるレチクル R 1は、空間像計測専用のテストレチクル、デバイスの製造に用いられるデバイスレチタ ルであって、専用の計測マークが形成されたレチクル、あるいは、前述のレチクルマ ーク板 RFMなどの空間像計測に用いられるマークが形成された部材を、代表的に 示すものである。
[0068] ここで、レチクル R1には、所定の箇所に、 X軸方向を長手方向とする計測マーク P Myと、 Y軸方向を長手方向とする計測マーク PMxとが形成されているものとする。こ こで、計測マーク PMy及び計測マーク PMxは、それぞれ X軸方向又は Y軸方向に 周期性を有するマークであっても良ぐ例えばデューティ比が 1： 1のラインアンドスぺ ース（LZS)マークであっても良い。また、計測マーク PMyと計測マーク PMxとは、 近接して配置されて 、ても良 、。
[0069] 例えば、計測マーク PMyの空間像の計測にあたり、主制御装置 50により、図 1に示 される可動レチクルブラインド 30Bが不図示のブラインド駆動装置を介して駆動され、 照明光 ILの照明領域が計測マーク PMy部分を含む所定領域に制限される（図 4参 照)。この状態で、主制御装置 50により光源 14の発光が開始され、照明光 ILが計測 マーク PMyに照射されると、計測マーク PMyによって回折、散乱した光 (照明光 IL) は投影光学系 PLにより屈折され、該投影光学系 PLの像面に計測マーク PMyの空 間像 (投影像）が形成される。このとき、ウェハステージ WSTは、図 5 (A)に示される ように、スリット板 90上のスリット 122yの +Y側（又は— Y側）に計測マーク PMyの空 間像 PMy 'が形成される位置に設定されて!ヽるものとする。
[0070] そして、主制御装置 50の指示の下、ステージ制御装置 70により、ウェハステージ W STが図 5 (A)中に矢印 Fyで示されるように +Y方向に駆動されると、スリット 122yが 空間像 PMy'に対して Y軸方向に走査される。この走査中に、スリット 122yを通過す る光（照明光 IL)がウェハステージ WST内の受光光学系、ウェハステージ WST外部 の反射ミラー 96及び受光レンズ 89を介して光センサ 124で受光され、その光電変換 信号 Pが図 1に示される信号処理装置 80に供給される。信号処理装置 80では、その 光電変換信号に所定の処理を施して、空間像 PMy'に対応する光強度信号を主制 御装置 50に供給する。なお、この際、信号処理装置 80では、光源 14からの照明光 I Lの発光強度のばらつきによる影響を抑えるために、図 1に示されるインテグレータセ ンサ 46の信号により光センサ 124からの信号を、例えば除算処理により規格ィ匕した 信号を主制御装置 50に供給するようになっている。主制御装置 50では、前記走査 駆動中に信号処理装置 80を介して入力される光センサ 124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 Y軸方向の位置 (Y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、投影像 (空間像)の 強度信号 (空間像プロファイル)を取得する。
[0071] 図 5 (B)には、上記の空間像計測の際に得られる投影像 (空間像)の強度信号 Pの 一例が示されている。
[0072] 計測マーク PMxの空間像を計測する場合には、ウェハステージ WSTを、スリット板 90上のスリット 122xの +X側（又は— X側）に計測マーク PMxの空間像が形成され る位置に設定して、ウェハステージ WSTを図 5 (A)中に矢印 Fxで示されるように +X 方向に駆動して上記と同様のスリットスキャン方式による計測を行うことにより、計測マ ーク PMxの空間像に対応する強度信号を得ることができる。
[0073] 次に、本実施形態の露光装置 10で上述したレチクル Rのパターン面の走査像面の 計測動作を含む、露光動作の一例を、主制御装置 50内部の CPUの処理アルゴリズ ムを示す図 6のフローチャートに基づいて説明する。
[0074] 前提として、多点焦点位置検出系（60a、 60b)の各検出点における面位置情報を 検出する複数のセンサ（フォトディテクタ)相互間の出力のキャリブレーションは終了し ており、各センサが出力する面位置情報は、それぞれ正確であるものとする。また、 Z チルトステージ 38には、前述のシャツクーハルトマン（Shack-Hartman)方式の波面収 差計測器が設置されているものとする。
[0075] まず、図 6のステップ 202で、 RAM内の所定領域に格納されているデータに基づ V、て、投影光学系 PLの結像特性のキャリブレーション（ 、わゆるレンズキヤリブレーシ ヨン）を行うかどうか判断する。ここで、オペレータが、レンズキャリブレーションを実行 する旨の命令を不図示の入力装置を介して入力して 、た場合には、上記の RAM内 の所定の領域にレンズキャリブレーション実行命令のデータが格納されており、上記 命令を入力していない場合には、そのレンズキャリブレーション実行命令のデータは 格納されていない。オペレータは、通常、投影光学系 PLの結像特性の安定性により 、必要に応じてレンズキャリブレーションの実行を指示する。
[0076] そして、このステップ 202における判断が肯定された場合には、ステップ 204の投影 光学系の波面収差計測処理のサブルーチンに移行する。このステップ 204のサブル 一チンでは、例えば国際公開第 2003Z065428号パンフレットなどに詳細に開示さ れるような手順で、波面収差計測用のピンホールレチクル及び前述の波面収差計測 器を用いて、投影光学系 PLの波面収差の計測を、投影光学系 PLの視野内の有効 領域 (ここでは、照明領域 IARとほぼ対応する領域であるものとする）内の所定数の 計測点 (評価点）について行う。このステップ 204の処理により、評価点毎の波面を展 開したフリンジツェル-ケ多項式の各項の係数 (例えば第 1項力 第 37項までの係数 )が得られる。
[0077] 次のステップ 206では、上記ステップ 204で取得したフリンジツェル-ケ多項式の各 項の係数に基づいて、投影光学系 PLの波面収差が、全ての評価点で最小となるよう な前述の各可動レンズの各自由度方向の駆動量の指令値を算出して結像特性補正 コントローラ 78に与える。これにより、結像特性補正コントローラ 78によって上記指令 値に対応する各駆動素子の駆動電圧が算出され、その算出された駆動電圧で各駆 動素子が駆動されることで、投影光学系の結像特性の較正 (レンズキャリブレーション )が行われる。
[0078] 一方、上記ステップ 202における判断が否定された場合、又は上述のレンズキヤリ ブレーシヨンが終了した場合には、ステップ 208に移行して、レチクル交換（レチクル がレチクルステージ RST上に搭載されて 、な 、場合は、レチクルを単にロード）する 。ここでは、実際に回路パターンの露光に用いられるレチクル (レチクル Rとする）を図 1のレチクルステージ RST上のバキュームチャックが設けられた不図示のプラテン上 に吸着保持する。
[0079] ここで、レチクル Rについて説明する。図 9には、このレチクル Rの平面図が示され ている。このレチクル Rには、パターン領域 P Aを区画するクロムなどの金属膜からな る矩形枠状の遮光帯 ESBが形成されている。そして、遮光帯 ESBの周囲全体に渡 つて、 100〜500 μ m角（ウェハ上換算値で 25〜 125 μ m角）程度のマーク領域 Μ R〜MR、 ML〜ML、 MU〜MU、 MD〜MDが开成されている。遮光帯 ESB
1 9 1 9 1 5 1 5
は、レチクル上で l〜6mm、例えば 1. 4mm (ウェハ上換算値で 350 m)の幅を有 し、該遮光帯 ESBで区画されるパターン領域 PAのサイズは、レチクル Rの外形が 15 Omm角程度である場合には、最大で 100mm X 132mm (ウェハ上換算値で 25mm X 33mm)程度である。
[0080] また、このレチクル R上の中心（レチクルセンタ）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は、一対のレチクルァライメントマーク RM 1, RM2がそれぞれ形成されている。 [0081] 図 9に示されるように、前記遮光帯 ESBの走査方向（Y軸方向）に平行な一対の第 1の対向辺にそれぞれ沿ってかつ遮光帯 ESBの外側に 9対のマーク領域 MR , ML
1
、 MR , ML、……、 MR , ML力 前記パターン領域 PAの中心を通る走査方向の
1 2 2 9 9
軸に関して対称に配置されている。各マーク領域は、パターン領域 PAから所定距離 、例えば遮光帯の幅程度 (例えばレチクル上で l〜6mm程度）以上離れて 、ることが 望ましい。これは、露光の際に、遮光帯の Y軸方向に平行な一対の対向辺に、各ブ レードのエッジが掛かるように、可動レチクルブラインド 30Bの開口の非走査方向の 幅を調整することで、マーク領域に照明光 ILを照射することなぐパターン領域 PAに 照明光 ILを照射できるようにするためである。
[0082] また、遮光帯 ESBの非走査方向（X軸方向）に平行な一対の第 2の対向辺にそれ ぞれ沿ってかつ遮光帯 ESBの外側に 5対のマーク領域 MD , MU、 MD , MU、
1 1 2 2
……、 MD , MU力 パターン領域 P Aの中心を通る非走査方向の軸（及び走査方
5 5
向の軸）に関して対称に配置されている。各マーク領域は、パターン領域 PAから所 定距離、例えば遮光帯 ESBの幅程度 (例えばレチクル上で l〜6mm程度）以上離 れていることが望ましい。この場合、マーク領域 MD , MU、 MD , MU、……、 MD
1 1 2 2
, MUは、レチクル Rにペリクルを取り付けたときに、そのペリクルフレームから 2mm
5 5
以上離れた位置に配置されるようにすることが望まし 、。
[0083] 前記マーク領域、 MR〜MR、 ML〜ML、 MD〜MD、 MU〜MUのそれぞ
1 9 1 9 1 5 1 5 れには、図 10に示されるように、 X軸方向を周期方向とするフォーカス計測マーク M X及び像位置計測マーク Mx、並びに Y軸方向を周期方向とするフォーカス計測マ
1 2
ーク My及び像位置計測マーク My力 それぞれ形成されている。
1 2
[0084] また、上述の各マーク領域の周辺は、計測時の迷光防止のためレチクル上で 1〜6 mm程度、例えば 1. 4mm (ウェハ上換算で 350 /z m)の幅のクロムなどの遮光パタ ーン (遮光膜)で囲まれて 、ることが好ま 、。
[0085] 本実施形態では、各フォーカス計測マーク Mx , Myとしては、一例として、 29ライ
1 1
ンの線幅 0. 8 /z m (ウェハ上換算値で 0. 2 /z m)のデューティ比 1 : 1の LZSマーク が用いられ、各像位置計測マーク Mx、 Myとしては、 5ラインの線幅 4. O /z m (ゥェ
2 2
ハ上の換算値で 1· O /z m)のデューティ比 1 : 1の LZSマークが用いられている。本 実施形態では、像位置計測マークは線幅の太い LZSマークになっている力 フォー カス計測マークを像位置計測マークとして兼用することも可能である。
[0086] 図 6の説明に戻り、上記ステップ 208のレチクル交換後、ステップ 210の基準像面 の計測処理を行うサブルーチンに移行する。
[0087] ここで、前提として評価マーク FRM 、FRM 、 "-、FRM 、 FRM 、 FRM "
1,1 1,2 1,5 2,5 2,4
、 FRM の順番で、レチクルマーク板 RFM上の 10個の評価マークそれぞれの空間
2,1
像計測が行われるように、予め計測順序が定められているものとする。
[0088] このサブルーチン 210では、まず、図 7のステップ 301において、評価マークの計測 の順番を示す第 1カウンタのカウント値 kを 1に初期化する (k^l)。
[0089] 次のステップ 302では、レチクルステージ駆動系 56Rを介してレチクルステージ RS
Tを駆動し、レチクルマーク板 RFMを投影光学系 PLの有効視野 (前述した照明領 域 IARとほぼ一致）内に位置決めする。
[0090] 次のステップ 304では、可動レチクルブラインド 30Bを不図示のブラインド駆動装置 を介して駆動し、第 k番目の評価マーク (ここでは第 1番目の評価マーク FRM )を含
1,1 む一部領域に照明光 ILの照射領域を制限する。
[0091] 次のステップ 306では、スリット板 90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)、例えば前述 のエンコーダ 23の中立位置 (原点位置）を採用し、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 (多点焦点位置検出系の計測値)が、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 ベストフォーカス位置を採用するものとする。
[0092] 次のステップ 308では、第 k番目の評価マーク（ここでは第 1番目の評価マーク FR M )について、先に計測マーク PMxに関して説明したのと同様の X軸方向の水平
1,1
スキャンによる空間像計測を行 、、第 k番目の評価マーク (ここでは第 1番目の評価 マーク FRM )の投影像 (空間像)の横軸を X位置とする強度信号 (空間像プロフアイ ル)を取得する。
[0093] 次のステップ 310では、第 k番目の評価マーク（ここでは第 1番目の評価マーク FR M )について、先に計測マーク PMyに関して説明したのと同様の Y軸方向の水平
1,1
方向スキャンによる空間像計測を行 、、第 k番目の評価マーク (ここでは第 1番目の 評価マーク FRM )の投影像 (空間像)の横軸を Y位置とする強度信号 (空間像プロ
1,1
ファイル)を取得する。
[0094] 次のステップ 312では、所定数（ここでは、 15とする）のステップについて、スリット板 90の Z位置を変更して、空間像計測を行ったカゝ否かを判断する。ここでは、スリット板 90の初期位置について空間像計測を行ったのみなので、このステップ 312における 判断は否定され、ステップ 314に移行して、スリット板 90の Z位置を所定の手順に従 つて変更した後、ステップ 308に戻る。
[0095] ここで、上記ステップ 314におけるスリット板 90の Z位置の設定及び変更は、多点焦 点位置検出系（60a,60b)によってその k番目（ここでは第 1番目の評価マーク FRM
1,
)の像の近傍の検出点での出力に基づいて行われる。そして、スリット板 90の Z位置
1
の設定及び変更の順序は、任意で良い。
[0096] なお、高 NAの投影光学系を使用する露光装置においては、例えばウェハ上換算 値で線幅 0. 2 μ m以下の細 、線幅の評価マーク (又は計測マーク）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 90 (スリット 122x、 122y)の Ζ位置が、 焦点深度の範囲外になる（ベストフォー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. 01 μ m〜0. 05 μ m程度の値とすることが望まし い。
[0097] その後、ステップ 312における判断が肯定されるまで、ステップ 308→310→312
→314→308のループの処理を繰り返す。
[0098] このようにして、ステップ 312における判断が肯定されると、ステップ 316に移行する 力 このとき、第 k番目の評価マーク（ここでは第 1番目の評価マーク FRM )〖こつい
1,1 て、 15ステップの Z位置について、 Z位置毎に、 X軸方向水平スキャンによる空間像 の強度信号 (空間像プロファイル）、 Y軸方向スキャンによる空間像の強度信号 (空間 像プロファイル）が得られて 、る。
[0099] ステップ 316では、第 k番目の評価マーク（ここでは第 1番目の評価マーク FRM )
1,1 につ 、ての合計 30個の空間像の強度信号に基づ 、て、その第 k番目の評価マーク（ ここでは第 1番目の評価マーク FRM )のベストフォーカス位置を、次の a.〜c.のよ
1,1
うにして算出する。
a .スリット板 90の Z位置（光軸方向位置）毎に得た 15個の X軸方向の水平スキャンに よる強度信号のコントラスト値をそれぞれ算出し、それらのコントラスト値を最小自乗 法により関数フィッティングしてコントラストカーブ（コントラストとフォーカス位置との関 係）を得、そのコントラストカーブのピーク点に基づいて、第 k番目の評価マーク (ここ では第 1番目の評価マーク FRM )を Xマークとして扱った場合のベストフォーカス位
1,1
置 Z (コントラストを最大とするフォーカス位置)を算出する。
kx
b.同様に、スリット板 90の Z位置 (光軸方向位置）毎に得た 15個の Y軸方向の水平 スキャンによる強度信号のコントラスト値をそれぞれ算出し、それらのコントラスト値を 最小自乗法により関数フィッティングしてコントラストカーブを得、そのコントラストカー ブのピーク点に基づいて、第 k番目の評価マーク (ここでは第 1番目の評価マーク FR M )を¥マークとして扱った場合のベストフォーカス位置 Z を算出する。
1,1 ky
c.次に、上記のベストフォーカス位置 Z 、Z の平均値 (Z +Z
kx ky kx ky )Z2を、第 k番目の 評価マーク（ここでは第 1番目の評価マーク FRM )が形成されたレチクルマーク板
1,1
RFMの基準面上の点のベストフォーカス位置（最良結像面位置) Zbestとする。勿論 k
、この Zbestは、その第 k番目の評価マーク（ここでは第 1番目の評価マーク FRM ) k 1,1 の像の最近傍の検出点における検出対象物表面の z位置を検出する多点焦点位置 検出系（60a,60b)のセンサの計測値 (すなわち設定されている検出原点力ものオフ セット値)である。
[0100] ところで、 Z軸方向の計測位置が上記の 15位置に限られるわけではなぐ他の任意 の数であっても良!、ことは言うまでもな!/、。
[0101] なお、露光装置が使用される露光工程によっては、長手方向が X軸方向及び Y軸 方向のいずれかと平行であるパターンが特に重要となる場合もある。従って、上記の ベストフォーカス位置 Zbestの算出のための、 Z と Z の上記平均化処理に際しては 、重要な方向のパターンにおけるベストフォーカス位置に重みを付けて平均化処理 を行うことちできる。
[0102] 次のステップ 318では、全ての評価マークについて処理が終了したか否かを判断 する。ここでは、第 1番目の評価マーク FRM についての処理が終了したのみなの
1,1
で、ここでの判断は否定され、ステップ 320に移行して、第 1カウンタのカウント値 kを 1インクリメント（k^k+ Ι)した後、ステップ 304に戻り、以降、ステップ 318における判 断が肯定されるまで、上述のステップ 304以下の処理を繰り返す。
[0103] これにより、第 2番目〜第 10番目の評価マーク FRM 、 FRM 、 "'、FRM 、 FR
1,2 1,3 1,5
M , FRM 、 "'、FRM のそれぞれについて、 15段階の Z位置について、 X軸方
2,5 2,4 2,1
向の水平スキャン及び Y軸方向の水平スキャンよる空間像の計測（投影像 (空間像） の強度信号 (空間像プロファイル)の取得）、並びに各評価マークが形成されたレチク ルマーク板 RFMの基準面上の点（評価点）のべストフォーカス位置 Zbest〜Zbest
2 10 の算出が行われる。
[0104] そして、ステップ 318における判断が肯定されると、ステップ 322に進んで、最小自 乗法による近似曲面 (又は近似平面)を算出することで、基準像面、すなわちレチク ルマーク板 RFMの基準面の投影光学系 PLによる投影像面を算出した後、このサブ ルーチンの処理を終了してメインルーチンのステップ 212にリターンする。
[0105] ステップ 212では、レチクル Rのパターンの像が投影光学系 PLによって形成される 走査像面を計測するサブルーチンの処理を行う。ここで、走査像面とは、スキャンに 伴って順次移動するレチクルパターン面内の「局所領域」が投影光学系 PLを介して ウエノ、 W側に投影された像面の軌跡の如き面に相当し、レチクル Rの平坦度誤差（ 変形による凹凸を含む)や、レチクルステージ RSTの走査方向位置変化に伴うレチク ル R上下動並びにピッチング及びローリングにより生じる像面位置の変動をも含む。
[0106] このステップ 212のサブルーチンの一例が、図 8に示されている。
[0107] ここで、前提としてマーク領域 MU、 MR、 ML、 ML、 MR、 MR、 ML、……、
3 1 1 2 2 3 3
MR、 ML、 MDの順番で、レチクル R上の 20個のマーク領域それぞれの計測マー
9 9 3
クの空間像計測が行われるように、予め計測順序が定められているものとする。
[0108] このサブルーチン 212では、まず、図 8のステップ 402で、空間像計測の対象となる マーク領域の番号を示す第 2カウンタのカウント値 mを 1に初期化する（iml)。
[0109] 次のステップ 404では、前述の第 2カウンタのカウント値 mに基づ!/、て、第 m番目の マーク領域 (ここでは第 1番目のマーク領域 MU )が、投影光学系 PLの視野内の走
3
查方向の中央に位置するように、レチクルステージ RSTを駆動する。なお、このステ ップ 404におけるレチクルステージ RSTの位置調整は、例えば、前述した一対のレ チクルァライメントマーク RM1, RM2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。
[0110] 次のステップ 406では、不図示のブラインド駆動装置を介して可動レチクルブライン ド 30Bを駆動し、その第 m番目のマーク領域 (ここでは第 1番目のマーク領域 MU )
3 近傍にのみ照明光 ILの照射領域が制限されるように、可動レチクルブラインド 30Bの 開口を設定する。
[0111] 次のステップ 408では、前述したステップ 306と同様にして、スリット板 90表面の Z 位置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。
[0112] 次のステップ 410では、前述したステップ 308と同様の X軸方向の水平スキャンによ り、第 m番目のマーク領域 (ここでは第 1番目のマーク領域 MU )内のフォーカス計測
3
マーク Mx、像位置計測マーク Mxの空間像計測を行い、フォーカス計測マーク Mx
1 2
、像位置計測マーク Mxの投影像 (空間像)の強度信号 (空間像プロファイル)を取
1 2
得する。
[0113] 次のステップ 412では、前述したステップ 310と同様の Y軸方向の水平スキャンによ り、第 m番目のマーク領域 (ここでは第 1番目のマーク領域 MU )内のフォーカス計測
3
マーク My、像位置計測マーク Myの空間像計測を行い、フォーカス計測マーク My
1 2
、像位置計測マーク Myの投影像 (空間像)の強度信号 (空間像プロファイル)を取
1 2
得する。
[0114] 次のステップ 414では、上記ステップ 410、 412でそれぞれ取得した像位置計測マ ーク Mx、 Myの投影像 (空間像)の強度信号 (空間像プロファイル）に基づいて、像
2 2
位置計測マーク Mxの投影位置 (X位置）、像位置計測マーク Myの投影位置 (Y位
2 2
置）をそれぞれ検出する。この場合、例えば、像位置計測マーク Mxの空間像プロフ アイル (この空間像プロファイルは、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、像位置計測マーク Mxの投影位置とす
2
ることができる。像位置計測マーク Myについても同様である。
2
[0115] 次のステップ 416では、予め定めたステップ数（ここでは、 15とする）、スリット板 90 の Z位置を変更して空間像計測を行ったか否かを判断する。ここでは、スリット板 90 の初期位置にっ 、て空間像計測を行ったのみなので、このステップ 416における判 断は否定され、ステップ 418に移行して、前述したステップ 314と同様にして、スリット 板 190の Z位置を所定の手順に従って変更した後、ステップ 410に戻り、以降、ステ ップ 416における判断が肯定されるまで、ステップ 410→412→414→416→418→ 410のループの処理を繰り返す。
[0116] これにより、第 m番目のマーク領域 (ここでは第 1番目のマーク領域 MU )について
3
、 15ステップの Z位置について、 Z位置毎に、フォーカス計測マーク Mx及び像位置
1
計測マーク Mxの空間像の強度信号 (空間像プロファイル）、並びにフォーカス計測
2
マーク My及び像位置計測マーク Myの空間像の強度信号 (空間像プロファイル）
1 2
が得られるとともに、像位置計測マーク Mxの投影位置、像位置計測マーク Myの投
2 2 影位置が算出される。
[0117] 一方、ステップ 416の判断が肯定された場合には、ステップ 420に進んで、前述の ステップ 316と同様の手順で、フォーカス計測マーク Mx
1、 Myについてのベストフォ 1
一カス位置をそれぞれ算出し、その 2つのべストフォーカス位置の算出結果の平均値 を、その m番目のマーク領域が形成されたレチクル Rのパターン面上の点のベストフ オーカス位置 (最良結像面位置）としてメモリに記憶する。
[0118] また、ステップ 420において、フォーカス計測マーク Mx、 Myそれぞれのベストフ
1 1
オーカス位置と同一の Z位置における像位置計測マーク Mx、 Myの投影位置を、そ
2 2
の m番目のマーク領域内の像位置計測マーク Mx、 Myの投影位置として、メモリに
2 2
feす o
[0119] 次のステップ 422では、予定数（ここでは 20個）のマーク領域について処理が終了 したか否か判断する。ここでは、第 1番目のマーク領域 MUの処理が終了したのみな
3
ので、このステップ 422における判断は否定され、ステップ 424に移行して、カウント 値 mを 1インクリメント（m m+ 1)した後、ステップ 404に戻り、以降ステップ 422にお ける判断が肯定されるまで、上記ステップ 404以下の処理を繰り返す。
[0120] これにより、第 2番目〜第 20番目のマーク領域 MR ML ML MR MR ML
1 1 2 2 3 MR ML MDそれぞれの内部の、各 4つの計測マークの空間像の計測
3 9 9 3
が行われ、投影像 (空間像)の強度信号 (空間像プロファイル)力取得されるとともに、 それぞれのマーク領域が形成されたレチクル Rのパターン面上の点のベストフォー力 ス位置 (最良結像面位置）と、像位置計測マーク Mxの投影位置 (X位置)及び像位
2
置計測マーク Myの投影位置 (Y位置） 1S メモリ内に記憶される。
2
[0121] 一方、ステップ 422における判断が肯定されると、ステップ 426に進み、次のように してレチクル Rのパターン面の走査像面を算出する（推定する)。
[0122] ステップ 422における判断が肯定された段階では、レチクルステージ RST上に搭 載されたレチクル Rに形成されたパターンの像が投影光学系 PLによって形成される 走査像面上の 20箇所の評価点、すなわち、図 11に示される、評価点 U L L R
3 1 9 R、及び Dの Z位置情報、すなわち、マーク領域 MU、 ML ML、 MR MR
1 9 3 3 1 9 1 9 及び MDに対応するパターン面上の点のベストフォーカス位置の計測結果 Z (U )、
3 3
Z (L ) Z (L ) Z (R ) Z (R )及び Z (D )がメモリ内に記憶されて 、る。
1 9 1 9 3
[0123] そこで、これらの計測結果 Z (U ) Z (L ) Z (L ) Z (R ) Z (R )及び Z (D )を用
3 1 9 1 9 3 いて、以下のようにして、走査像面全体の形状を関数を用いて表す。
[0124] 図 11では、 Y軸方向に 9組の評価点 (計測点) (L , U , R ) （L , R ) （L
1 3 1 2 2 9
, D , R )がある。 9組の評価点のうち、相互に対を成す評価点の Y座標は同一であり
3 9
、これらの Y座標を Y1 Y9とする。
[0125] 第 1組目のべストフォーカス位置の計測結果 Z (L ) Z (U ) Z (R )を通る 2次曲線
1 3 1
は Ζ a -X2 + b -X+cで表される。ここで、マーク領域 MUは、厳密に言うと、マー
1 1 1 3
ク領域 MR、 MLとは Y座標値は異なるが、マーク領域 MUのべストフォーカス位置
1 1 3
Z (U )は、マーク領域 MR、 MLを結ぶ線分の中点のベストフォーカス位置とほぼ
3 1 1 一 致するとみなしても特に支障は無いと思われるので、第 1組目に含めている。
[0126] 第 2組目のベストフォーカス位置計測結果 Z (L )、 Z (R )を通る 2次曲線は Z = a ·Χ
2 2 2
2 + b 'X+cで表される。 [0127] 同様に、第 j組目（j = 3〜8)につ 、て、ベストフォーカス位置の計測結果 Z (L)、 Z ( R)を通る 2次曲線は Z = a'X2+b'X+cで表される。
j j j j
[0128] また、第 9組目のべストフォーカス位置の計測結果 Z (L )、 Z (D )、 Z (R )を通る 2
9 3 9 次曲線は Z二 a -X2 + b -X+cで表される。ここで、 Z(D )は、前述の Z(U )と同様の
9 9 9 3 3 理由により第 9組目に含めている。
[0129] このように 9つの 2次曲線を計算する。このとき 2次の係数は Yl, Y9でのみ計測可 能なので、その間は Y座標に応じた重み付けを行い、補完する。このよう〖こすると、例 えば Y2における曲線は次式（1)で表される。
[0130] [数 1]
72-79 71-72 ,
Ζ(Υ2) = (α, + ag )·Χ2 +み， -X + c2 … ） すなわち、 2次の係数は補完で求め b、 cは計測値 Z(L )、 Z(R )を通ることから計
2 2 2 2
算する。
[0131] さらに、計測した評価点の間の Y座標の 2次曲線は Y座標に応じて係数 a、 b、 cを補 完する。例えば、 Y1と Y2の間では曲線は次式（2)のように表される。
[0132] [数 2]
7-79 YX-Y
Z(Y) = (a, + an ) . X2
,, Y-Y2 . ΥΙ-Υ ν
+ (ろ, + bつ ) - X
1 71-72 2 Y\-Y2
( Υ-Υ2 Υ\-Υ λ , 、
+ (c, + c2 ) ·'·(2) このように Υ座標に応じて補間曲線を計算することにより、走査像面全体の形状をレ チクル R内の X, Υ座標位置、すなわちレチクルステージ RSTの X, Υ座標位置に対 する関数として、表現することができる。
[0133] なお、このステップ 426において、マーク領域マーク領域 MU、 ML〜ML、 MR
3 1 9 1
〜MR及び MDそれぞれの像位置計測マーク Mx、 Myの投影位置と、各像位置
9 3 2 2
計測マークの設計値とに基づいて、ディストーション分布を算出することもできる。 [0134] ステップ 426において、上述のようにして、走査像面を算出した後、ステップ 212の サブルーチンの処理を終了して、図 6のメインルーチンのステップ 214にリターンする
[0135] ステップ 214では、ステップ 210で計測した基準像面に対するステップ 212で求め た走査像面の差分を算出するとともに、その算出結果に基づいてレチクル Rのパター ン面のレチクルマーク板 RFMの基準面に対する差分に起因して生じる結像特性、 例えば像面湾曲のレチクル Rの Y軸方向位置 (Y座標）に応じた補正量を計算する。 走査露光方式では照明領域 IAR (露光領域 IA)力スリット状であるため、レチクルス テージ RSTの走査方向の位置 (Y座標）に応じて補正量を変えることにより、より細か い補正が可能となる。
[0136] 次のステップ 216では、上記ステップ 214で算出した補正量が所定の閾値より大き いか否かを判断する。このステップ 216における判断が肯定される場合とは、結像特 性を可能な限り補正しても残留誤差が大きすぎる場合 (すなわちエラー状態)であり、 その原因としては、異物がレチクルステージ RSTのプラテンとレチクルとの間に挟ま れた場合ゃレチクルの製造誤差が大きい場合等が考えられる。従って、このステップ 216における判断が肯定された場合には、ステップ 224に移行して異物挟み込みな どのエラーメッセージを不図示のディスプレイの画面上に表示するとともにアラーム音 を発するなどしてオペレータに警報を発した後、ステップ 226で運転を停止する (本 ルーチンの一連の処理を強制終了する)。
[0137] 一方、ステップ 216における判断が否定された場合には、レチクル Rのパターン面 のレチクルマーク板 RFMの基準面に対する差分に起因して生じる、走査像面を基 準像面に近づける補正を含む結像特性の補正後に露光が可能なのでステップ 218 に進み、半導体素子の回路パターンをウェハ上に焼き付けるための露光動作に入る 。すなわち、例えば 1ロットのウェハを順次 Zチルトステージ 38上にロードして、各ゥェ ハのショット領域に対して走査露光を行う。この走査露光中に、上記ステップ 214で 求めてお ヽた結像特性の補正量に基づ!/、て、レチクルステージ RSTの Y座標に応じ て結像特性補正コントローラ 78を介して可動レンズを駆動して走査像面を基準像面 に近づける補正を行うとともに、多点焦点位置検出系（60a、 60b)の出力に基づいて 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 駆動して、その補正後の走査像面にウェハ Wの表面を近づけるように、理想的には 一致するように補正する（すなわち、前述のフォーカス ·レべリング制御を実行する)。
[0138] なお、上述の可動レンズを駆動して走査像面を基準平面に近づける補正、例えば 像面湾曲の補正は、走査露光中に常時行うことは必須ではなぐ例えば走査露光に 先立って行うものとすることもできる。この場合、可動レンズの駆動によりフォーカス位 置が変化する場合には、主制御装置 50は、発生するフォーカス位置の変化量 Δ Ζ' を走査露光前に算出しておき、走査露光中は、 Δ Ζ'だけ変化させたフォーカス位 置の目標値に基づいて、前述のフォーカス'レべリング制御を実行することとしても良 い。これによつて、レチクル Rのパターン面の橈みによる像面湾曲、及びデフォーカス が補正されて、ウェハ Wの表面が高精度にレチクル Rのパターン面に対する実際の 像面に合わせ込まれる。
[0139] すなわち、上記ステップ 218では、非スキャン方向（X軸方向）の像面変化の一次成 分は、 Ζチルトステージ 38のローリング (X方向チルト）制御で補正され、 2次以上の成 分は可動レンズの駆動により補正され、スキャン方向（Υ軸方向）の像面変化は、 Ζチ ルトステージ 38のピッチング (Υ方向チルト）制御で補正され、像面のオフセット成分 は、 Ζチルトステージ 38の Ζ軸方向位置の制御（フォーカス制御）によって補正される
[0140] そして、例えば 1ロットのウェハへの露光動作が終了すると、ステップ 220に進み、 露光を継続する力否かを判断する。そして、このステップ 220における判断が肯定さ れた場合には、ステップ 222に移行して、レチクルを交換するかどうか判断する。
[0141] ここで、同一レチクルで続けて露光を行う場合は、走査像面を再び測定する必要は ないので、ステップ 218に戻り、上述と同様の露光動作を行う。一方、レチクルを交換 する場合は、ステップ 202に戻り、以降、上述したステップ 202以下の処理を繰り返 す。
[0142] この一方、ステップ 220における判断が否定された場合には、本ルーチンの一連の 処理を終了する。
[0143] これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、主制御装置 50、より具体的 には CPUとソフトウェアプログラムとによって、計測制御装置、算出装置、物体位置 設定機構、非常時警報装置が実現されている。すなわち、 CPUが行う、ステップ 402 〜424及びステップ 301〜320の処理によって計測制御装置が実現され、 CPUが 行う、ステップ 322、 426の処理によって算出装置が実現されている。また、 CPUが 行う、ステップ 218の処理によって物体位置設定機構が実現され、 CPUが行う、ステ ップ 216、 224、 226の処理によって非常時警報装置が実現されている。また、結像 特性補正コントローラ 78と、主制御装置 50の CPUが行うステップ 218の処理により 補正装置が実現されている。
[0144] 以上説明したように、本実施形態の露光装置 10によると、計測制御装置としての主 制御装置 50は、図 8のステップ 402〜424において、レチクルステージ RSTを走査 方向に関して移動し、レチクル R上の、マーク領域を含む領域を照明系（12, 14)か らの照明光 ILで照明して、前記マーク領域内に存在するフォーカスマーク、像位置 計測マークの空間像を投影光学系 PLを介して形成し、該空間像を空間像計測装置 59を用いて計測する。このような空間像の計測が、主制御装置 50により、レチクルス テージ RSTを走査方向に関して移動しながら繰り返し行われる。そして、算出装置と しての主制御装置 50によって、図 8のステップ 426において、前記移動位置毎の前 記マークの空間像の計測結果に基づ 、て、レチクル Rに形成されたパターンの像が 投影光学系 PLによって形成される走査像面が算出される。本実施形態の場合、レチ クルのパターン面そのものではなぐ上記の走査像面を検出するので、レチクル（マス ク)位置計測用のセンサなどが不要である。従って、レチクル Rと投影光学系 PLとの 間に、レチクル (マスク)位置計測用のセンサの設置スペースを確保する必要がなくな り、投影光学系 PLの設計自由度が増大し、高性能な投影光学系 PLが実現可能とな る。結果的に、高性能な投影光学系 PLにより、高精度なパターンの転写が実現され る。
[0145] なお、本実施形態の露光装置 10のようなスキャナの場合には、レチクルステージ R STの位置に依存して生じる静的変形 (レチクルステージ RSTの走査方向位置変化 に伴う Z位置、傾きの変動であって、動的変動ではなぐレチクルステージ RSTの走 查方向位置に応じて決まりかつ再現される静的な変形)も、実質的に走査像面の変 形となる。本実施形態では、吸着面起因のみでなぐこのようなレチクルステージ起因 の走査像面の変形をも補正する。
[0146] なお、上記実施形態では、説明の簡略化のため、基準像面に対する走査像面の補 正、すなわち投影光学系 PLの光軸方向に関する結像特性の補正を行うものとし、そ のような補正についてのみ説明したが、本発明がこれに限定されないことは勿論であ る。前述した如ぐ図 8のステップ 420において、フォーカス計測マーク Mx、 Myそ
1 1 れぞれのべストフォーカス位置と同一の Z位置における像位置計測マーク Mx、 My
2 2 の投影位置を、計測対象である m番目のマーク領域内の像位置計測マーク Mx、 M
2 yの投影位置として、メモリに記憶しているので、主制御装置 50は、レチクル Rが交
2
換される度に、その直前のレチクル Rについて計測された対応するマーク領域内の 対応するマーク同士の投影位置の差に基づいて、直前に露光に用いられたレチクル と露光に用いられるレチクルとの変形状態の差などに起因するディストーション誤差 及びディストーション誤差分布を求め、これを補正するようにしても良 、。
[0147] この場合において、主制御装置 50は、前述した結像特性補正コントローラ 78を介 して投影光学系 PLの一部の可動レンズを駆動することで、非スキャン方向（X軸方向 )に関するディストーション成分、並びに X軸方向及び Y軸方向の倍率成分を補正す る。また、主制御装置 50は、スキャン同期制御時の Y軸方向に関するレチクルステー ジ RSTとウェハステージ WSTの相対速度の調整と、両ステージ間のョーイングの相 対角速度調整などにより、スキャン方向（Y軸方向）に関するディストーション成分を補 正する。
[0148] なお、上記実施形態では、結像特性補正コントローラ 78により、投影光学系 PLの 一部の複数枚の可動レンズの Z位置及び傾斜が調整される場合について説明した 力 これに限らず、結像特性補正コントローラ 78は、一部のレンズエレメント相互間に 形成される気密室内部の気体の圧力を調整する、あるいは光源 14から出力される照 明光 ILの中心波長をシフトさせるようにしても良 、。
[0149] また、上記実施形態では、走査像面を基準像面に近づける補正に加え、その補正 後の走査像面にウェハ Wの表面を近づける補正を行う場合について説明したが、こ れに限らず、主制御装置 50が、前述のステップ 212の処理で計測した走査像面に、 ウェハ wの表面を近づける補正、すなわちウェハ Wのフォーカス 'レベリング制御の みを行うようにしても良い。
[0150] また、上記実施形態では、投影光学系の結像特性の較正（レンズキヤリブレーショ ン)を、波面収差の計測結果に基づいて行う場合について説明したが、これに限らず 、例えば特開 2002— 198303号公報及びこれに対応する米国特許出願公開第 20 02Z0041377号明細書などに開示されるように、レチクルマーク板 RFM上に複数 種類の結像特性 (収差)計測用のマークを形成しておき、これらのマークの空間像を 空間像計測装置 59を用いて、上記公報などに開示される手法でそれぞれ計測し、こ の計測結果に基づ 、て投影光学系の結像特性の較正（レンズキャリブレーション)を 行うようにしても良い。あるいは、投影光学系の結像特性の較正は、テストレチクルを 用いて、ウェハ上に焼き付けを行い、その焼付け結果に基づいて行っても良い。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 、上記公報及び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。
[0151] また、上記実施形態において、図 6のステップ 210において基準像面を計測したと きに、その基準像面上での多点焦点位置検出系（60a,60b)の各検出点での検出ォ フセットを求め、これらのオフセットを考慮して、前述のウェハ Wのフォーカス 'レベリ ング制御を行っても良いし、あるいは照射系 60aからの検出光の入射角、又は受光 系 60b内で再結像されるスリット像の位置をそのオフセットを相殺するようにずらしても 良い。
[0152] また、上記実施形態では、基準像面が、レチクルマーク板 RFMの基準面が投影光 学系 PLによって投影される面である場合について説明したが、これに限らず、基準 像面は、水平面であっても良い。力かる場合には、上述のステップ 210は省略するこ とがでさる。
[0153] なお、レチクルとして前に使用されたことがあり走査像面の計測データが記憶され ているレチクルが使用される場合で、且つその露光プロセスの必要精度があまり高く な 、ような場合には、前述のステップ 212の走査像面の計測工程を省略してスルー プットを高めるようにすることも可能である。 [0154] また、上記実施形態にお!、て、評価マークや計測マークの空間像を計測してベスト フォーカス位置を求める際に、複数の Z位置での水平方向スリットスキャンを行う場合 について説明した力 次のような Zスキャンによる空間像計測を行っても良い。
[0155] すなわち、主制御装置 50は、前述の水平スキャンによりそのフォーカス計測用マー ク (孤立線)の投影位置を検出し、そのマークの投影像 (空間像)の投影中心と、スリ ット板 90のスリット 122x (又は 122y)の中心との X位置（又は Y位置）がー致するよう 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（12, 14)からの照 明光 ILによりレチクルステージ RST上に載置されたレチクル Rのマーク領域を照明し 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 (Zスキャン)し、その Zスキ ヤン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 124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、前述した初期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。
[0156] そして、 1又は複数のスライスレベルを用いたスライス法により、投影光学系 PLのべ ストフォーカス位置を算出する。ここで、スライス法とは、 Zスキャン中に得られるスリット 透過光強度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である。なお、例えば、複数のスライスレベル を用いる場合には、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、それぞれ算出し、その複 数の中点の平均値をべストフォーカス位置とすれば良い。なお、 Zスキャンによりべス トフォーカス位置を求める場合は、上述の移動中心の近傍で、センサゲインが適切に 調整されて ヽることが必要である。
[0157] なお、上記実施形態では、走査像面を複数の 2次関数を利用して表現し、その関 数を用いて走査像面の形状を算出する場合について説明したが、本発明がこれに 限定されないことは勿論である。例えば、図 12に示されるように、走査像面を複数の 1次関数を利用して表現し、その関数を用 、て走査像面の形状を算出しても良 、。
[0158] 図 12では、 Y軸方向に 9組 (対）の計測点（L , R )〜（L , R )がある。これらの Y座
1 1 9 9
標を Y1〜Y9とする。第 1組目のべストフォーカス位置の計測結果 Z (L )、 Z (R )を通
1 1 る直線は Z = a -X+bで表される。第 2組目のベストフォーカス位置の計測結果 Z (L
1 1 2
)、 Z (R )を通る直線は Z = a -X+bで表される。このようにして 9つの直線を計算す
2 2 2
る。その間の直線は、例えば Z = a -X+bと Z = a -X+bとの間では Y座標に応じて
1 1 2 2
係数 a、 bを補完すれば良い。
1 1
[0159] すなわち、 Y1と Y2の間では直線は次式（3)のように表される。
[0160] [数 3] 、 , Y - Y2 ΥΙ - Υ ν Υ - Υ2 . 、
Ζ(Υ) = (α. + , ) - X + (b, 十ろ, ) - - - (3)
1 71 - 72 2 Π— : F2 1 71 -72 2 Π—； このように Y座標に応じて補完直線を計算することにより、走査像面全体の形状を 関数で表すことができる。この方法は、レチクル Rがねじれるような変形を起こしている ときなどには、好適である。
[0161] さらに、走査像面を複数の 3次以上の高次の関数で表現する場合には、パターン 領域 PAの走査方向両側に位置するマーク領域のうちの、計測対象とするマーク領 域の数 (計測点数)を増カロさせれば良 、。
[0162] この他、走査像面を、所定個のパラメータを含む任意の関数 z =f (X, Y)を想定し、 上記各 (X, Y)位置での Z計測結果に基づいて、例えば最小自乗法などの統計的手 法を用いて関数 f中の上記各パラメータをフィッティングし、走査像面形状をこの関数 fにより表わすことも可能である。
[0163] 例えば、レチクルパターン面内の吸着部分力 レチクル上の X軸方向の両端部に 配置される場合には、レチクルパターン面自体力 レチクルの X軸方向の中心部に 沿って Y軸方向の伸びる部分を鞍部とする鞍型形状に変形し易 、ため、関数 まこの ような鞍型形状を表現し易い関数及びパラメータよりなるものとすることが望ましい。
[0164] レチクルパターン面内の吸着部分力 他の形状を有する部分であっても、その吸着 面形状に応じた変形の生じ易 、形状を表現し易 、関数及びパラメータよりなるものを 使用することが好ましい。
[0165] いずれにしても、走査像面の形状を決定するための関数は、例えば上記の吸着部 分开状を想定して、 FEM (Finite Element Method)シミュレーションにより求めた変形 形状を参考にして決定すると良い。あるいは、レチクル平坦度計測結果などを参考に して決定しても良い。
[0166] なお、上記実施形態では、基準部材としてレチクルマーク板 RFMを用いる場合に ついて説明したが、これに限らず、吸着面の平坦度が良好なテストレチクルを使用し ても良い。力かる場合には、基準像面がそのテストレチクルのパターン面の走査像面 となるので、吸着状態をも考慮したより適切な基準像面となる。
[0167] なお、上記実施形態において、レチクル R上の X軸方向両端に形成されたマーク領 域を使用して走査像面を計測する時には、可動レチクルブラインド 30Bの開口の非 走査方向の幅が最大となるように各ブレードを全開にしてこれらのマーク領域に照明 光を照射する。一方、ウェハへの回路パターンの露光時には可動レチクルブラインド 30Bの開口の非走査方向の幅が遮光帯の幅とほぼ一致するように各ブレードを閉め 、マーク領域 (計測マーク)への照明光の照射 (ウェハへの誤転写)を防止する。
[0168] なお、上記実施形態にお!、て、レチクル R上の計測パターン (計測マーク）は、空間 周波数変調型の位相シフトパターン (位相シフトレチクル)であっても良ぐハーフトー ン型又はシフター遮光型の位相シフトパターンであっても良い。
[0169] また、上記実施形態では、レチクル Rのパターン面上の中心部に回路パターン領 域 PAが存在し、その周囲にのみ、マーク領域が存在するものとした力 例えば、レチ クル上の回路パターンが複数チップに相当するパターン力 なる場合には、各チップ に相当する領域の境界部分に、回路パターン以外のパターンを配置することも可能 となる場合がある。その場合には、上記境界部分にも前述と同様のマーク領域を配 置し、当該マーク領域内の計測マークにっ 、てもその像位置 (Z位置）の計測を行な うとともに、この結果をも用いて走査像面の推定を行なうこととしても良い。かかる場合 には、走査像面の推定の確度を一層向上することができる。
[0170] なお、上記境界部分の幅が、前述したマーク領域の大きさ（ウェハ上で 60 μ m角） より小さい場合には、当該境界部分に配置するマーク領域については、その形状を 小型化しても良い。なお、小型化の一例として、図 10に示されるマーク領域内の計測 マークに代えて X軸方向に長手方向を有するパターンのみを有するマーク、 Y軸方 向に長手方向を有するパターンのみを有するマークの 、ずれか一方のみを使用する こともできる。また、このようなマークが、ウェハ上に転写されても良い場合には、すな わち半導体集積回路上の一部に形成されても良い場合には、計測マークを回路パ ターン中に配置し、走査像面の推定にこのマークを使用することもできることは言うま でもない。
[0171] なお、上記実施形態の露光装置における投影光学系の倍率は縮小系のみならず 等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系 PLは屈折系のみならず、反射 系及び反射屈折系の 、ずれでも良 、し、その投影像は倒立像及び正立像の 、ずれ でも良い。
[0172] また、上記実施形態では、照明光 ILとして KrFエキシマレーザ光や ArFエキシマレ 一ザ光を用いる場合について説明した力 これに限らず、波長が 170nm以下の光、 例えば Fレーザ光 (波長 157nm)、 Krレーザ光 (波長 146nm)等の他の真空紫外
2 2
光を用いても良い。
[0173] また、例えば、真空紫外光として上記各光源力 出力されるレーザ光に限らず、 DF B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) (又はエルビ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!ヽ。
[0174] 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。この装置にお いては、円弧照明を用いてマスクとウェハを同期走査してスキャン露光する構成が考 えられるので、力かる装置にも本発明を好適に適用できる。さらに、例えば国際公開 第 99Z49504号パンフレット及び国際公開第 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 浸型露光装置にも本発明を適用することができる。この場合、投影光学系とウェハ（ 及び空間像計測装置のスリット板)の間に、水等の液体を満たす機能を装備する。液 浸型の露光装置では、投影光学系の開口数 NA( =結像光束の開き角の正弦 X液 体の屈折率)が 1を超える場合があるため、必要に応じて、空間像計測装置について もその一部を液体で満たす等により、 1以上の NAの光束を受光可能な構成とするこ とが望ましい。また、本発明を液浸型の露光装置に適用する場合、そのウェハ側ヮー キングディスタンスが短ぐ斜入射方式の焦点位置検出系を配置できない場合も生じ うる。この場合、焦点位置検出系として、静電容量センサや水圧感知式の位置センサ を使用することちできる。
[0175] なお、上記実施形態においては、空間像計測装置 59の少なくとも一部は、ウェハ Wを載置する Zチルトステージ 38に設けられるものとしたが、空間像計測装置が配置 される位置はこれに限られるものではない。
[0176] 例えば、ウェハ Wを載置する Zチルトステージ 38及びウェハステージ WSTとは別 にウェハベース 16上を XY方向に移動可能な計測用ステージを設け、この計測用ス テージに、空間像計測装置の全部又は一部を設けることもできる。この場合には、空 間像計測装置 59を省くことによりウェハステージ WSTを小型、軽量ィ匕でき、ウェハス テージ WSTの制御性を一層向上させることができるメリットがある。
[0177] 計測用ステージは、ウエノ、ステージ WSTと同様にレーザ干渉計により位置計測さ れ、その計測結果に基づいて X軸方向、 Y軸方向に高精度に位置制御される。また 、 Z軸方向についても多点焦点位置検出系（60a, 60b)の出力に基づいて高精度に 位置制御される。従って、この場合においても、上記実施形態と同様に高精度に走 查像面を計測可能であることに変わりはない。
[0178] なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組 み込み、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージゃゥェ ハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整 (電気 調整、動作確認等)をすることにより、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。
[0179] なお、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 イ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）、マイクロマシン、有機 EL、 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。
[0180] 《デバイス製造方法》
図 13には、デバイス (ICや LSI等の半導体チップ、液晶パネル、 CCD,薄膜磁気 ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートが示されている。図 13に示され るように、まず、ステップ 501 (設計ステップ）において、デバイスの機能 ·性能設計 (例 えば、半導体デバイスの回路設計等)を行い、その機能を実現するためのパターン 設計を行う。引き続き、ステップ 502 (マスク製作ステップ）において、設計した回路パ ターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ 503 (ウェハ製造ステップ）におい て、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
[0181] 次に、ステップ 504 (ウェハ処理ステップ）において、ステップ 501〜ステップ 503で 用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってゥェ ハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ 505 (デバイス組立てステップ）に おいて、ステップ 504で処理されたウェハを用いてデバイス組立てを行う。このステツ プ 505には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程 (チップ封 入)等の工程が必要に応じて含まれる。
[0182] 最後に、ステップ 506 (検査ステップ）において、ステップ 505で作成されたデバイス の動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完 成し、これが出荷される。
[0183] 図 14には、半導体デバイスにおける、上記ステップ 504の詳細なフロー例が示され ている。図 14において、ステップ 511 (酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸 化させる。ステップ 512 (CVDステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する 。ステップ 513 (電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成 する。ステップ 514 (イオン打ち込みステップ）においてはウエノ、にイオンを打ち込む 。以上のステップ 511〜ステップ 514それぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工 程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
[0184] ウェハプロセスの各段階にお 、て、上述の前処理工程が終了すると、以下のように して後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ 515 (レジスト形 成ステップ）において、ウエノ、に感光剤を塗布する。引き続き、ステップ 516 (露光ス テツプ）において、上で説明した露光装置及びその露光方法によってマスクの回路パ ターンをウェハに転写する。次に、ステップ 517 (現像ステップ）においては露光され たウェハを現像し、ステツ 518 (エッチングステップ）において、レジストが残存してい る部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ 519 (レ ジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
[0185] これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に 回路パターンが形成される。
[0186] 以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程 (ステップ 51 6)において上記実施形態の露光装置及びその露光方法が用いられるので、ウェハ 上にレチクルのパターンを高精度に転写することができ、結果的に高集積度のマイク 口デバイスの生産性 (歩留まりを含む）を向上させることが可能となる。 産業上の利用可能性
[0187] 本発明の像面計測方法は、所定の走査方向に移動可能なマスクステージ上に搭 載されたマスクに形成されたパターンの像が投影光学系によって形成される走査像 面を計測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物体上にパ ターンを転写するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデ バイスの製造に適している。

Claims

請求の範囲
[1] 所定の走査方向に移動可能なマスクステージ上に搭載されたマスクに形成された パターンの像が投影光学系によって形成される走査像面を計測する像面計測方法 であって、
前記マスクステージを前記走査方向に関して移動しつつ、移動位置毎に、前記マ スク上の、所定のマークが形成されたマーク領域を含む領域を照明光で照明して、 前記マーク領域内に存在する少なくとも 1つのマークの空間像を前記投影光学系を 介して形成し、該空間像を空間像計測装置を用いて計測する、空間像計測工程と； 前記移動位置毎の前記マークの空間像の計測結果に基づ 、て、前記走査像面を 算出する算出工程と;を含む像面計測方法。
[2] 請求項 1に記載の像面計測方法にお!、て、
前記空間像計測工程は、前記マークの前記空間像の前記投影光学系の光軸方向 に関する位置情報を計測する工程と、前記マークの前記空間像の前記投影光学系 の光軸に垂直な面内の方向に関する位置情報を計測する工程と、を含むことを特徴 とする像面計測方法。
[3] 請求項 1に記載の像面計測方法にお!、て、
前記マスクには、前記マーク領域が、前記パターンが形成されたパターン領域を区 画する矩形枠状の遮光帯の内部及び外部の少なくとも一方に、複数設けられている ことを特徴とする像面計測方法。
[4] 請求項 3に記載の像面計測方法にぉ 、て、
前記マスクには、前記矩形枠状の遮光帯の前記走査方向に平行な一対の対向辺 にそれぞれ沿って複数対の前記マーク領域が配置されていることを特徴とする像面 計測方法。
[5] 請求項 4に記載の像面計測方法にお 、て、
前記マスクには、前記矩形枠状の遮光帯の残りの一対の対向辺のそれぞれの近傍 に、前記マーク領域が少なくとも各 1つ配置されていることを特徴とする像面計測方 法。
[6] マスクが載置されたマスクステージと物体とを同期して照明光に対して移動し、前記 マスクに形成されたパターンを前記物体上に転写する露光方法であって、 請求項 1に記載の像面計測方法により、前記マスクに形成されたパターンの像が投 影光学系によって形成される走査像面を計測する工程と；
前記パターンの転写時に、前記走査像面の計測結果に基づいて、前記走査像面 と前記物体の表面とを近づけるように補正する工程と；を含む露光方法。
[7] 請求項 6に記載の露光方法において、
前記マスクには、前記マスク上の前記物体上に転写すべきパターン領域の周囲の 前記パターン領域力 所定距離以上離れた複数の位置に、前記マーク領域がそれ ぞれ設けられることを特徴とする露光方法。
[8] 請求項 7に記載の露光方法において、
前記パターン領域は、前記走査方向にほぼ平行な一対の第 1の対向辺により規定 されると共に、前記マーク領域が、前記一対の第 1の対向辺の近傍で、かつ前記バタ ーン領域から所定距離以上離れた複数の位置に、それぞれ設けられることを特徴と する露光方法。
[9] 請求項 8に記載の露光方法において、
前記パターン領域は、さらに前記走査方向にほぼ直交するする平行な一対の第 2 の対向辺により規定されると共に、前記マーク領域が、さらに前記第 2の対向辺の近 傍であって、前記パターン領域力も所定距離以上離れた少なくとも 1つの位置に、設 けられることを特徴とする露光方法。
[10] 請求項 7に記載の露光方法において、
前記マスク上の、前記パターン領域と前記マーク領域との間の少なくとも一部に、 遮光帯が設けられて!/ヽることを特徴とする露光方法。
[11] 請求項 6に記載の露光方法において、
前記マーク領域は、前記パターン領域中の、前記走査方向に平行な、又は直交す る所定の帯状領域上に形成されていることを特徴とする露光方法。
[12] 請求項 6に記載の露光方法において、
前記パターンを転写する前記物体の前記表面の位置及び形状の少なくとも一方を 、前記転写時に、又は前記転写に先立って計測する物体位置計測工程を、さらに含 む露光方法。
[13] 請求項 6に記載の露光方法において、
前記パターンの転写時に、前記走査像面の計測結果に基づいて、前記走査像面 を既知の基準像面に近づけるように前記走査像面を補正する工程を、さらに含む露 光方法。
[14] 請求項 13に記載の露光方法において、
前記基準像面は、平面であることを特徴とする露光方法。
[15] 請求項 13に記載の露光方法において、
前記基準像面は、前記マスクステージ上に存在する基準部材の基準面に形成され た複数のマークの前記投影光学系による投影像の形成面であることを特徴とする露 光方法。
[16] 請求項 15に記載の露光方法において、
前記補正する工程に先立って、前記マスクステージ上の前記基準部材を照明光で 照明して、前記基準部材上の複数のマークの空間像を前記投影光学系を介して形 成し、該空間像を空間像計測装置を用いて計測し、該計測結果に基づいて前記基 準像面を算出する工程を、更に含む露光方法。
[17] 請求項 13〜16のいずれか一項に記載の露光方法において、
前記走査像面の計測結果と前記基準像面とに基づ!、て、前記補正する工程の処 理を行うか否かを判定する工程を更に含む露光方法。
[18] 請求項 6〜16のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、物体上に前記パター ンを転写するリソグラフイエ程を、含むデバイス製造方法。
[19] 請求項 17に記載の露光方法を用いて、物体上に前記パターンを転写するリソダラ フイエ程を、含むデバイス製造方法。
[20] マスクと物体とを所定の走査方向に同期移動し、前記マスクに形成されたパターン を前記物体上に転写する露光装置であって、
前記マスクを保持して少なくとも前記走査方向に移動可能なマスクステージと； 前記マスクステージを照明光で照明する照明系と；
前記マスクに形成されたパターンを投影する投影光学系と； 前記投影光学系により形成される投影像を計測する空間像計測装置と； 前記物体を保持して移動する物体ステージと；
前記マスクステージを前記走査方向に関して移動しつつ、移動位置毎に、前記マ スク上の、所定のマークが形成されたマーク領域を含む領域を前記照明系力 の照 明光で照明し、前記マーク領域内に存在する少なくとも 1つのマークの空間像を前記 投影光学系を介して形成し、該空間像を前記空間像計測装置を用いて計測する、 計測制御装置と；
前記移動位置毎の前記マークの空間像の計測結果に基づ 、て、前記マスクに形 成されたパターンの像が前記投影光学系によって形成される走査像面を算出する算 出装置と;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、
前記走査像面の算出は、前記マスクに形成された前記パターンの内部ある 、は外 部の少なくとも一方に設けられた複数かつ離散的なマークの空間像の前記計測制御 装置による計測結果を、統計処理することにより行うことを特徴とする露光装置。
[22] 請求項 20に記載の露光装置において、
前記走査像面の前記算出結果に基づいて、前記走査像面と前記物体の表面とを 近づけるように設定する物体位置設定機構を更に備える露光装置。
[23] 請求項 20に記載の露光装置において、
前記物体の表面の位置情報又は形状情報を計測する物体位置計測機構を更に 備える露光装置。
[24] 請求項 20に記載の露光装置において、
前記計測制御装置は、前記マークの投影像の前記投影光学系の光軸方向に関す る位置情報を計測する機構と、前記マークの投影像の前記光軸に垂直な面内方向 に関する位置情報を計測する機構とを有すると共に、
前記算出装置は、前記移動位置毎の前記マークの投影像の前記光軸方向に関す る位置情報に基づいて像面を算出する機能と、前記移動位置毎の前記マークの投 影像の前記光軸に垂直な面内方向に関する位置情報に基づ!、てディストーション分 布を算出する機能と、を有することを特徴とする露光装置。
[25] 請求項 20に記載の露光装置において、
前記パターンの転写の際に、前記算出装置による前記走査像面の算出結果に基 づ 、て、前記走査像面を既知の基準像面に近づけるように前記走査像面を補正す る補正装置を更に備える露光装置。
[26] 請求項 25に記載の露光装置において、
前記基準像面は、平面であることを特徴とする露光装置。
[27] 請求項 25に記載の露光装置において、
前記基準像面は、前記マスクステージ上に存在する基準部材の基準面に形成され た複数のマークの前記投影光学系による投影像の形成面であることを特徴とする露 光装置。
[28] 請求項 25〜27のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記計測制御装置は、前記補正装置による補正に先立って、前記マスクステージ 上の前記基準部材を前記照明系からの前記照明光で照明して、前記複数のマーク の空間像を前記投影光学系を介して形成し、該空間像を前記空間像計測装置を用 いて計測し、
前記算出装置は、前記計測結果に基づいて前記基準像面を算出することを特徴と する露光装置。
[29] 請求項 25〜27のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記算出装置による前記走査像面の算出結果と前記基準像面とに基づいて、エラ 一状態が発生した力否かを判定し、エラー状態が発生していた場合、そのエラー状 態の発生を外部に通知するとともに、装置の運転を停止する非常時警報装置を更に 備える露光装置。
[30] 請求項 20〜27のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記空間像計測装置の少なくとも一部が設けられるとともに、前記物体ステージと は異なる、移動可能なステージを更に備える露光装置。
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