WO2007043535A1 - 光学特性計測方法、露光方法及びデバイス製造方法、並びに検査装置及び計測方法 - Google Patents

光学特性計測方法、露光方法及びデバイス製造方法、並びに検査装置及び計測方法 Download PDF

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WO2007043535A1
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optical
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PCT/JP2006/320232
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Kazuyuki Miyashita
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Nikon Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to an optical property measurement method, an exposure method, and a device manufacturing method, and more specifically, an optical property measurement method for measuring an optical property of an optical system that generates a pattern image on a predetermined surface, the method An exposure method for performing exposure in consideration of optical characteristics measured by the optical characteristic measurement method, a device manufacturing method using the exposure method, an inspection apparatus for detecting a plurality of patterns formed on a substrate, and the method
  • the present invention relates to a measurement method that can be suitably performed using an inspection apparatus.
  • a so-called CD (Critical Dimension) / focus method is typically known as a method for measuring the best focus position of a conventional projection optical system.
  • a predetermined reticle pattern for example, a line and space pattern
  • this test pattern is transferred to a test wafer at a plurality of positions in the optical axis direction of the projection optical system.
  • the line width value of the resist image (transferred pattern image) obtained by developing the test wafer is measured using a scanning electron microscope (SEM) or the like, and the line width value and projection optics are measured.
  • SEM scanning electron microscope
  • the best focus position is calculated based on the relationship with the wafer position in the optical axis direction of the system (hereinafter also referred to as “focus position” as appropriate).
  • a so-called SMP focus measurement method disclosed in Patent Document 1 is also known.
  • a resist image of a wedge-shaped mark is formed on a wafer at a plurality of focus positions, and the length of the resist image in the longitudinal direction using a mark detection system such as an alignment system (the resist image due to the difference in focus position). (Amplification of change in line width value). Then, based on the relationship between the focus position and the length of the resist image, the best focus position is calculated.
  • Patent Document 1 US Pat. No. 4,908,656
  • the present invention is an optical characteristic measuring method for measuring optical characteristics of an optical system that generates a pattern image on a predetermined surface.
  • the object is generated by generating a measurement turn image in the exposure area of the optical system while changing the position of the object disposed on the predetermined surface side of the optical system in the optical axis direction of the optical system.
  • a first optical property measuring method including: a third step of obtaining an optical property of the optical system based on a quantity;
  • the predetermined value relating to the luminance value of each pixel included in the imaging data obtained by imaging for a plurality of area regions on the object exposed by generating a pattern image for measurement is calculated. For this reason, even if the pattern image for measurement of each divided area is a set of a plurality of pattern images, the set of the plurality of pattern images is handled as a single pattern image as a result, so that a microscope with a low resolution is used. For example, it is possible to perform measurement with a measuring device such as an imaging type alignment sensor of the exposure apparatus. Measurement is possible regardless of the type of pattern image (line and space (isolated lines, dense lines), contact holes, size, arrangement direction, etc.) regardless of the illumination conditions when generating the pattern image.
  • a measuring device such as an imaging type alignment sensor of the exposure apparatus. Measurement is possible regardless of the type of pattern image (line and space (isolated lines, dense lines), contact holes, size, arrangement direction, etc.) regardless of the illumination conditions when generating the pattern image.
  • the step of measuring the optical characteristics of the optical system using the first optical characteristic measurement method of the present invention And exposing an object by generating a predetermined pattern image in an exposure area of the optical system.
  • the optical characteristic of the optical system is measured with high accuracy using the first optical characteristic measurement method regardless of the illumination condition at the time of generating the pattern image regardless of the type of the pattern image.
  • the object is exposed by generating a predetermined pattern image in the exposure area of the optical system in consideration of the measurement result of the optical characteristics. Therefore, high-precision pattern image generation on the object, that is, high-precision exposure is realized.
  • the present invention is an optical characteristic measurement method for measuring optical characteristics of the optical system used in an exposure apparatus that generates a pattern image on an object via the optical system and a liquid. Then, while changing at least one exposure condition, the object is sequentially moved at a predetermined step pitch such that the temperature variation of the liquid caused by exposure of the previous shot area does not affect the exposure of the next shot area.
  • the predetermined step pitch is set such that the temperature variation of the liquid caused by the exposure of the previous shot area does not affect the exposure of the next shot area.
  • a plurality of partitioned areas on the object are sequentially exposed by sequentially moving to generate a pattern image for measurement in the exposure area of the optical system. For this reason, the temperature stability of the liquid can be maintained satisfactorily during the exposure of each shot, and thereby, a pattern image for measurement can be accurately formed in a plurality of partitioned areas on the object. It is possible to detect the pattern image formation state and obtain the optical characteristics of the optical system based on the detection result.
  • the step of measuring an optical characteristic of an optical system using the second optical characteristic measurement method of the present invention Exposing the object with a predetermined pattern image formed via an optical system and a liquid.
  • the optical characteristic of the optical system is measured with high accuracy using the second optical characteristic measurement method, and is formed through the optical system and the liquid in consideration of the measurement result of the optical characteristic.
  • the object is exposed with a predetermined pattern image. Therefore, a highly accurate pattern image can be generated on the object by exposure using the optical system and liquid.
  • the productivity (including the yield) of the microdevice can be improved by exposing the object by either the first or second exposure method of the present invention. Therefore, from the fifth viewpoint, the present invention can be said to be a device manufacturing method including a lithographic process for exposing an object by any one of the first and second exposure methods of the present invention.
  • the present invention is an inspection apparatus that detects a plurality of pattern images respectively formed on a substrate under different exposure conditions via an optical system.
  • An imaging device having a field of view capable of simultaneously capturing a pattern image; and calculating contrast information of the pattern image using imaging data of the plurality of pattern images by the imaging device, and the exposure based on the contrast information
  • a processing device that calculates the appropriate value of the condition Are inspection apparatuses.
  • the present invention provides a measurement method for performing predetermined measurement by detecting a plurality of pattern images respectively formed on a substrate under different exposure conditions via an optical system. And imaging the plurality of pattern images using an imaging device having a field of view capable of simultaneously imaging the plurality of pattern images; and using the imaging data of the plurality of pattern images captured, the pattern image And calculating the appropriate value of the exposure condition based on the contrast information.
  • a best focus measurement method for a projection exposure apparatus comprising a pattern area having a line width pattern of about 4 times or less the resolution limit of the projection exposure apparatus. Forming a plurality of images at different positions on the object while changing the focus position; forming on the object using an inspection optical system whose resolution limit is larger than 1Z4, which is the resolution limit of the projection exposure apparatus
  • a best focus measurement method comprising: detecting light / dark information of a plurality of images of the pattern areas; and calculating a best focus position based on the detected light / dark information.
  • a pattern information determination method in which a plurality of pattern regions including a periodic pattern that is equal to or less than a resolution limit of the inspection optical system are formed by the inspection optical system.
  • a pattern information determination method comprising: detecting light / dark information of a group; and determining a pattern region in which the change in the detected light / dark information is maximized from the pattern group.
  • the tenth aspect of the present invention is a pattern information determination apparatus, which is an inspection optical system that detects light / dark information of a pattern group in which a plurality of pattern regions including a periodic pattern are formed, and the periodic information The pattern is the resolution limit of the inspection optical system;
  • a pattern information determination device comprising: a processing device that determines a pattern region in which the detected change in light and dark information is maximized.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a reticle used for measuring optical characteristics of a projection optical system.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a measurement pattern MP.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining a method of measuring optical characteristics according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the arrangement of partitioned areas.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state where evaluation point corresponding regions DB to DB are formed on a wafer W.
  • FIG. 8 is a flowchart showing details of step 426 (optical characteristic calculation processing) in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining how to obtain the best focus position.
  • FIG. 10 is a diagram showing a pattern of three lines and two spaces obtained by further dividing a line having a line width of 0.4 / zm with a converted value on a wafer into five as an example of a measurement pattern.
  • FIG. 11 is a view showing a schematic arrangement of an exposure apparatus according to a second embodiment.
  • Transfer pattern of measurement pattern MP is formed on multiple shot areas on wafer W
  • FIG. 1 A first figure.
  • FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of an example of an inspection apparatus according to a third embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 100 suitable for carrying out the optical characteristic measurement method and the exposure method according to the first embodiment.
  • the exposure apparatus 100 is a step-and-scan reduction projection exposure apparatus (a so-called “scanning” stepper (also called a scanner)).
  • the exposure apparatus 100 includes an illumination system IOP, a reticle stage RST that holds the reticle R, Projection unit PU that projects the image of the pattern formed on reticle R onto wafer W coated with photosensitizer (photoresist), wafer stage WST that holds wafer W and moves in a two-dimensional plane (in the XY plane) And a drive system 22 for driving the wafer stage WST, a control system for these, and the like.
  • the control system is composed mainly of a main controller 28 that also has power, such as a microcomputer (or workstation) that controls the entire system.
  • the illumination system IOP includes, for example, an ArF excimer laser (output wavelength: 193 nm) (or KrF excimer laser (output wavelength: 248 nm), etc.) light source, and an illumination system housing connected to the light source via a light transmission optical system And an illumination optical system inside the illumination system housing.
  • the illumination optical system includes, for example, an illuminance uniformizing optical system including an optical integrator, a beam splitter, and a relay lens as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-313250 and the corresponding US Patent Application Publication No. 2003Z0025890. , Variable ND filter, reticle blind, etc. (all not shown).
  • This illumination optical system shapes the laser beam output from the light source, and this shaped laser beam (hereinafter also referred to as illumination light) IL causes the X axis direction on the reticle R (in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1). It illuminates the elongated slit-like illumination area with almost uniform illuminance.
  • the reticle stage RST is arranged below the illumination system IOP in FIG.
  • the reticle R is placed on the reticle stage RST and is sucked and held via a vacuum chuck (not shown).
  • Reticle stage RST can be driven minutely in the horizontal plane (XY plane) by a reticle stage drive system (not shown) and in the scanning direction (here, the Y-axis direction, which is the horizontal direction in FIG. 1). Scanning is performed within a predetermined stroke range.
  • the position of this reticle stage RST is measured by an external laser interferometer 14 via a movable mirror (or mirror-finished end face) 12, and the measured value of this laser interferometer 14 is supplied to the main controller 28.
  • the projection unit PU is disposed below the reticle stage RST in FIG. 1, and is a projection optical system PL including a barrel 40 and a plurality of optical elements held in the barrel 40 in a predetermined positional relationship.
  • the projection optical system PL is a double-sided telecentric reduction system, and a plurality of lens elements (not shown) having a common optical axis AXp in the Z-axis direction. ) Refractive optical system that also has a force is used.
  • a plurality of specific lens elements are controlled by an imaging characteristic correction controller (not shown) based on a command from the main controller 28, and thereby the optical characteristics (imaging characteristics of the projection optical system PL) are controlled. For example, magnification, distortion, coma aberration, field curvature, and the like are adjusted.
  • the projection magnification of the projection optical system PL is 1Z4. For this reason, when the reticle R is illuminated with uniform illumination by the illumination light IL as described above, the pattern of the reticle R in the illumination area is reduced by the projection optical system PL, and the wafer W on which the photoresist is coated is applied. A reduced image of the pattern is formed in a part of the exposed area (shot area) on the wafer W. At this time, the projection optical system PL forms a reduced image in a part of its field of view (that is, an exposure area and a rectangular area conjugate with the illumination area with respect to the projection optical system PL).
  • the above-described imaging characteristic correction controller adjusts the optical characteristic of the projection optical system PL, that is, the imaging state of the pattern image on the user W, W, at least one optical element ( Instead, or in combination with it, for example, changing the characteristics of the illumination light IL (eg, center wavelength, spectral width, etc.) by controlling the light source, and the projection optical system PL It is also possible to perform at least one of movement of the wafer W (and inclination with respect to the XY plane) in the Z-axis direction parallel to the optical axis AXp.
  • the wafer stage WST includes an XY stage 20 that is driven by a drive system 22 including a linear motor and moves in the XY plane, and a wafer table 18 mounted on the XY stage 20. .
  • a wafer W is held on the wafer table 18 by vacuum suction or the like via a wafer holder.
  • the wafer table 18 minutely drives the wafer holder holding the wafer W in the Z-axis direction and the tilt direction with respect to the XY plane, and is also referred to as a tilt stage.
  • a moving mirror (or a mirror-finished reflecting surface) 24 is provided, and a laser beam (measurement beam) from the laser interferometer 26 is projected onto the moving mirror 24 and moved.
  • the position information and rotation information in the vertical surface of the wafer table 18 (showing (rotation around the vertical axis 0 ⁇ rotation), pitching (rotation around the X axis ⁇ X rotation) ), Rolling (including ⁇ y rotation around the axis) is measured.
  • the measurement value of the laser interferometer 26 is supplied to the main control device 28, and the main control device 28 is based on the measurement value of the laser interferometer 26!
  • the main control device 28 is based on the measurement value of the laser interferometer 26!
  • the position and the amount of inclination of the surface of the wafer W in the Z-axis direction are described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-283403 and US Pat. No. 5,448,332 corresponding thereto. It is measured by a focus sensor AFS comprising an oblique incidence type multi-point focal position detection system having a system 50a and a light receiving system 50b. The measurement value of the focus sensor AFS is also supplied to the main controller 28.
  • a reference plate FP is fixed on the wafer table 18 so that the surface thereof is the same height as the surface of the wafer W.
  • reference marks used for so-called baseline measurement of the alignment detection system AS described below are formed.
  • an alignment detection system AS for detecting alignment marks formed on the wafer W is provided on the side surface of the lens barrel 40 of the projection unit PU.
  • an image processing type alignment sensor that measures the mark position by illuminating the mark with broadband light such as a halogen lamp and processing the mark image.
  • FIA Field Image Alignment
  • the resolution limit of this alignment detection system AS is larger than the resolution limit of the projection optical system PL (the resolution is low!).
  • the detection signal DS of the alignment detection system AS is supplied to the alignment control device 16.
  • the alignment control device 16 performs AZD conversion on the detection signal DS and performs an arithmetic processing on the digitalized waveform signal. To detect the mark position. As a result, the alignment controller 16 force is also supplied to the main controller 28.
  • a pair of reticle alignment detection systems comprising a TTR (Through The Reticle) alignment system force using light of an exposure wavelength disclosed in a document etc. is provided.
  • the detection signal of the alignment detection system is supplied to the main controller 28 via the alignment controller 16.
  • FIG. 2 shows an example of reticle R used for measuring the optical characteristics of the projection optical system.
  • This figure 2 shows the reticle R viewed from the pattern surface side (lower surface side in Fig. 1).
  • FIG. As shown in Figure 2, the reticle R is rectangular (exactly square)
  • a substantially rectangular pattern area PA defined by a light shielding band (not shown) is formed on the pattern surface.
  • the light shielding member such as chrome makes almost the entire pattern area PA a light shielding part.
  • Center of pattern area P A coincides with the center of reticle R (reticle center)
  • center of reticle center
  • An imaginary rectangular area with the center in the X-axis direction and an opening pattern with a predetermined width, for example 27 m and a predetermined length, for example 108 m, at a total of five corners inside the IAR ' (Transmission area) AP ⁇ AP is formed, and the opening pattern AP ⁇ AP is a measurement pattern
  • the rectangular area IAR 'in which the entire area of the pattern area PA is a light shielding portion is defined by the above-described light shielding bands at both ends in the X axis direction. It is only necessary to provide a light shielding part having a predetermined width (for example, the same width as the light shielding band) at both ends.
  • Each of the L / S patterns LS, LS, LS, LS has a predetermined n Rn Ln Vn Hn n Ln
  • Three line patterns with a line width of 1., for example, and a predetermined length, for example, about 9 m, are composed of multi-bar patterns arranged in a predetermined pitch, for example, 3.2 m in each periodic direction. .
  • the LZS pattern LS, LS, LS, LS it
  • Vn Hn Rn Ln are the X axis direction, the Y axis direction, the direction forming + 45 ° with respect to the Y axis, and the direction forming 45 ° with respect to the Y axis.
  • the opening pattern AP shown in FIG. 3 is surrounded by a solid line and a dotted line that are divided into four equal parts.
  • L / S patterns LS, LS, LS, and LS having the same center as that of the square area are arranged in the square area (27 111 27 111). Indicated by dotted lines
  • a pair of reticle alignment marks RM1 and RM2 are formed on both sides in the X-axis direction of the pattern area PA passing through the reticle center (see FIG. 2).
  • the reticle R is loaded onto the reticle stage RST via a reticle loader (not shown) and the wafer is loaded via a wafer loader (not shown).
  • the predetermined preparation work is performed. Specifically, by the above-described reticle alignment detection system (not shown), a pair of reference marks (not shown) on the reference plate FP provided on the wafer table 18 and a pair of reticle alignment marks RM1 on the reticle R, So that RM2 is detected ⁇
  • the reticle stage RST and wafer stage WST (XY stage 20) are moved based on the measurement values of the laser interferometers 14 and 26, respectively. Then, based on the detection result of the reticle alignment detection system described above, the position (including rotation) of reticle stage RST in the XY plane is adjusted. As a result, the rectangular area IAR 'of the reticle R is set in the illumination area described above.
  • the entire surface is irradiated with illumination light IL.
  • the position where the projection image (pattern image) of the measurement pattern MP is generated in the field of view (particularly the exposure area) via the projection optical system PL is within the exposure area of the projection optical system PL.
  • This is the evaluation point for measuring the optical characteristics (eg focus position). Note that the number of evaluation points may be at least one! /, But in this embodiment, a total of five evaluation points are set for the center and four corners of the exposure area described above.
  • the process proceeds to the next step 406, and the target value of the exposure energy amount is set to the optimum value.
  • the optimum value of the exposure energy amount is obtained in advance by experiments or simulations.
  • the count value i of the first counter is initialized (i ⁇ l). In the present embodiment, the count value i is set later with the setting of the target value Z of the focus position of the wafer W.
  • the focus position of the wafer W is set in Z increments from Z to ⁇ (for example, with the best focus position (design value, etc.) known about the projection optical system PL as the center.
  • the projection area of the aperture pattern AP by the projection optical system PL is called a measurement pattern area, and a projection image of the measurement pattern MP is generated in the measurement pattern area, and an aperture is formed on the wafer W by each exposure.
  • the pattern AP is transferred and the measurement pattern is
  • a partition area containing a transfer image of the turn MP is formed. For this reason, the area on the wafer W corresponding to each evaluation point in the exposure area of the projection optical system PL (corresponding to the illumination area described above)
  • each evaluation point corresponding region DB on the wafer W onto which the measurement pattern MP is transferred by exposure described later will be described with reference to FIG.
  • the evaluation point corresponding region DB is formed on the wafer W.
  • the virtual partition areas DA n T i are arranged such that the + X direction is the column direction (increase direction of i), as shown in FIG.
  • the subscripts i and M used in the following explanation have the same meaning as described above.
  • the wafer table 18 is driven in the Z-axis direction (and the tilt direction) to move the wafer W to the Z-axis. Move to the target position z (in this case, Z) and move in the XY plane to move the wafer W i 1
  • Exposure amount control is performed so that the energy amount (integrated exposure amount) becomes a set target value.
  • step 410 The image of the aperture pattern AP including the measurement pattern MP is transferred to the T n area DA. [0054] Returning to FIG. 4, when the exposure in step 410 is completed, the process proceeds to step 416.
  • step 410 the wafer table 18 is driven in the Z-axis direction (and the tilt direction) to move the wafer W to the target position in the Z-axis direction.
  • the XY stage 20 is moved in a predetermined direction (in this case, the X direction) within the XY plane by a predetermined step pitch SP (see FIG. 5).
  • the above-described step pitch SP force projection image of each aperture pattern AP on the wafer W (the above-described measurement pattern n T
  • step pitch SP is not limited to approximately 6.75 m, but the measurement pattern MP images transferred to adjacent divided areas do not overlap, and 6.75 m, that is, each opening pattern.
  • Desired to be less than the desired dimension The reason for this will be described later.
  • the step pitch SP is the opening pattern AP of the projected image on the wafer W in the X-axis direction n T
  • step 416 determines whether the target value of the focus position of the wafer W set at that time is Z ⁇ step 416
  • DA 3 to M
  • step 416 When the process is completed and the determination in step 416 is affirmed, the process proceeds to step 420. At the stage where the judgment in step 416 is affirmative, each evaluation point corresponding area on the wafer W
  • the evaluation point corresponding region DB is formed at the stage where M (15 in this example) partitioned regions where the (latent image) is formed are formed, but in the above description, the description is easy to understand. Therefore, the explanation method as if the evaluation point corresponding region DB was on the wafer W was adopted in advance.
  • step 420 the wafer W is transferred to the wafer via a wafer unloader (not shown).
  • the wafer W is unloaded from the table 18, and the wafer W is transferred to the coater (not shown) connected in-line to the exposure apparatus 100 using a wafer transfer system (not shown).
  • step 422 After the wafer W is transferred to the coater / developer, the process proceeds to step 422.
  • the wafer w is developed by the developer. Upon completion of this development,
  • the formed wafer W on which the resist image is formed measures the optical characteristics of the projection optical system PL.
  • Figure 7 shows the evaluation point corresponding area DB formed on wafer W.
  • T 1 resist image An example of a T 1 resist image is shown.
  • the above-described step pitch SP is less than the X-axis dimension of the projected image on the wafer W of each aperture pattern AP.
  • Measurement mark regions there is actually no boundary between regions (hereinafter referred to as “measurement mark regions” where appropriate) indicated by dotted lines in FIG. 7 where L ZS pattern images are formed.
  • step 422 when it is confirmed that the development of the wafer W has been completed by notifying the coater 'developer's control system force (not shown), the process proceeds to step 424, and not shown.
  • the wafer loader is instructed and the wafer W is transferred to the wafer in the same manner as Step 402 described above.
  • optical characteristic measurement routine for calculating the optical characteristics of the projection optical system.
  • step 502 of FIG. 8 the count value n of the second counter indicating the number of the evaluation point corresponding area to be detected is referred to on the wafer W.
  • Evaluation Point Corresponding Region Move wafer W to a position where the resist image in DB can be detected by alignment detection system AS. This movement, that is, positioning, is based on the measured value of the laser interferometer 26.
  • the wafer w is positioned at a possible position.
  • evaluation point corresponding region DB the resist image of the evaluation point corresponding region DB is abbreviated as “evaluation point corresponding region DB” as appropriate.
  • the registration of the evaluation point corresponding region DB (here DB) on the wafer W is performed.
  • the element detection system AS divides the resist image into pixel units of its own image sensor (CCD, etc.), and the main control device converts the density of the resist image corresponding to each pixel into, for example, 8-bit digital data (pixel data).
  • the size of the evaluation point corresponding area DB is 101. 25 111 (axial direction) 27 111 axial direction), and the whole is set within the detection area of the alignment detection system AS. It is possible to simultaneously (collectively) image M partition areas DA for each corresponding area.
  • the imaging data of the resist images formed in the alignment detection area DB (here DB) of the alignment detection system AS force is organized, and an imaging data file is created.
  • the imaging data is subjected to image processing to detect the outer edge of the evaluation point corresponding region DB (here, DB).
  • this outer edge detection can be performed as follows.
  • a straight line portion constituting the outer frame composed of the outline of the evaluation point corresponding area DB is set as a detection target, and a window area having a predetermined size is detected as a straight line portion to be detected
  • the position of the straight line portion to be detected is detected based on the pixel data in the window area.
  • the pixel data of the outer frame part clearly differs in pixel value (pixel value) from the pixel data of the other parts.
  • the position of the window area in the scanning direction changes according to one pixel at a time. Based on the change in the pixel data in the window area, the position of the detection target straight line part (part of the outer frame) is reliably detected.
  • the scanning direction is a direction from the inner side to the outer side of the outer frame.
  • Such detection of the straight line portion is performed for each of the four sides constituting the outer frame formed by the outline of the evaluation point corresponding region DB.
  • This outer frame detection is disclosed in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-146702.
  • M equal parts for example, 15 equal parts
  • the partition area DA to DA (DA) is obtained. That is, each partition area (position information) with the outer edge as a reference
  • the contrast value for each measurement mark region refers to the statistic represented by the following equation (1), that is, the variance of the luminance value of each pixel for the measurement mark region.
  • X is a luminance value of the kth pixel inside the measurement mark area
  • X * is a predetermined reference value k
  • the wafer W As the predetermined reference value, in this embodiment, the wafer W
  • measurement pattern MP specifically, L ZS pattern LS, LS, LS, LS
  • measurement pattern image inside at least one segment area (or measurement mark area) on ⁇ Territory
  • An average value of luminance values of a plurality of pixels in the area (or a luminance value of a single pixel) is used.
  • ⁇ is the total number of pixels in the measurement mark area.
  • the predetermined reference value X * may be used as the average value of the luminance values of all the pixels in the measurement mark area.
  • the contrast value for each measurement mark area (or each partitioned area), other statistics including a deviation of the luminance value of each pixel from the predetermined reference value may be used.
  • the contrast value is calculated for each divided region, the variance of the luminance value of each pixel, the standard deviation, or other statistics are used as described above.
  • the contrast value for each measurement mark area (or the contrast value for each partition area) is calculated.
  • the best focus position in the evaluation point corresponding region DB is calculated as follows, and the best focus position is not shown. Save to. That is, for the evaluation point corresponding region DB, based on the contrast value for each measurement mark region calculated in step 512 above, the average of the contrast values when the LZS pattern LS LS LS LS is used respectively.
  • step 518 the process proceeds to step 518 and increments the count value n by 1 (n n + l), then returns to step 502, where the evaluation point corresponding area DB can be detected by the alignment detection system AS
  • the wafer W is positioned.
  • step 504 514 (including determination) is performed again, and the best point for the evaluation point corresponding region DB is processed in the same manner as for the evaluation point corresponding region DB described above. Find a single position.
  • the best focus position is determined in the same manner as in the case of the evaluation point corresponding area DB described above.
  • step 516 the determination at step 516 is affirmed.
  • the optical characteristic measurement routine may be terminated, but in the present embodiment, the process proceeds to step 520, and other optical characteristics are calculated based on the best focus position data obtained above.
  • the evaluation point corresponding area DB is set as an example.
  • the average value of the contrast values of the images of the four types of LZS patterns is obtained in each evaluation point corresponding region (position corresponding to each evaluation point). Force to determine the single best focus position based on this. Not limited to this, the best focus position may be determined for each periodic direction of the LZS pattern based on the contrast value for each image of the LZS pattern. . Alternatively, the best focus position force obtained with a set of LZS patterns (LS, LS) with orthogonal orthogonal directions is also the astigmatism n Ln at each evaluation point.
  • an aberration may be obtained. Further, for each evaluation point in the exposure area of the projection optical system PL, an astigmatism in-plane is obtained by performing an approximation process by, for example, the least square method based on the astigmatism calculated as described above. In addition to obtaining uniformity, it is also possible to obtain the total focal difference from astigmatism in-plane uniformity and field curvature.
  • the optical characteristic data of the projection optical system PL obtained as described above is stored in a storage device (not shown) and displayed on a screen of a display device (not shown). to this Thus, the processing in step 520 in FIG. 8, that is, the processing in step 426 in FIG. 4 is terminated, and the series of optical characteristic measurement processing is terminated.
  • information on the best focus position determined as described above or information on field curvature in addition to this is input to the main controller 28 via an input / output device (not shown). It shall be.
  • main controller 28 instructs an imaging characteristic correction controller (not shown) based on this optical characteristic data prior to exposure,
  • an imaging characteristic correction controller for example, at least one optical element of the projection optical system PL (in this embodiment, depending on the configuration of the force optical system that is a lens element, for example, a reflective optical element such as a concave mirror, or an aberration (distortion, spherical surface) of the projection optical system PL. Aberration, etc.), especially an aberration correction plate that corrects the non-rotating symmetric component, etc.)) (by including the distance from other optical elements) or by changing the tilt, etc.
  • the imaging characteristics of the projection optical system PL are corrected to the extent possible.
  • a method of correcting the imaging characteristics of the projection optical system PL for example, a method of slightly shifting the center wavelength of the illumination light IL, or a method of changing the refractive index in a part of the projection optical system PL, or the like alone or May be used in combination with movement of optical elements.
  • reticle R on which a predetermined circuit pattern (device pattern) to be transferred using a reticle loader (not shown) is formed by main controller 28 is loaded on reticle stage RST.
  • Wafer W is loaded onto wafer table 18 using the wafer loader shown.
  • the main controller 28 performs preparatory work such as reticle alignment and baseline measurement using a reticle alignment detection system (not shown), a reference plate FP on the wafer table 18, an alignment detection system AS, and the like. A predetermined procedure is performed, followed by wafer alignment such as the EGA (Enhanced Global Alignment) method.
  • a reticle alignment detection system not shown
  • a reference plate FP on the wafer table 18 an alignment detection system AS, and the like.
  • a predetermined procedure is performed, followed by wafer alignment such as the EGA (Enhanced Global Alignment) method.
  • EGA Enhanced Global Alignment
  • each part of the exposure apparatus 100 is controlled by the main controller 28, and the scanning exposure of the shot area on the wafer W and the stepping operation between shots are performed. And the pattern of reticle R is sequentially transferred to all the exposure target shot areas on the wafer W.
  • main controller 28 determines the position within the exposure area of projection optical system PL after correcting the optical characteristics based on the positional information in the Z-axis direction of wafer W detected by focus sensor AFS. Then, the wafer table 18 is driven in the Z-axis direction and the tilt direction via the drive system 22 so that the surface of the wafer W (shot area) is set within the range of the focal depth. Perform leveling control. In the present embodiment, prior to the exposure operation of the wafer W, the image plane of the projection optical system PL is calculated based on the best focus position at each evaluation point described above.
  • the focus sensor AF Optical calibration of S (for example, adjustment of the inclination angle of a plane parallel plate arranged in the light receiving system 50b) is performed.
  • the focus operation (and the leveling operation) may be performed in consideration of an offset corresponding to the deviation between the previously calculated image plane and the detection reference of the focus sensor AFS.
  • a plurality of partition areas DA of each evaluation point corresponding area DB on the wafer W on which the measurement pattern MP is transferred and exposed For each of the evaluation point corresponding regions DB, a predetermined statistic relating to the luminance value of each pixel included in the imaging data, for example, variance or standard deviation, is calculated as a contrast, and the contrast of each calculated region is calculated. Based on the calculation result, optical characteristics such as field curvature and astigmatism obtained from the best focus position at each evaluation point of the projection optical system PL and the best force position at each evaluation point are obtained.
  • the statistical amount related to the luminance value of each pixel is calculated as the contrast for the partition area DA, it can be measured by a microscope having a lower resolution than the SEM, for example, a measurement system such as the alignment system AS of the exposure apparatus 100. It becomes possible. This eliminates the need for precise focusing as in the case of using SEM, and shortens the measurement time. For example, the measurement time per point can be shortened even when the evaluation point corresponding areas DB are not simultaneously imaged as described above and are imaged for each partition area DA.
  • the illumination conditions for generating the projection image (pattern image) of the measurement pattern MP Measurement is possible regardless of.
  • the pattern of the reticle R since the above-described contrast is detected, the pattern of the reticle R
  • the measurement pattern MP can be made smaller than conventional methods of measuring dimensions (CDZ focus method, SMP focus measurement method, etc.). For this reason, the number of evaluation points can be increased, and the interval between evaluation points can be reduced. As a result, measurement accuracy of optical characteristics and reproducibility of measurement results can be improved.
  • the wafer can be transferred via the projection optical system PL so that optimum transfer can be performed in consideration of the optical characteristics of the projection optical system PL measured with high accuracy by the above-described optical characteristic measurement method.
  • Operations related to adjustment of the imaging state of the pattern image projected on W such as adjustment of imaging characteristics by moving the optical elements of the projection optical system PL, or calibration of the force sensor AFS, etc.
  • the pattern formed on the reticle R is transferred onto the wafer W via the projection optical system PL.
  • the optical characteristics of the projection optical system PL are measured with high accuracy using the above-described optical characteristic measurement method, and the projection optical system is considered in consideration of the measurement results of the optical characteristics.
  • a high-precision pattern image is generated in the exposure area of the system PL, and high-precision exposure (pattern transfer) is realized.
  • the L / S pattern of 3.2 ⁇ 111 pitch (line width 1.6 m) on the reticle R is used as each line-and-space pattern constituting the measurement pattern MP.
  • an LZS pattern having a narrower line width (or pitch) may be used as a measurement pattern.
  • the pitch or line width (converted value on wafer) of the L / S pattern is about the same as or larger than the resolution limit of the measurement system (optical system) such as the alignment system AS described above.
  • a line having a line width of 1. (a line width of 0.4 m in terms of wafer conversion value) constituting each LZS pattern of the measurement pattern MP of the above embodiment is further added.
  • Pattern MP composed of 3 lines and 2 spaces divided into 5 may be used as a measurement pattern.
  • the width of each line (L, L, L, etc.) and each space is 80 nm on the wafer.
  • the “contrast change” with respect to the focus change becomes large, and the best focus position can be detected with high sensitivity, which is more preferable.
  • the line width (or pitch) of the multiple lines that make up each line pattern of the LZS pattern is the equivalent value on the wafer, and the resolution limit of the measurement system (optical system) such as the alignment system AS described above. Is set too small.
  • the line width (or pitch) of the plurality of lines is a value converted on the wafer, and may be the same as the resolution limit (80 nm in this example) of the exposure apparatus 100 (projection optical system PL), although it may be larger than the resolution limit, for example, it is preferably about 4 times the resolution limit (320 nm in this example) or less.
  • the above-mentioned measurement system such as alignment AS does not need to have a high resolution limit (it does not have to be high resolution!).
  • a measurement device having an optical system with a low resolution for example, a resolution limit larger than 1Z4 (320 nm in this example), which is the resolution limit of the exposure apparatus 100, can be used, thereby reducing the cost of the apparatus.
  • the resolution limit (detection resolution of the optical system) of the measurement device is, for example, 350 nm, and the above-described pattern image for measurement with a line width of 00 nm (pitch is 800 nm) can be resolved (detected).
  • the line width (or pitch) of the multiple lines is a value converted on the wafer, for example, about three times the resolution limit of the exposure apparatus 100 (240 nm in this example).
  • the L / S line width of the pattern (or pitch) above Symbol embodiment (line width 0. 4 u m on the wafer, a pitch 0. 8 / zm ) May be larger.
  • the measurement pattern MP in FIG. 10 is a single line composed of a plurality of lines having the above-mentioned line width (or pitch), for example, instead of the force LZS pattern having an LZS pattern. Even if it has a pattern.
  • the aperture pattern is used as the measurement pattern MP on the reticle R.
  • the number or type of measurement patterns includes only one pattern.
  • isolated lines or contact holes may be used instead of or in combination with the LZS pattern.
  • the periodic pattern may be a pattern in which, for example, dot marks are periodically arranged in addition to the LZS pattern. This is because, unlike the conventional method of measuring the line width of an image, the above-described contrast is detected.
  • the entire evaluation point corresponding area is imaged simultaneously.
  • one evaluation point corresponding area may be divided into a plurality of areas and imaged.
  • the entire evaluation point corresponding area may be set within the detection area of the alignment detection system AS, and a plurality of portions of the evaluation point corresponding area may be imaged at different timings, or a plurality of evaluation point corresponding areas may be captured.
  • These parts may be sequentially set within the detection area of the alignment detection system AS and imaged.
  • the plurality of partition areas constituting one evaluation point corresponding area DB are formed adjacent to each other. For example, a part (at least one partition area) of the alignment detection system AS described above is used.
  • each evaluation point may be different.
  • the partitioned areas may be arranged in multiple columns (two-dimensional) in the corresponding area.
  • the arrangement (layout) of a plurality of partitioned areas may be determined according to the size of the detection area of the alignment detection system AS so that the entire evaluation point corresponding area can be imaged simultaneously.
  • the step pitch in the Y-axis direction is determined so that the above-mentioned frame line or unexposed part does not exist in the boundary part of the adjacent partition area in the direction orthogonal to the arrangement direction (Y-axis direction). Is desired.
  • the measurement pattern MP is transferred onto the wafer W by n T by static exposure. However, in this case, it is possible to use scanning exposure instead of static exposure. Can be sought.
  • the projection optical system including the liquid can be obtained by transferring an image of the measurement pattern MP onto the wafer via the projection optical system and the liquid which can be the immersion type exposure apparatus 100 of the present embodiment.
  • the optical properties of the system can be measured.
  • the contrast value for each measurement mark area (or each image area DA ; ) the distribution of the luminance value of each pixel for each measurement mark area (or each image area DA), or the standard deviation Or, other cases have been described in which other statistic values including deviations from the reference value of the luminance value of each pixel in each measurement mark area (or each section area) are used.
  • the present invention is not limited to this.
  • information on the luminance value of each pixel in each measurement mark area (or each partition area) that does not include the above deviation for example, a measurement pattern image is included in the measurement mark area (or partition area).
  • Some statistic relating to the luminance of each pixel such as the sum or average value of the luminance of each pixel within a predetermined area (predetermined number of pixels), may be employed as the contrast information.
  • the area of the imaging area (number of pixels, etc.) used to calculate contrast information in each measurement mark area (or each section area) is constant, the brightness value of each pixel Any statistic may be used. For example, when the area of the imaging area includes a pattern image for measurement and is set to be equal to or less than the area of the measurement mark area (or partition area), W step pitch SP
  • N T-axis dimension of projected image on wafer W of AP (corresponding to the above-mentioned measurement pattern area)
  • the object to be imaged may be a latent image formed on a resist at the time of exposure, and the wafer on which the image is formed is developed, and the wafer is further etched. It may be an image (etched image) obtained by processing.
  • the photosensitive layer on which an image on an object such as a wafer is formed is not limited to a photoresist, and any material can be used as long as an image (latent image and visible image) is formed by irradiation of light (energy). It may be an optical recording layer, a magneto-optical recording layer, or the like.
  • FIG. 11 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 1000 suitable for carrying out the optical characteristic measurement method and the exposure method according to the second embodiment.
  • This exposure device 1000 is This is a reduction projection exposure apparatus (a so-called scanning stepper (also called a scanner)) of the “and” scan method.
  • scanning stepper also called a scanner
  • This exposure apparatus 1000 is located in the vicinity of a lens (hereinafter also referred to as “front end lens”) 191 which is an optical element on the most image plane side (weno, W side) constituting the projection optical system PL of the projection unit PU.
  • a lens hereinafter also referred to as “front end lens”
  • the liquid supply nozzle 131A and the liquid recovery nozzle 131B constituting the liquid immersion device 132 are provided, the structure of the wafer table 18 is partially different accordingly, and the liquid immersion exposure is performed.
  • the configuration of other parts is the same as that of the exposure apparatus 100. In the following, the differences will be mainly described.
  • the liquid supply nozzle 131A is connected to a liquid supply device (not shown) via a supply pipe (not shown), and the liquid recovery nozzle 131B is a liquid collection (not shown) via a recovery pipe (not shown). Connected to the device.
  • pure water reffractive index n is approximately 1.44) that transmits ArF excimer laser light (light having a wavelength of 193 nm) is used as the liquid Lq for immersion (see FIG. 11). Pure water is advantageous in that it can be easily obtained in large quantities at a semiconductor manufacturing factory or the like, and has little adverse effect on resists, optical lenses, etc. on the wafer.
  • the liquid immersion device 132 including the liquid supply nozzle 131 A and the liquid recovery nozzle 131 B is controlled by the main controller 28.
  • the main controller 28 supplies the liquid Lq between the tip lens 191 and the wafer W via the liquid supply nozzle 131A, and the force between the tip lens 191 and the wafer W is also liquid via the liquid recovery nozzle 131B. Lq is recovered. Therefore, a certain amount of liquid Lq (see FIG. 11) is held between the tip lens 191 and the wafer W.
  • the liquid immersion device 132 is not limited to the above-described configuration, and for example, as disclosed in the pamphlet of International Publication No. 99Z49504, a configuration having a large number of nozzles may be employed. Further, the liquid immersion device 132 is provided with a supply port for supplying the liquid Lq to the optical path space through which the illumination light IL passes, instead of the liquid supply nozzle 131A and the liquid recovery nozzle 131B, and the surface of the wafer W during exposure. And a recovery port provided on the lower surface, and a member that fills the optical path space with the liquid Lq to form an immersion space. In short, as long as the liquid can be supplied between the tip lens 191 and the wafer W, any configuration may be used.
  • a wafer holder (only the plate P constituting a part thereof is shown in FIG. 11) for holding the wafer W by vacuum suction or the like is provided.
  • the wafer holder includes, for example, a main body (not shown) and a plate P fixed to the upper surface of the main body and having a circular opening having a diameter of about 0.1 to 2 mm larger than the diameter of the wafer W at the center. Equipped.
  • a large number of pins are arranged in the region of the main body inside the large circular opening of the plate P.
  • the wafer W is supported by the many pins, and the surface is almost flush with the plate P in a vacuum state. Adsorbed.
  • a reference mark plate (not shown) similar to the above is provided on a part of the plate P.
  • the entire surface of the plate P is coated with a liquid repellent material (water repellent material) such as a fluorine-based resin material or an acrylic resin material to form a liquid-repellent film.
  • a liquid-repellent resist is applied to the surface of the wafer W with respect to the liquid Lq for immersion, and a resist film is formed by the applied resist.
  • optical system PLL optical system PLL
  • Measurement of the optical characteristics of the optical system PLL is basically performed according to the same procedure as in the first embodiment. However, in the second embodiment, the step when moving the wafer W to scan and expose the second and subsequent partitioned areas DA in step 410 of FIG.
  • Stepping distance when forming a device pattern on multiple shot areas on UENO and W that is, the X axis of the shot area.
  • the difference is that the directional size is 25 mm, for example, and the exposure is performed by immersion exposure. Therefore, on the wafer W, as shown in FIG.
  • Measurement patterns MP-MP such as shot areas SA-SA were formed respectively. 15 shot areas (resist images) are formed. In this case, instead of the processing in steps 502 to 516 described above, measurement is performed for each shot area SA.
  • a data file is created, a contrast value is calculated for each measurement mark area in each area, and a best focus position is calculated for each evaluation point based on the calculation result.
  • the wafer W is changed while changing the position of the wafer W in one exposure condition, that is, the optical axis AX direction.
  • W is the stepping distance in the stepping between shots during exposure (i.e., shot area ⁇
  • an image of the measurement pattern MP is generated in the exposure area of the optical system PLL, so that a plurality of partitioned areas on the wafer W are sequentially n T
  • the wafer is exposed with an image of a device pattern formed through optical system PLL, that is, projection optical system PL and liquid Lq by the above-described optical characteristic measurement method.
  • optical system PLL that is, projection optical system PL and liquid Lq by the above-described optical characteristic measurement method.
  • the exposure condition changed when transferring the measurement pattern is the position (focus position) of the wafer W in the optical axis direction of the optical system PLL.
  • the exposure conditions include, for example, the exposure amount and the illumination condition (mask mask) when generating the pattern image. And including at least one of the setting conditions for all the components related to exposure, such as the imaging characteristics of the optical system PLL, etc.
  • the step pitch is set to be substantially equal to the stepping distance when the device pattern is transferred.
  • the step pitch is not limited to this. It may be determined in accordance with, for example, the exposure amount, the wafer and Z, or the type (material) of the resist so that the temperature fluctuation of the liquid Lq caused by the above is within a predetermined allowable range.
  • the force of transferring the measurement pattern MP image to each divided area by scanning exposure may be used in place of scanning exposure, and still exposure may be used. It will be set similarly.
  • the alignment detection system of the exposure apparatus is used to capture an image formed in each partitioned area on the wafer.
  • optical You can use a typical inspection device!
  • FIG. 13 shows a schematic configuration of a wafer inspection apparatus 2000 as an example of an inspection apparatus according to the third embodiment to which the above-described measurement method using contrast information is applied.
  • the inspection device 2000 is housed in the chamber 200, driven by a drive device (not shown), and moved on a horizontal plane (XY plane) and held on the stage ST via a vacuum chuck (not shown).
  • an arithmetic processing unit 400 including a microphone computer to which imaging data DS ′ obtained by the imaging device 300 is supplied.
  • the arithmetic processing unit 400 also controls the driving device described above.
  • Wafer W is formed by the above-described exposure apparatus 100 of the first embodiment shown in FIG.
  • the image of the measurement pattern MP ′ is transferred and developed in the same procedure as in the first embodiment, and is a developed wafer.
  • This wafer W is manufactured by the following procedures a. And b.
  • the exposure apparatus 100 described above is applied to the substrate (wafer W) to be the wafer W ′.
  • each partition area has a measurement pattern shown in FIG.
  • the image of the MP is formed.
  • wafer W is developed by a coater 'developer (CZD) (not shown). This completes the fabrication of wafer W.
  • CZD coater 'developer
  • each line pattern of the pattern image for measurement formed on the wafer W is formed.
  • the line width (or pitch) of the plurality of lines is about four times the resolution limit of the exposure apparatus 100 (in this example, for example, 80 nm), as in the first embodiment (320 nm in this example). The following is preferable.
  • the line width (or pitch) of the multiple lines should be about 3 times the resolution limit of exposure apparatus 100 (240 nm in this example) or less.
  • the line width (or pitch) is 80 nm.
  • this wafer W ' is transferred to the outside of the CZD by the transfer system, and the worker (there is
  • the imaging apparatus 300 of the inspection apparatus 2000 has, for example, a field of view capable of simultaneously imaging the entire evaluation point corresponding region DB, and the resolution limit thereof is the resolution limit of the exposure apparatus 100 as described above.
  • it is an inspection optical system with an optical system larger than 1Z4 (low resolution) (80 nm).
  • 1Z4 of the resolution limit (80 nm) of the exposure apparatus 100 is 320 nm
  • the resolution limit of the inspection apparatus 2000 is larger than 320 nm, for example, 350 nm.
  • the inspection apparatus 2000 can resolve (detect) the pattern image for measurement.
  • the arithmetic processing unit 400 performs the process in the same manner as the above-described steps 502 to 518, thereby calculating the best focus position of the projection optical system PL of the exposure apparatus 100.
  • the measurement time can be shortened.
  • the measurement time per point can be shortened even if each evaluation point corresponding area DB is not imaged at the same time as described above, and is imaged for each of the partitioned areas DA or in units of multiple partitioned areas. so is there.
  • the type of pattern image line and space (isolated line, dense line), contact hole, size, arrangement direction, etc.)
  • the information regarding the luminance value of each pixel in each measurement mark area (or each partition area) that does not include the above-described deviation, for example, the measurement mark area (or partition area) is measured.
  • Some statistic related to the brightness of each pixel such as the sum or average value of the brightness of each pixel in the area of the specified area (predetermined number of pixels) including the pattern image, is used as the contrast information. Also good.
  • the area of the imaging area (number of pixels, etc.) used to calculate the contrast information in each measurement mark area (or each section area) is constant, any statistics regarding the luminance value of each pixel will be used. An amount may be used.
  • the step pitch SP of the wafer W at the time of transferring the pattern for measurement is the projection image of each aperture pattern AP on the wafer W.
  • the “contrast change” with respect to the focus change becomes large, and the best focus position can be detected with high sensitivity.
  • the exposure condition force is changed when the pattern for measurement is transferred, that is, the focus position, that is, the position of the wafer with respect to the optical axis direction of the projection optical system PL.
  • the exposure conditions include all exposure-related components such as exposure amount, illumination conditions (including mask type) at the time of pattern image generation, and imaging characteristics of the projection optical system PL. It only needs to include at least one part setting condition.
  • the exposure conditions in the first embodiment are not limited to the focus position as well.
  • the imaging apparatus 300 detects a plurality of pattern images formed on the substrate under different exposure conditions (exposure amount, illumination conditions, etc.) via an optical system (such as the projection optical system PL).
  • the arithmetic processing unit 400 calculates the contrast information of the pattern image using the image data of the plurality of pattern images obtained by the imaging device 300, and sets the appropriate value of the exposure condition (optimum exposure) based on the contrast information. Quantity or lighting conditions) It can be done.
  • the inspection apparatus 2000 can also determine the following pattern information. That is, for example, the same inspection specimen force as the above-mentioned wafer W ′ is mounted on the stage ST.
  • the imaging device 300 (inspection optical system) is included in the pattern group in which a plurality of pattern areas including periodic patterns that are less than the resolution limit of the imaging device 300 are formed.
  • the light / dark information of each pattern area is detected.
  • the arithmetic processing unit 400 determines, for example, a pattern region in which the change in detected light / dark information (that is, contrast value) is maximum from the pattern group.
  • the contrast value in a plurality of pattern areas changes into a mountain shape as shown by a solid line in FIG.
  • the arithmetic processing unit 400 calculates the contrast value of each pattern area on the two-dimensional coordinate system with the horizontal axis as the pattern formation condition and the vertical axis as the contrast value. Plot, draw a contrast curve by fitting the plot points with an approximate curve, and calculate the appropriate value of the pattern formation condition, for example, the optimal value (vertex of the control curve) by interpolation, for example. Also good. Also in this case, as an example, an average value of two intersection points of the contrast curve and a predetermined slice level may be set as an appropriate value of the above pattern formation condition, for example, an optimal value.
  • the wafer inspection apparatus has been described.
  • the inspection apparatus of the present invention includes a mask inspection apparatus, a broad line width measurement apparatus (including an overlay measurement apparatus, etc.). Etc.
  • the inspection device 2000 is provided independently of the coater / developers (CZD).
  • the present invention is not limited to this.
  • the inspection device 2000 is connected inline with the C / D.
  • the arithmetic processing unit 400 transmits the determination result to the exposure apparatus (100, 1000) via a network (wireless or wired) such as a LAN, and the main control unit 28
  • the exposure condition may be set based on the transmitted determination result.
  • the determination result by the arithmetic processing unit 400 is sent to a host computer that manages a plurality of device manufacturing apparatuses (including an exposure apparatus) in the device manufacturing factory (clean room).
  • the exposure device main control device 28
  • an imaging type measurement device (alignment detection system AS, inspection device 2000).
  • This measurement device is a light receiving element (sensor).
  • a line sensor for example, which is not limited to an image sensor such as a CCD.
  • the line sensor may be one-dimensional, but it is preferable to use a line sensor arranged in two dimensions. Therefore, the data used in the above-described calculation of contrast information (pattern image measurement result by the measuring device) is not limited to the imaging data.
  • a predetermined reference value is used for measurement within at least one partition area (or measurement mark area) on the wafer.
  • the average value of the luminance values of a plurality of pixels in the region (or the luminance value of a single pixel) is used when no image is present, but the predetermined reference value is not limited to this.
  • the brightness value including the average value
  • the average value of the brightness values in the partition area (or measurement mark area) may be used.
  • a statistic that does not include the above-described deviation may be used as the contrast information.
  • the line width (or pitch) of the pattern image for measurement is the resolution limit of the measurement device (detection resolution of the optical system). If it is the same or near, it will be difficult for the measuring device to detect the line width change of the pattern image for measurement sensitively, so the luminance value (or the average value) of the area where the pattern image for measurement does not exist is calculated. It is preferable to use, as the contrast information, the above-mentioned statistical quantity that can determine the above deviation as a predetermined reference value. In this case, a subtle offset change that gives the overall force of each LZS pattern of the measurement pattern image is taken into consideration as the contrast value, and the measurement accuracy can be improved.
  • the force for measuring the position information of wafer stage WST using interferometer system (26) is not limited to this.
  • a scale diffiffraction grating
  • the encoder system that detects.
  • a hybrid system that includes both an interferometer system and an encoder system is used, and the measurement results of the encoder system are calibrated using the measurement results of the interferometer system. It is preferable to carry out (rejuvenation).
  • the position control of the wafer stage may be performed by switching between the interferometer system and the encoder system or using both.
  • the power for obtaining the best focus position, field curvature, or astigmatism as the optical characteristics of the projection optical system is not limited to these optical characteristics. Other aberrations may be used.
  • the exposure apparatus of the first and second embodiments is not limited to the manufacture of semiconductor devices.
  • a display liquid crystal display element, etc.
  • an image sensor CCD, etc.
  • a thin film magnetic head a micromachine
  • DNA DNA
  • the present invention may be applied to an exposure apparatus that is used for manufacturing other devices such as a chip.
  • a light transmissive mask in which a predetermined light shielding pattern (or phase pattern “dimming pattern”) is formed on a light transmissive substrate.
  • a predetermined light shielding pattern or phase pattern “dimming pattern”
  • a mask also called a variable shaping mask, for example, including DMD (Digital Micro-mirror Device) which is a kind of non-light emitting image display element (spatial light modulator)
  • DMD Digital Micro-mirror Device
  • spatial light modulator spatial light modulator
  • the projection optical system is not limited to a refraction system, but may be a catadioptric system or a reflection system, and is not limited to a reduction system, and may be an equal magnification system or an enlargement system.
  • the projected image by the projection optical system may be either an inverted image or an erect image.
  • the present invention is also applied to an exposure apparatus (lithography system) that forms a device pattern on a wafer W by forming interference fringes on the wafer W. can do.
  • an exposure apparatus lithography system
  • an exposure pair irradiated with an energy beam (such as illumination light IL) is used.
  • the elephant-sensitive object is not limited to a wafer, but may be another object such as a glass plate, a ceramic substrate, or a mask blank, and the shape is not limited to a circle but may be a rectangle.
  • the functional and performance design steps of the device, the reticle manufacturing step, the silicon material force wafer manufacturing step based on this design step, the first or second implementation described above The above-described exposure method is executed by an exposure apparatus of a form, and the wafer is manufactured through a lithography step for transferring a reticle pattern onto a wafer, a device assembly step (including a dicing step, a bonding step, a knocking step), an inspection step, and the like.
  • the exposure method described above is executed using the exposure apparatus of the first or second embodiment, and a device pattern is formed on the wafer, so that a highly integrated device can be produced. Can be manufactured well.
  • the optical property measurement method of the present invention is suitable for measuring optical properties of an optical system that generates a pattern image on a predetermined surface, for example, a projection optical system of a projection exposure apparatus. Further, the exposure method and device manufacturing method of the present invention are suitable for manufacturing micro devices. The inspection apparatus, measurement method, and best force position measurement method of the present invention are suitable for obtaining an appropriate value for exposure conditions.
  • the pattern information determination method of the present invention is suitable for determining information indicated by a pattern formation state formed on a sample such as a wafer.

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Abstract

　計測用のパターン像を生成することで露光されたウエハ上の複数の区画領域について、撮像により得られた撮像データに含まれる各画素の輝度値の所定の基準値に対する偏差を含む所定の統計量、例えば分散を算出し、その算出された各領域の統計量の算出結果に基づいて投影光学系の光学特性を求める（ステップ５０４、５０６、５１２、５１４）。このため、ＳＥＭなどに比べて分解能の低い顕微鏡、例えば露光装置の結像式アライメントセンサ等の計測装置でも再現性良く計測することが可能になる。

Description

明 細 書
光学特性計測方法、露光方法及びデバイス製造方法、並びに検査装置 及び計測方法
技術分野
[0001] 本発明は、光学特性計測方法、露光方法及びデバイス製造方法に係り、更に詳し くは、所定の面上にパターン像を生成する光学系の光学特性を計測する光学特性 計測方法、該光学特性計測方法によって計測された光学特性を考慮して露光を行う 露光方法、及び該露光方法を利用したデバイスの製造方法、並びに基板上に形成 された複数のパターンを検出する検査装置、及び該検査装置を用いて好適に行うこ とができる計測方法に関する。
背景技術
[0002] 半導体素子 (集積回路)等は年々高集積化しており、これに伴!、半導体素子等の 製造装置であるステツパなどの投影露光装置には、一層の高解像力が要求されるよ うになつてきた。投影露光装置の解像力を向上させるためには、投影光学系の光学 性能を向上させることが必要である。従って、投影光学系の光学特性 (結像特性を含 む）を正確に計測し、評価することが重要となっている。
[0003] 投影光学系の光学特性、例えばパターンの像面の正確な計測は、投影光学系の 視野内の各評価点 (計測点）における最良フォーカス位置を正確に計測できることが 前提となる。
[0004] 従来の投影光学系の最良フォーカス位置の計測方法としては、いわゆる CD(Critic al Dimension)/フォーカス法が代表的に知られている。この方法では、所定のレチク ルパターン（例えば、ラインアンドスペースパターン等）をテストパターンとして、このテ ストパターンを投影光学系の光軸方向に関する複数の位置でテスト用ウェハに転写 する。そして、そのテスト用ウェハを現像して得られるレジスト像 (転写されたパターン の像)の線幅値を、走査型電子顕微鏡 (SEM)等を用いて計測し、その線幅値と投 影光学系の光軸方向に関するウェハ位置（以下、適宜「フォーカス位置」とも 、う）と の関係に基づいて、最良フォーカス位置を算出する。 [0005] この他、特許文献 1などに開示されるいわゆる SMPフォーカス計測法も知られてい る。この方法では、複数のフォーカス位置で、くさび形マークのレジスト像をウェハ上 に形成し、ァライメント系などのマーク検出系を用いてレジスト像の長手方向の長さ（ フォーカス位置の違いによるレジスト像の線幅値の変化を増幅させたもの）を計測す る。そして、フォーカス位置とレジスト像の長さとの関係に基づいて、最良フォーカス 位置を算出する。
[0006] し力し、上述した CDZフォーカス法では、例えばレジスト像の線幅値を SEMで計 測するために、 SEMのフォーカス合わせを厳密に行う必要があり、 1点当たりの計測 時間が非常に長ぐ多数点での計測をするためには数時間から数十時間が必要とさ れていた。また、投影光学系の光学特性を計測するためのテスト用パターンも微細化 するとともに、投影光学系の視野内での評価点の数も増加することが予想される。従 つて、 SEMを用いた従来の計測方法では、計測結果が得られるまでのスループット が大幅に低下してしまう。また、計測誤差や計測結果の再現性についても、より高い レベルが要求されるようになり、従来の計測方法ではその対応が困難となってきた。
[0007] 一方、上述した SMPフォーカス計測法では、通常、計測を単色光で行うために、レ ジスト像の形状の違いにより干渉の影響が異なり、それが計測誤差 (寸法オフセット） につながるおそれがある。また、画像処理にてくさび形マークのレジスト像の長さ計測 を行うには、現状の画像取り込み機器 (CCDカメラ等）の分解能では未だ十分ではな い。また、テストパターンが大きいために、評価点の数を増カロさせることが困難であつ た。
[0008] 特許文献 1 :米国特許第 4, 908, 656号明細書
発明の開示
課題を解決するための手段
[0009] 本発明は、上述の事情の下になされたもので、第 1の観点力 すると、所定の面上 にパターン像を生成する光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法であって 、光学系の前記所定の面側に配置された物体の前記光学系の光軸方向に関する位 置を変更しながら、光学系の露光エリア内に計測用のノターン像を生成することで前 記物体上の複数の区画領域を順次露光する第 1工程と；前記物体上の複数の区画 領域を撮像する第 2工程と;前記撮像により得られた撮像データを処理して、各区画 領域について各画素の輝度値に関する所定の統計量を算出するとともに、算出され た各区画領域についての統計量に基づいて前記光学系の光学特性を求める第 3ェ 程と；を含む第 1の光学特性計測方法である。
[0010] これによれば、計測用のパターン像を生成することで露光された物体上の複数の区 画領域について、撮像により得られた撮像データに含まれる各画素の輝度値に関す る所定の統計量を算出し、その算出された各領域についての統計量に基づいて光 学系の光学特性を求める。このため、各区画領域の計測用のパターン像が、複数の パターン像の集合であっても、その複数のパターン像の集合が 1つのパターン像とし て結果的に取り扱われるので、分解能の低い顕微鏡、例えば露光装置の結像式ァラ ィメントセンサ等の計測装置でも計測することが可能になる。パターン像の種類 (ライ ンアンドスペース（孤立線、密集線）、コンタクトホール、サイズ及び配列方向など）を 問わず、パターン像の生成時の照明条件を問わず、計測が可能になる。
[0011] 本発明は、第 2の観点力 すると、本発明の第 1の光学特性計測方法を用いて光 学系の光学特性を計測する工程と;該光学特性の計測結果を考慮して前記光学系 の露光エリア内に所定のパターン像を生成することで物体を露光する工程と；を含む 第 1の露光方法である。
[0012] これによれば、パターン像の種類を問わず、パターン像の生成時の照明条件を問 わず、第 1の光学特性計測方法を用いて光学系の光学特性が高精度に計測され、 その光学特性の計測結果を考慮して前記光学系の露光エリア内に所定のパターン 像を生成することで物体が露光される。従って、物体上への高精度なパターン像の 生成、すなわち高精度な露光が実現される。
[0013] 本発明は、第 3の観点力 すると、光学系及び液体を介して物体上にパターン像を 生成する露光装置で用いられる前記光学系の光学特性を計測する光学特性計測方 法であって、少なくとも 1つの露光条件を変更しながら、前記物体を前ショット領域の 露光に起因する前記液体の温度変動が次ショット領域の露光に影響を与えない程 度の所定のステップピッチで順次移動して前記光学系の露光エリア内に計測用のパ ターン像を生成することで前記物体上の複数の区画領域を順次露光する第 1工程と ；前記物体上の複数の区画領域における前記計測用のパターン像の形成状態を検 出する第 2工程と;前記検出結果に基づいて前記光学系の光学特性を求める第 3ェ 程と；を含む第 2の光学特性計測方法である。
[0014] これによれば、少なくとも 1つの露光条件を変更しながら、物体を前ショット領域の露 光に起因する液体の温度変動が次ショット領域の露光に影響を与えない程度の所定 のステップピッチで順次移動して光学系の露光エリア内に計測用のパターン像を生 成することで前記物体上の複数の区画領域を順次露光する。このため、各ショットの 露光に際して液体の温度安定性を良好に維持することができ、これにより、物体上の 複数の区画領域に計測用のパターン像を精度良く形成することができ、この計測用 のパターン像の形成状態を検出し、その検出結果に基づいて、光学系の光学特性を 求めることが可能になる。
[0015] 本発明は、第 4の観点力 すると、本発明の第 2の光学特性計測方法を用いて光 学系の光学特性を計測する工程と;該光学特性の計測結果を考慮して前記光学系 及び液体を介して形成される所定のパターン像で前記物体を露光する工程と；を含 む第 2の露光方法である。
[0016] これによれば、第 2の光学特性計測方法を用いて、光学系の光学特性が高精度に 計測され、その光学特性の計測結果を考慮して前記光学系及び液体を介して形成 される所定のパターン像で前記物体が露光される。従って、光学系及び液体を用い た露光による物体上へ高精度なパターン像の生成が実現される。
[0017] リソグラフイエ程において、本発明の第 1、第 2の露光方法のいずれかにより物体を 露光することで、マイクロデバイスの生産性 (歩留りを含む）を向上させることができる 。従って、本発明は、第 5の観点力 すると、本発明の第 1、第 2の露光方法のいずれ 力、により物体を露光するリソグラフイエ程を含むデバイス製造方法であるとも言える。
[0018] 本発明は、第 6の観点からすると、光学系を介して異なる露光条件下で基板上にそ れぞれ形成された複数のパターン像を検出する検査装置であって、前記複数のバタ 一ン像を同時に撮像可能な視野を有する撮像装置と;前記撮像装置による前記複数 のパターン像の撮像データを用いて前記パターン像のコントラスト情報を算出すると ともに、そのコントラスト情報に基づいて前記露光条件の適正値を求める処理装置と 、を備える検査装置である。
[0019] これによれば、コントラスト情報に基づいて露光条件の適正値を求めるので、 SEM を用いて線幅計測を行う場合のような厳密なフォーカス合わせが不要となり、計測時 間の短縮が可能である。
[0020] 本発明は、第 7の観点からすると、光学系を介して異なる露光条件下で基板上にそ れぞれ形成された複数のパターン像を検出することで所定の計測を行う計測方法で あって、前記複数のパターン像を同時に撮像可能な視野を有する撮像装置を用いて 前記複数のパターン像を撮像する工程と;撮像された前記複数のパターン像の撮像 データを用いて前記パターン像のコントラスト情報を算出するとともに、そのコントラス ト情報に基づ 、て前記露光条件の適正値を求める工程と；を含む計測方法である。
[0021] これによれば、コントラスト情報に基づいて露光条件の適正値を求めるので、 SEM を用いて線幅計測を行う場合のような厳密なフォーカス合わせが不要となり、計測時 間の短縮が可能である。
[0022] 本発明は、第 8の観点力 すると、投影露光装置のベストフォーカス計測方法であ つて、前記投影露光装置の解像限界の 4倍程度以下の線幅のパターンを含むバタ ーン領域の像をフォーカス位置を変化させつつ、物体上の異なる位置に複数形成す る工程と;解像限界が前記投影露光装置の解像限界の 1Z4よりも大きい検査光学 系を用いて、物体に形成された複数の前記パターン領域の像の明暗情報を検出す る工程と;前記検出した明暗情報に基づいて、ベストフォーカス位置を算出する工程 と；を含むベストフォーカス計測方法である。
[0023] 本発明は、第 9の観点力 すると、パターン情報判定方法であって、検査光学系に より、前記検査光学系の解像限界以下の周期パターンを含むパターン領域が複数 形成されたパターン群の明暗情報を検出する工程と;前記パターン群の中から、前 記検出した明暗情報の変化が最大となるパターン領域を判定する工程と;を含むパ ターン情報判定方法である。
[0024] 本発明は、第 10の観点力もすると、パターン情報判定装置であって、周期パターン を含むパターン領域が複数形成されたパターン群の明暗情報を検出する検査光学 系であって、前記周期パターンは、前記検査光学系の解像限界であり；前記パター ン群の中から、前記検出した明暗情報の変化が最大となるパターン領域を判定する 処理装置と；を備えるパターン情報判定装置である。
図面の簡単な説明
[0025] [図 1]第 1の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
[図 2]投影光学系の光学特性の計測に用いられるレチクルの一例を示す図である。
[図 3]計測用のパターン MPの構成を示す図である。
[図 4]第 1の実施形態に係る光学特性の計測方法を説明するためのフローチャートで ある。
[図 5]区画領域の配列を説明するための図である。
[図 6]ウェハ W上に評価点対応領域 DB〜DBが形成された状態を示す図である。
T 1 5
[図 7]ウェハ Wを現像後にウェハ W上に形成された評価点対応領域 DBのレジスト
T T 1 像の一例を示す図である。
[図 8]図 4のステップ 426 (光学特性の算出処理)の詳細を示すフローチャートである
[図 9]最良フォーカス位置の求め方を説明するための図である。
[図 10]計測用のパターンの一例として、ウェハ上換算値で線幅 0. 4 /z mのラインを、 さらに 5分割した 3本ライン & 2本スペースのパターンを示す図である。
[図 11]第 2の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
[図 12]ウェハ W上の複数のショット領域に計測用のパターン MPの転写像が形成さ
T n
れた状態を示す図である。
[図 13]第 3の実施形態に係る検査装置の一例の概略構成を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0026] 以下、本発明の第 1の実施形態を図 1〜図 9に基づいて説明する。
[0027] 図 1には、第 1の実施形態に係る光学特性計測方法及び露光方法を実施するのに 好適な露光装置 100の概略的な構成が示されている。この露光装置 100は、ステツ プ ·アンド'スキャン方式の縮小投影露光装置（ 、わゆるスキャニング'ステツパ (スキヤ ナとも呼ばれる））である。
[0028] この露光装置 100は、照明系 IOP、レチクル Rを保持するレチクルステージ RST、 レチクル Rに形成されたパターンの像を感光剤（フォトレジスト）が塗布されたウェハ W 上に投影する投影ユニット PU、ウェハ Wを保持して 2次元平面 (XY平面内）を移動 するウェハステージ WST、該ウェハステージ WSTを駆動する駆動系 22、及びこれら の制御系等を備えている。制御系は装置全体を統括制御するマイクロコンピュータ（ あるいはワークステーション)など力も成る主制御装置 28を中心として構成されている
[0029] 前記照明系 IOPは、例えば ArFエキシマレーザ（出力波長 193nm) (又は KrFェ キシマレーザ（出力波長 248nm)など)力も成る光源、該光源に送光光学系を介して 接続された照明系ハウジング及び該照明系ハウジング内部の照明光学系を含む。照 明光学系は、例えば特開 2001— 313250号公報及び対応する米国特許出願公開 第 2003Z0025890号明細書などに開示されるように、オプティカルインテグレータ 等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、リレーレンズ、可変 NDフィルタ、レチ クルブラインド等 (いずれも不図示)を含む。この照明光学系は、光源から出力された レーザビームを整形し、この整形されたレーザビーム（以下、照明光ともいう） ILにより 、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 明領域をほぼ均一な照度で照明する。
[0030] 前記レチクルステージ RSTは、照明系 IOPの図 1における下方に配置されている。
このレチクルステージ RST上にレチクル Rが載置され、不図示のバキュームチャック 等を介して吸着保持されている。レチクルステージ RSTは、不図示のレチクルステー ジ駆動系によって、水平面 (XY平面）内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（ ここでは図 1の紙面内左右方向である Y軸方向とする）に所定ストローク範囲で走査さ れるようになっている。このレチクルステージ RSTの位置は、移動鏡 (又は鏡面カロェ した端面） 12を介して外部のレーザ干渉計 14によって計測され、このレーザ干渉計 1 4の計測値が主制御装置 28に供給されて 、る。
[0031] 前記投影ユニット PUは、レチクルステージ RSTの図 1における下方に配置され、鏡 筒 40と、該鏡筒 40内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子から成る投影 光学系 PLとを含む。投影光学系 PLとしては、ここでは両側テレセントリックな縮小系 であって、 Z軸方向の共通の光軸 AXpを有する複数枚のレンズエレメント（図示省略 )力も成る屈折光学系が用いられている。レンズエレメントのうちの特定の複数枚は、 主制御装置 28からの指令に基づいて、不図示の結像特性補正コントローラによって 制御され、これによつて投影光学系 PLの光学特性 (結像特性を含む)、例えば倍率 、ディストーション、コマ収差、及び像面湾曲などが調整されるようになっている。
[0032] 投影光学系 PLの投影倍率は、一例として 1Z4とされている。このため、前述の如く 照明光 ILによりレチクル Rが均一な照度で照明されると、その照明領域内のレチクル Rのパターンが投影光学系 PLにより縮小されて、フォトレジストが塗布されたウェハ W 上に投影され、ウェハ W上の被露光領域 (ショット領域)の一部にパターンの縮小像 が形成される。このとき、投影光学系 PLはその視野内の一部（即ち、露光エリアであ つて、投影光学系 PLに関して照明領域と共役な矩形領域)にその縮小像を形成す る。なお、前述の結像特性補正コントローラは、投影光学系 PLの光学特性、即ちゥ エノ、 W上でのパターン像の結像状態を調整するために、投影光学系 PLの少なくとも 1つの光学素子（レンズエレメントなど）を移動するものとした力 その代わりに、あるい はそれと組み合わせて、例えば光源の制御による照明光 ILの特性 (例えば中心波長 、スペクトル幅など）の変更と、投影光学系 PLの光軸 AXpに平行な Z軸方向に関す るウェハ Wの移動 (及び XY平面に対する傾斜）との少なくとも一方を行うものとしても 良い。
[0033] 前記ウェハステージ WSTは、リニアモータなどを含む駆動系 22によって駆動され、 XY平面内を移動する XYステージ 20と、該 XYステージ 20上に搭載されたウェハテ 一ブル 18とを備えている。このウェハテーブル 18上にウェハホルダを介してウェハ Wが真空吸着等によって保持されている。ウェハテーブル 18は、ウェハ Wを保持す るウェハホルダを Z軸方向及び XY面に対する傾斜方向に微小駆動するもので、 Ζ· チルトステージとも称される。このウェハテーブル 18の上面には、移動鏡 (又は鏡面 加工した反射面） 24が設けられており、この移動鏡 24にレーザ干渉計 26からのレー ザビーム (測長ビーム）が投射され、その移動鏡 24からの反射光に基づいてウェハテ 一ブル 18の ΧΥ面内の位置情報及び回転情報（ョーイング (Ζ軸回りの回転である 0 ζ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 (Υ軸回りの回転であ る Θ y回転)を含む）が計測される。 [0034] レーザ干渉計 26の計測値は主制御装置 28に供給され、主制御装置 28はこのレー ザ干渉計 26の計測値に基づ!/、て、駆動系 22を介してウェハステージ WSTの XYス テージ 20を制御することで、ウェハテーブル 18の XY面内の位置（ 0 z回転を含む） を制御する。
[0035] また、ウェハ W表面の Z軸方向の位置及び傾斜量は、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号明細書等に開示される送光 系 50a及び受光系 50bを有する斜入射方式の多点焦点位置検出系から成るフォー カスセンサ AFSによって計測される。このフォーカスセンサ AFSの計測値も主制御 装置 28に供給されている。
[0036] また、ウェハテーブル 18上には、その表面がウェハ Wの表面と同じ高さになるよう な基準板 FPが固定されている。この基準板 FPの表面には、次に述べるァライメント 検出系 ASのいわゆるベースライン計測等に用いられる基準マークなどが形成されて いる。
[0037] 本実施形態では、前記投影ユニット PUの鏡筒 40の側面に、ウェハ Wに形成され たァライメントマークを検出するァライメント検出系 ASが設けられて 、る。このァラィメ ント検出系 ASとしては、一例としてハロゲンランプ等のブロードバンド (広帯域)光で マークを照明し、このマーク画像を画像処理することによってマーク位置を計測する 画像処理方式の結像式ァライメントセンサの一種である FIA (Field Image Alignment) 系が用いられている。このァライメント検出系 ASの解像限界は、投影光学系 PLの解 像限界より大き!ヽ (解像度が低!、)。
[0038] ァライメント検出系 ASの検出信号 DSは、ァライメント制御装置 16に供給され、該ァ ライメント制御装置 16は、その検出信号 DSを AZD変換し、このデジタルィ匕された波 形信号を演算処理してマーク位置を検出する。この結果は、ァライメント制御装置 16 力も主制御装置 28に供給される。
[0039] さらに、本実施形態の露光装置 100では、図示が省略されている力 レチクル尺の 上方に、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号明細書等に開示される、露光波長の光を用いた TTR (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設けられ、該レチクルァ ライメント検出系の検出信号は、ァライメント制御装置 16を介して主制御装置 28に供 給される。
[0040] 次に、露光装置 100で投影光学系の光学特性を計測するのに用いられるレチクル の一例について説明する。
[0041] 図 2には、投影光学系の光学特性を計測するのに用いられるレチクル Rの一例が
T
示されている。この図 2は、レチクル Rをパターン面側（図 1における下面側）から見
T
た平面図である。この図 2に示されるように、レチクル Rは、矩形 (正確には正方形）
T
のガラス基板 42から成り、そのパターン面には不図示の遮光帯によって規定される ほぼ長方形のパターン領域 PAが形成されている。本例では、クロム等の遮光部材に よってそのパターン領域 PAのほぼ全面が遮光部となって!/、る。パターン領域 P Aの 中心（ここではレチクル Rの中心（レチクルセンタ）に一致）、及びレチクルセンタを中
T
心とし、かつ X軸方向を長手方向とする仮想の矩形領域 IAR'内部の 4隅の部分の 合計 5箇所に、所定幅、例えば 27 mで、所定長さ、例えば 108 mの開口パター ン (透過領域) AP〜APが形成され、開口パターン AP〜APに計測用のパターン
1 5 1 5
MP〜MPがそれぞれ形成されている。上記矩形領域 IAR'は、前述の照明領域に
1 5
ほぼ一致する大きさ及び形状となっている。なお、本例（図 2の例）ではパターン領域 PAのほぼ全面を遮光部とした力 上記矩形領域 IAR'は X軸方向の両端が前述の 遮光帯で規定されるので、例えば Y軸方向の両端にそれぞれ所定幅 (例えば遮光帯 と同じ幅）の遮光部を設けるだけでも良い。
[0042] 計測用のパターン MP (n= l〜5)のそれぞれは、図 3に拡大して示されるような 4 種類のラインアンドスペースパターン（以下、「LZSパターン」と記述する） LS 、LS
Vn H
、LS 、LS を含む。 L/Sパターン LS 、LS 、 LS 、 LS のそれぞれは、所定の n Rn Ln Vn Hn n Ln
線幅、例えば 1. で、所定の長さ、例えば 9 m程度の 3本のラインパターンが 所定のピッチ、例えば 3. 2 mでそれぞれの周期方向に配列されたマルチバーパタ ーンによって構成されている。この場合、 LZSパターン LS , LS , LS , LS それ
Vn Hn Rn Ln ぞれの周期方向は、 X軸方向、 Y軸方向、 Y軸に対して +45° を成す方向、 Y軸に 対して 45° を成す方向となっている。
[0043] 本実施形態では、図 3に示される開口パターン APを四等分した実線と点線で囲ま れる正方形領域（27 111 27 111)に、その正方形領域と中心を同じくする、 L/S パターン LS 、LS 、LS 、LS がそれぞれ配置されている。なお、点線で示される
Vn Hn n Ln
正方形領域同士の境界は実際には存在しない。
[0044] また、前述のレチクルセンタを通るパターン領域 P Aの X軸方向の両側には、一対 のレチクルァライメントマーク RM1, RM2が形成されている（図 2参照）。
[0045] 次に、本実施形態の露光装置 100における投影光学系 PLの光学特性の計測方 法について、主制御装置 28内の CPUの処理アルゴリズムを簡略化して示す図 4のフ ローチャートに沿って、かつ適宜他の図面を用いて説明する。
[0046] 先ず、図 4のステップ 402において、不図示のレチクルローダを介してレチクルステ ージ RST上にレチクル Rをロードするとともに、不図示のウェハローダを介してゥェ
T
ハ W (図 6参照）をウェハテーブル 18上にロードする。
T
[0047] 次のステップ 404において、レチクル Rの投影光学系 PLに対する位置合わせなど
T
の所定の準備作業を行う。具体的には、前述のレチクルァライメント検出系（不図示） によって、ウェハテーブル 18に設けられた基準板 FPの一対の基準マーク（不図示） と、レチクル Rの一対のレチクルァライメントマーク RM1、 RM2とが検出されるように τ
、それぞれレーザ干渉計 14、 26の計測値に基づいてレチクルステージ RSTとウェハ ステージ WST(XYステージ 20)を移動する。そして、前述のレチクルァライメント検 出系の検出結果に基づ!、てレチクルステージ RSTの XY面内の位置（回転を含む） を調整する。これにより、前述の照明領域内にレチクル Rの矩形領域 IAR'が設定さ
T
れ、その全面が照明光 ILで照射されることとなる。また、本実施形態では投影光学系 PLを介してその視野 (特に露光エリア）内で計測用のパターン MPの投影像 (パター ン像)が生成される位置が、投影光学系 PLの露光エリア内でその光学特性 (例えば フォーカス位置)を計測すべき評価点となる。なお、その評価点の数は少なくとも 1つ で構わな!/、が、本実施形態では前述した露光エリアの中心及び 4隅の計 5つの評価 点が設定されている。
[0048] このようにして、所定の準備作業が終了すると、次のステップ 406に移行して、露光 エネルギ量の目標値を最適値に設定する。この露光エネルギ量の最適値は、予め実 験又はシミュレーションなどにより求められている。 [0049] 次のステップ 408では、第 1カウンタのカウント値 iを初期化する（i^l)。本実施形 態では、カウント値 iは、ウェハ Wのフォーカス位置の目標値 Zの設定とともに、後述
T i
するステップ 410における露光対象の区画領域 DA;の設定にも用 ヽられる（図 5参照 )。本実施形態では、例えば投影光学系 PLに関する既知の最良フォーカス位置 (設 計値など）を中心として、ウェハ Wのフォーカス位置を Zから Δ Ζ刻みで Z (—例とし
T 1
て M= 15)まで変化させる（Z =Z〜Z )。
i 1 15
[0050] 従って、本実施形態では、投影光学系 PLの光軸方向（Z軸方向）に関するウェハ Wの位置（フォーカス位置）を変更しながら、計測用のパターン MP (n= l〜5)をゥ
T n
ェハ W上に順次転写するための、 M回（本例では M= 15)の露光が行われることに
T
なる。本実施形態では投影光学系 PLによる開口パターン APの投影領域を計測パ ターン領域と呼び、その計測パターン領域内に計測用のパターン MPの投影像が生 成され、各露光によってウェハ W上に開口パターン APが転写されて、計測用のパ
T n
ターン MPの転写像を含む区画領域が形成される。このため、投影光学系 PLの露 光エリア (前述の照明領域に対応）内の各評価点に対応するウェハ W上の領域 (以
T
下「評価点対応領域」という） DB〜DB (図 6参照）には、 1 X M個の計測用のパター
1 5
ン MP力転写されることとなる。
[0051] ここで、説明は前後するが、便宜上、後述する露光によって、計測用のパターン M Pが転写されるウェハ W上の各評価点対応領域 DBについて、図 5を用いて説明 する。この図 5に示されるように、本実施形態では、 1行 M列（例えば、 1行 15列）のマ トリックス状に配置された 1 X M = M (例えば I X 15 = 15)個の仮想の区画領域 DA ( i= l〜M (例えば M= 15) )に計測用のパターン MPがそれぞれ転写され、これら計 測用のパターン MPがそれぞれ転写された M個（例えば 15個）の区画領域 DAから 成る評価点対応領域 DBがウェハ W上に形成される。なお、仮想の区画領域 DA n T i は、図 5に示されるように、 +X方向が列方向（iの増加方向）となるように配列されて いる。また、以下の説明において用いられる添え字 i及び Mは、上述と同じ意味を有 するものとする。
[0052] 図 4に戻り、次のステップ 410では、フォーカスセンサ AFS力もの計測値をモニタし ながら、ウェハテーブル 18を、 Z軸方向（及び傾斜方向）に駆動してウェハ Wを Z軸 方向の目標位置 z (ここでは、 Z )に移動するとともに、 XY面内で移動して、ウェハ W i 1
上の各評価点対応領域 DB (n= l, 2、…… 5)内の仮想の区画領域 DA (ここでは
T n i
DA (図 7参照））を露光して、その仮想の区画領域 DA (ここでは DA )に計測用の
1 i 1 パターン MPの像をそれぞれ転写する。このとき、ウェハ W上の一点における露光 n T
エネルギ量 (積算露光量)が設定された目標値となるように、露光量制御を行う。
[0053] これにより、図 6に示されるように、ウェハ W上の各評価点対応領域 DBの区画領
T n 域 DAにそれぞれ計測用のパターン MPを含む開口パターン APの像が転写される [0054] 図 4に戻り、上記ステップ 410の露光が終了すると、ステップ 416に進み、ウェハ W
T
のフォーカス位置の目標値が Z以上であるか (カウント値 i≥M力 )否かを判断するこ とにより、所定の z範囲での露光が終了した力否かを判断する。ここでは、最初の目 標値 Zでの露光が終了しただけなので、ステップ 418に移行し、カウント値 iを 1インク
1
リメント（i i+ 1)した後、ステップ 410に戻る。このステップ 410において、ウェハテ 一ブル 18を、 Z軸方向（及び傾斜方向）に駆動してウェハ Wを Z軸方向の目標位置
T
Zに移動するとともに、 XY面内で移動して、ウェハ W上の各評価点対応領域 DB (
2 T n n= l, 2、…… 5)内の仮想の区画領域 DAを露光して、その仮想の区画領域 DA
2 2 に計測用のパターン MPを含む開口パターン APをそれぞれ転写する。このとき、露 光開始に先立って、 XYステージ 20は所定のステップピッチ SP (図 5参照）だけ XY面 内で所定方向（この場合—X方向）に移動される。ここで、本実施形態では、上記の ステップピッチ SP力 各開口パターン APのウェハ W上の投影像 (前述の計測パタ n T
ーン領域に対応）の X軸方向寸法とほぼ一致する約 6. 75 mに設定されている。な お、ステップピッチ SPは、約 6. 75 mに限らないが、隣接する区画領域にそれぞれ 転写される計測用のパターン MPの像が重ならず、かつ 6. 75 m、すなわち各開 口パターン APのウェハ W上の投影像 (前述の計測パターン領域に対応）の X軸方 n T
向寸法以下であることが望ま 、。この理由につ 、ては後述する。
[0055] この場合、ステップピッチ SPが開口パターン APのウェハ W上の投影像の X軸方 n T
向寸法以下となっているので、各評価点対応領域 DBの区画領域 DAと区画領域 D n 1
Aとの境界部分に開口パターン APの像の一部によって形成される枠線あるいは未
2 n 露光領域が存在しない。
[0056] 以後、ステップ 416における判断が肯定されるまで、すなわちそのとき設定されてい るウェハ Wのフォーカス位置の目標値が Zであると判断されるまで、ステップ→416
T
→418→410のループの処理（判断を含む）を繰り返す。これ〖こより、ウェハ W上の
T
各評価点対応領域 DBの区画領域 DA (i= 3〜M)に計測用のパターン MPを含む 開口パターン APがそれぞれ転写される。但し、この場合も、隣接する区画領域間の 境界には、前述と同様の理由により枠線あるいは未露光領域が存在しない。
[0057] 一方、各評価点対応領域 DBの区画領域 DA (本例では DA )に対する露光が n 15
終了し、上記ステップ 416における判断が肯定されると、ステップ 420に移行する。ス テツプ 416における判断が肯定された段階では、ウェハ W上の各評価点対応領域
T
DBには、図 6に示されるように、それぞれ露光条件 (本例ではフォーカス位置）が異 なる M個（本例では M= 15)の計測用のパターン MPの転写像 (潜像）が形成される 。なお、実際には、上述のようにして、ウェハ W上に計測用のパターン MPの転写像
T n
(潜像)が形成された M (本例では 15)個の区画領域が形成された段階で、各評価点 対応領域 DBが形成されるのであるが、上記の説明では、説明を分かり易くするため に、評価点対応領域 DBが予めウェハ W上にあるかのような説明方法を採用したも n T
のである。
[0058] 図 4に戻り、ステップ 420では、不図示のウェハアンローダを介してウェハ Wをゥェ
T
ハテーブル 18上からアンロードするとともに、不図示のウェハ搬送系を用いてウェハ Wを露光装置 100にインラインにて接続されている不図示のコータ 'デベロツバに搬
T
送する。
[0059] 上記のコータ.デベロッパに対するウェハ Wの搬送後に、ステップ 422に進んでゥ
T
ェハ Wの現像が終了するのを待つ。このステップ 422における待ち時間の間に、コ
T
一タ.デベロッパによってウェハ wの現像が行われる。この現像の終了により、ゥェ
τ
ハ W上には、図 6に示されるような評価点対応領域 DB (n= l〜5)のレジスト像が
T n
形成され、このレジスト像が形成されたウェハ Wが投影光学系 PLの光学特性を計
T
測するための試料となる。図 7には、ウェハ W上に形成された評価点対応領域 DB
T 1 のレジスト像の一例が示されている。 [0060] この図 7では、評価点対応領域 DBは、 M ( = 15)個の区画領域 DA (i= l〜15)
1 i
によって構成され、隣接する区画領域相互間に仕切りの枠のレジスト像が存在する かのように図示されているが、これは個々の区画領域を分力り易くするためにこのよう にしたものである。しかし、実際には、隣接する区画領域相互間に仕切りの枠のレジ スト像は存在しない。このように枠を無くすことにより、前述のァライメント検出系 ASな どによる評価点対応領域 DBの画像取り込みに際して、枠による干渉に起因してパ ターン部のコントラスト低下が生じるのを防止できる。このため、本実施形態では、前 述のステップピッチ SPを、各開口パターン APのウェハ W上の投影像の X軸寸法以
n T
下となるように設定したのである。なお、図 7中で各区画領域内に点線で示される、 L ZSパターンの像が形成された領域 (以下、適宜「計測マーク領域」と呼ぶ）同士の境 界も実際には存在しない。
[0061] 上記ステップ 422の待ち状態で、不図示のコータ 'デベロツバの制御系力 の通知 によりウェハ Wの現像が終了したことを確認すると、ステップ 424に移行し、不図示
T
のウェハローダに指示を出して、前述のステップ 402と同様にしてウェハ Wをウェハ
T
テーブル 18上に再度ロードした後、ステップ 426の投影光学系の光学特性を算出す るサブルーチン (以下、「光学特性計測ルーチン」とも呼ぶ）に移行する。
[0062] この光学特性計測ルーチンでは、まず、図 8のステップ 502において、検出対象の 評価点対応領域の番号を示す第 2カウンタのカウント値 nを参照して、ウェハ W上の
T
評価点対応領域 DBのレジスト像がァライメント検出系 ASで検出可能となる位置に ウェハ Wを移動する。この移動、すなわち位置決めは、レーザ干渉計 26の計測値を
T
モニタしつつ、駆動系 22を介して XYステージ 20を制御することにより行う。ここで、 カウント値 nは、 n= lに初期化されているものとする。従って、ここでは、図 7に示され る、ウェハ W上の評価点対応領域 DBのレジスト像がァライメント検出系 ASで検出
T 1
可能となる位置にウェハ wが位置決めされる。以下の光学特性計測ルーチンの説
T
明では、評価点対応領域 DBのレジスト像を、適宜「評価点対応領域 DB」と略述す るちのとする。
[0063] 次のステップ 504では、ウェハ W上の評価点対応領域 DB (ここでは、 DB )のレジ
Τ n 1 スト像を、ァライメント検出系 ASを用いて撮像し、その撮像データを取り込む。ァライ メント検出系 ASは、レジスト像を自身の有する撮像素子 (CCD等）のピクセル単位に 分割し、ピクセル毎に対応するレジスト像の濃淡を、例えば 8ビットのデジタルデータ（ ピクセルデータ）として主制御装置 28に供給する。すなわち、前記撮像データは、複 数のピクセルデータで構成されている。この場合、レジスト像の濃度が高くなる（黒に 近くなる）につれてピクセルデータの値は大きくなるものとする。なお、本実施形態で は評価点対応領域 DBのサイズが 101. 25 111 ( 軸方向） 27 111 軸方向）で あり、その全体がァライメント検出系 ASの検出領域内に設定されるので、評価点対 応領域毎に M個の区画領域 DAを同時に（一括して)撮像可能となっている。
[0064] 次のステップ 506では、ァライメント検出系 AS力もの評価点対応領域 DB (ここでは 、 DB )に形成されたレジスト像の撮像データを整理し、撮像データファイルを作成す
1
る。
[0065] 次のステップ 508では、その撮像データを画像処理して評価点対応領域 DB (ここ では、 DB )の外縁を検出する。この外縁の検出は、一例として、次のようにして行うこ
1
とがでさる。
[0066] すなわち、撮像により得られた撮像データに基づき、評価点対応領域 DBの輪郭 から成る外枠を構成する直線部を検出対象とし、所定大きさの窓領域をその検出対 象の直線部にほぼ直交する方向に走査し、該走査中に窓領域内のピクセルデータ に基づいて検出対象の直線部の位置を検出する。この場合、外枠の部分のピクセル データは、その他の部分のピクセルデータと明らかにピクセル値 (画素値）が異なるの で、例えば窓領域の走査方向の位置が 1画素ずつ変化するのに応じた窓領域内の ピクセルデータの変化に基づき、検出対象の直線部（外枠の一部）の位置が確実に 検出される。この場合において、走査方向は、前記外枠の内側から外側に向かう方 向であることが望ましい。最初に前述の窓領域内のピクセルデータに対応するピクセ ル値のピークが求められたとき、その位置が外枠の位置に確実に一致するので、外 枠検出をより確実に行うことができるからである。
[0067] このような直線部の検出を、評価点対応領域 DBの輪郭から成る外枠を構成する 4 辺についてそれぞれ行う。この外枠の検出については、例えば特開 2004— 14670 2号公報に詳細に開示されている。 [0068] 次のステップ 510では、上で検出した評価点対応領域 DBnの外縁、すなわち長方 形の枠線の内部を、 X軸方向に関して M等分 (例えば 15等分)することで、区画領域 DA〜DA (DA )を求める。すなわち、外縁を基準として、各区画領域 (位置情報）
1 15
を求める。
[0069] 次のステップ 512では、各区画領域 DA (i= 1〜M)についての計測マーク領域毎 のコントラスト値 (ある 、は区画領域 DA毎のコントラスト値)を算出する。
[0070] ここで、計測マーク領域毎のコントラスト値とは、次式（1)で表される統計量、すなわ ち計測マーク領域についての各画素の輝度値の分散を指す。
[0071] [数 1]
∑( - ）
, =^i · . · (
N - 1
[0072] ここで、 Xは、計測マーク領域内部の k番目の画素の輝度値、 X*は、所定の基準値 k
である。所定の基準値としては、本実施形態では、ウェハ W
τ上の少なくとも 1つの区 画領域 (又は計測マーク領域）内部における計測用のパターン MP (具体的には、 L ZSパターン LS 、LS 、LS 、LS )の像 (計測用のパターン像）が存在しない領
Vn Hn Rn Ln
域の複数画素の輝度値の平均値 (又は単一画素の輝度値）が用いられる。また、 Ν は、計測マーク領域内部の画素の総数である。なお、通常の分散と同様に、所定の 基準値 X*を、当該計測マーク領域内部の全画素の輝度値の平均値としても良 、。
[0073] なお、コントラスト値として、次式（2)で表される計測マーク領域についての各画素 の輝度値の標準偏差を用いても良 、。
[0074] [数 2]
Figure imgf000019_0001
[0075] あるいは、コントラスト値として、各計測マーク領域 (又は各区画領域）について各画 素の輝度値の上記所定の基準値に対する偏差を含むその他の統計量を用いても良 い。 [0076] なお、ステップ 512では、各区画領域についてコントラスト値を算出する場合にも、 上述と同様の各画素の輝度値の分散、又は標準偏差、あるいはその他の統計量を 用いる。
[0077] すなわち、ステップ 512では、前記撮像データファイルから、各区画領域 DAの撮 像データを抽出し、上式（1)又は（2)を用いて、各区画領域 DA (i= l M)におけ る計測マーク領域毎のコントラスト値 (又は区画領域毎のコントラスト値)を算出する。
[0078] 次のステップ 514では、上記ステップ 512で算出したコントラスト値に基づいて、評 価点対応領域 DBにおける最良フォーカス位置を次のようにして算出し、その最良フ オーカス位置を図示しない記憶装置に保存する。すなわち、評価点対応領域 DBに ついて、上記ステップ 512で算出した計測マーク領域毎のコントラスト値に基づいて、 LZSパターン LS LS LS LS をそれぞれ用いる場合のコントラスト値の平均
Vn Hn Rn Ln
値を、各区画領域 ϋΑ^= 1 Μ)のコントラスト値として算出する。次いで、評価点対 応領域 DBについて、算出された各区画領域 DA (i= l M)のコントラスト値 (又は 上記ステップ 512で算出した区画領域毎のコントラスト値)を、図 9に示されるように、 横軸をフォーカス値 Zとするグラフ上にプロットし、その M点（ここでは 15点）のプロット 点のうち、コントラスト値が最大となる点 C (図 9では C )に対応する Z (図 9では Z )を、 i 8 i 8 最良フォーカス位置 Z とする。あるいは、評価点対応領域 DBにつ 、て、例えば、 best n
図 9に示されるように各プロット点を最小二乗近似した近似曲線を描き、その近似曲 線と所定のスライスレベルとの 2交点の平均値を、最良フォーカス位置 Z としても良 best い。
[0079] 次のステップ 516において、前述のカウント値 nを参照して、全ての評価点対応領 域 DB DBについて処理が終了した力否かを判断する。ここでは、評価点対応領
1 5
域 DBについての処理が終了しただけであるため、このステップ 516における判断は
1
否定され、ステップ 518に進んでカウント値 nを 1インクリメント (n n+ l)した後、ステ ップ 502に戻り、評価点対応領域 DBがァライメント検出系 ASで検出可能となる位置
2
に、ウェハ Wを位置決めする。
τ
[0080] そして、上述したステップ 504 514までの処理 (判断を含む）を再度行 、、上述し た評価点対応領域 DBの場合と同様にして、評価点対応領域 DBについて最良フォ 一カス位置を求める。
[0081] そして、評価点対応領域 DBについて最良フォーカス位置の算出が終了すると、ス
2
テツプ 516で全ての評価点対応領域 DB
1〜DBについて処理が終了したか否かを 5
再度判断するが、ここでの判断は否定される。以後、ステップ 516における判断が肯 定されるまで、上記ステップ 502〜518の処理 (判断を含む）が繰り返される。これに より、他の評価点対応領域 DB
3〜DBについて、前述した評価点対応領域 DBの場 5 1 合と同様にして、それぞれ最良フォーカス位置が求められることとなる。
[0082] このようにして、ウェハ W上の全ての評価点対応領域 DB
Τ 1〜DBについて最良フ
5
オーカス位置の算出、すなわち投影光学系 PLの露光エリア内で 5つの計測用のパタ ーン MP
1〜MPの投影位置となる前述した各評価点での最良フォーカス位置の算 5
出がなされると、ステップ 516での判断が肯定される。ここで光学特性計測ルーチン を終了しても構わないが、本実施形態ではステップ 520に移行して、上で求めた最 良フォーカス位置データに基づいて他の光学特性を算出する。
[0083] 例えば、このステップ 520では、一例として、評価点対応領域 DB ける
1〜DBにお
5 最良フォーカス位置のデータに基づいて、投影光学系 PLの像面湾曲を算出する。 また、前述した露光エリア内の各評価点での焦点深度などを求めても良 、。
[0084] ここで、本実施形態では、説明の簡略化のため、各評価点対応領域 (各評価点に 対応する位置）にお 、て 4種類の LZSパターンの像のコントラスト値の平均値に基づ いて単一の最良フォーカス位置を求めるものとした力 これに限らず、 LZSパターン の像毎のコントラスト値に基づ 、て、 LZSパターンの周期方向毎に最良フォーカス 位置を求めることとしても良い。あるいは、周期方向が直交する 1組の LZSパターン（ LS を、 LS )でそれぞれ得られた最良フォーカス位置力も各評価点における非点 n Ln
収差を求めることとしても良い。さらに、投影光学系 PLの露光エリア内の各評価点に ついて、上述のようにして算出された非点収差に基づいて、例えば最小二乗法によ る近似処理を行うことにより非点収差面内均一性を求めるとともに、非点収差面内均 一性と像面湾曲とから総合焦点差を求めることも可能である。
[0085] そして、上述のようにして求められた投影光学系 PLの光学特性データは、図示しな い記憶装置に保存されるとともに、不図示の表示装置の画面上に表示される。これに より、図 8のステップ 520の処理、すなわち図 4のステップ 426の処理を終了し、一連 の光学特性の計測処理を終了する。
[0086] 次に、デバイス製造の場合における、本実施形態の露光装置 100による露光動作 を説明する。
[0087] 前提として、上述のようにして決定された最良フォーカス位置の情報、あるいはこれ に加えて像面湾曲の情報が、不図示の入出力装置を介して主制御装置 28に入力さ れているものとする。
[0088] 例えば、像面湾曲の情報が入力されている場合には、主制御装置 28は、露光に先 立って、この光学特性データに基づいて、図示しない結像特性補正コントローラに指 示し、例えば投影光学系 PLの少なくとも 1つの光学素子 (本実施形態では、レンズェ レメントである力 光学系の構成によっては、例えば凹面鏡などの反射光学素子、あ るいは投影光学系 PLの収差 (ディストーション、球面収差など）、特にその非回転対 称成分を補正する収差補正板などでも良い。）の位置 (他の光学素子との間隔を含 む)あるいは傾斜などを変更することにより、その像面湾曲が補正されるように投影光 学系 PLの結像特性を可能な範囲で補正する。ここで、投影光学系 PLの結像特性の 補正方法として、例えば照明光 ILの中心波長を僅かにシフトさせる方法、又は投影 光学系 PLの一部で屈折率を変化させる方法などを単独、あるいは光学素子の移動 との組み合わせで採用しても良 、。
[0089] そして、主制御装置 28によって、不図示のレチクルローダを用いて転写対象となる 所定の回路パターン (デバイスパターン）が形成されたレチクル Rがレチクルステージ RST上にロードされ、同様に、不図示のウェハローダを用いてウェハ Wがウェハテー ブル 18上にロードされる。
[0090] 次に、主制御装置 28により、不図示のレチクルァライメント検出系、ウェハテーブル 18上の基準板 FP、アラインメント検出系 AS等を用いて、レチクルアラインメント、ベ ースライン計測などの準備作業が所定の手順で行われ、これに続いて例えば EGA( ェンハンスト ·グローバル ·アラインメント）方式などのウェハァライメントが行われる。
[0091] 上記のウェハァライメントが終了すると、主制御装置 28により、露光装置 100の各 部が制御され、ウェハ W上のショット領域の走査露光とショット間のステッピング動作 とが繰り返し行われ、ウェハ W上の露光対象ショット領域の全てにレチクル Rのパター ンが順次転写される。
[0092] 上記の走査露光中に、主制御装置 28は、フォーカスセンサ AFSによって検出され たウェハ Wの Z軸方向の位置情報に基づき、前述した光学特性補正後の投影光学 系 PLの露光エリア内でその焦点深度の範囲内にウェハ W (ショット領域)の表面が設 定されるように、駆動系 22を介してウェハテーブル 18を Z軸方向及び傾斜方向に駆 動し、ウェハ Wのフォーカス'レべリング制御を行う。本実施形態では、ウェハ Wの露 光動作に先立って、前述した各評価点における最良フォーカス位置に基づいて投影 光学系 PLの像面が算出されており、この算出結果に基づいて、フォーカスセンサ AF Sの光学的なキャリブレーション (例えば、受光系 50b内に配置される平行平面板の 傾斜角度の調整など)が行われている。これに限らず、例えば先に算出した像面とフ オーカスセンサ AFSの検出基準との偏差に応じたオフセットを考慮して、フォーカス 動作 (及びレべリング動作)を行うようにしても良 、。
[0093] 以上説明したように、本実施形態に係る光学特性計測方法によると、計測用のバタ ーン MPが転写され露光されたウェハ W上の各評価点対応領域 DBの複数の区画 領域 DAについて、各評価点対応領域 DBの撮像により得られた撮像データに含ま れる各画素の輝度値に関する所定の統計量、例えば分散又は標準偏差をコントラス トとして算出し、その算出された各領域のコントラストの算出結果に基づいて投影光 学系 PLの各評価点での最良フォーカス位置、及びこの各評価点での最良フォー力 ス位置から求められる像面湾曲、非点収差等の光学特性を求める。このように、区画 領域 DAについて各画素の輝度値に関する統計量をコントラストとして算出するので 、 SEMなどと比べて分解能の低い顕微鏡、例えば露光装置 100のァライメント系 AS 等の計測装置でも計測することが可能になる。これにより、 SEMを用いる場合のよう な厳密なフォーカス合わせが不要となり、計測時間の短縮が可能である。例えば、上 述のように各評価点対応領域 DBを同時に撮像せず、区画領域 DA毎に撮像する 場合であっても、 1点当たりの計測時間の短縮が可能である。また、パターン像の種 類 (ラインアンドスペース (孤立線、密集線）、コンタクトホール、サイズ及び配列方向 など)を問わず、計測用のパターン MPの投影像 (パターン像)の生成時の照明条件 を問わず、計測が可能になる。
[0094] また、本実施形態では、上述のコントラストを検出するので、レチクル Rのパターン
T
領域 PA内に計測用のパターン MP以外のパターン (例えば、比較用の基準パター ン、位置決め用マークパターン等)を配置する必要がない。また、従来の寸法を計測 する方法 (CDZフォーカス法、 SMPフォーカス計測法など）に比べて、計測用のパ ターンを小さくすることができる。このため、評価点の数を増カロさせることができるととも に、評価点間の間隔を狭くすることが可能となる。結果的に、光学特性の測定精度及 び測定結果の再現性を向上させることができる。
[0095] また、露光装置 100によると、前述の光学特性計測方法により精度良く計測された 投影光学系 PLの光学特性を考慮して最適な転写が行えるように、投影光学系 PLを 介してウェハ W上に投影されるパターン像の結像状態の調整に関連する動作、例え ば投影光学系 PLの光学素子の移動などによる結像特性の調整、あるいはフォー力 スセンサ AFSのキャリブレーションなどが行われた後、投影光学系 PLを介してレチク ル Rに形成されたパターンがウェハ W上に転写される。
[0096] 従って、本実施形態に係る露光方法によると、上述の光学特性計測方法を用いて 投影光学系 PLの光学特性が高精度に計測され、その光学特性の計測結果を考慮 して投影光学系 PLの露光エリア内に高精度なパターン像が生成され、高精度な露 光 (パターン転写）が実現される。
[0097] なお、上記実施形態では、計測用のパターン MPを構成する各ラインアンドスぺー スパターンとして、レチクル R上で 3. 2 ^ 111ピッチ（線幅1. 6 m)の L/Sパターンを
T
用いているが、これに限らず、より狭い線幅 (又はピッチ）の LZSパターンを計測用の パターンとして用いても良い。この場合も、その L/Sパターンのピッチ又は線幅（ゥェ ハ上換算値)は、前述のァライメント系 AS等の計測装置 (光学系）の解像限界と同程 度、ないし大きくなつている。また、例えば、図 10に示されるように、上記実施形態の 計測用のパターン MPの各 LZSパターンを構成する線幅 1. (ウェハ上換算 値で線幅 0. 4 m)のラインを、さらに 5分割した 3本ライン & 2本スペースで構成した パターン MP，を、計測用のパターンとして採用しても良い。このパターン MP，の場合 、各ライン（L、 L、 Lなど）及び各スペースの幅はウェハ上で 80nmとなる。このよう なパターンを使用すると、フォーカス変化に対する「コントラストの変化」が大きくなり、 高感度でベストフォーカス位置を検出できるので、より好ましい。この場合、 LZSパタ 一ンの各ラインパターンを構成する複数本のラインの線幅 (又はピッチ）はウェハ上 換算値で、前述のァライメント系 AS等の計測装置 (光学系）の解像限界よりも小さく 設定されている。また、その複数本のラインの線幅 (又はピッチ）はウェハ上換算値で 、露光装置 100 (投影光学系 PL)の解像限界 (本例では、例えば 80nm)と同程度で もよいし、その解像限界よりも大きくてもよいが、例えばその解像限界の 4倍程度 (本 例では 320nm)以下とすることが好ましい。ここで、露光装置 100の解像限界の 4倍 程度の線幅 (又はピッチ)の複数本のラインで各ラインパターンが構成される LZSパ ターンを用いる場合、高感度のフォーカス計測とは言えないが、前述のァライメント系 AS等の計測装置はその解像限界が高くなくてもよ 、 (高解像度でなくてもよ!ヽ)。す なわち、低解像度、例えば解像限界が、露光装置 100の解像限界の 1Z4 (本例で は 320nm)よりも大きい光学系を有する計測装置が使用可能となり、その装置コスト などを抑えることができる。ここで、計測装置の解像限界 (光学系の検出分解能)は、 例えば 350nmであり、前述した線幅力 00nm (ピッチが 800nm)の計測用のパター ン像を解像 (検出）可能となっている。なお、高感度のフォーカス計測を行うためには 、その複数本のラインの線幅 (又はピッチ）はウェハ上換算値で、例えば露光装置 10 0の解像限界の 3倍程度 (本例では 240nm)以下とすることが好ましい。また、図 10 に示した L/Sパターンを用いる場合、その L/Sパターンの線幅 (又はピッチ）は上 記実施形態（ウェハ上で線幅 0. 4 u m,ピッチ 0. 8 /z m)より大きくても良い。さらに、 図 10の計測用のパターン MP，は、 LZSパターンを有するものとした力 LZSパタ ーンの代わりに、例えば上記線幅 (又はピッチ）の複数本のラインで構成される 1本の ラインパターンを有するものとしてもよ 、。
また、上記実施形態では、レチクル R上の計測用のパターン MPとして開口パター
T n
ン AP内に配置された 4種類の LZSパターン（マルチバーパターン）を用いる場合に ついて説明したが、これに限らず、計測用のパターンとしては、その数又は種類が 1 つのパターンのみを含むものであっても良いし、 LZSパターンの代わりに、あるいは それと組み合わせて、孤立線やコンタクトホールなどを用いても良い。また、計測用の パターン MPとして周期パターンを用いる場合、その周期パターンは、 LZSパター ンだけではなぐ例えばドットマークを周期的に配列したパターンでも良い。これは、 像の線幅等を計測する従来の方法とは異なり、前述のコントラストを検出しているから である。
また、上記実施形態では評価点対応領域毎にその全体を同時に撮像するものとし たが、例えば 1つの評価点対応領域を複数に分けてそれぞれ撮像するようにしても 良い。このとき、例えば評価点対応領域の全体をァライメント検出系 ASの検出領域 内に設定し、評価点対応領域の複数の部分を異なるタイミングで撮像してもょ 、し、 あるいは評価点対応領域の複数の部分を順次ァライメント検出系 ASの検出領域内 に設定してその撮像を行うようにしてもよい。さら〖こ、 1つの評価点対応領域 DBを構 成する複数の区画領域は互いに隣接して形成するものとしたが、例えばその一部（ 少なくとも 1つの区画領域)を、前述したァライメント検出系 ASの検出領域の大きさに 対応する距離以上離して形成しても良い。また、上記実施形態では評価点対応領域 毎に複数の区画領域が一列に配列されるものとしたが、その配列方向 (X軸方向）と 直交する方向 (Y軸方向）に関する位置を、その複数の区画領域で部分的に異なら せても良いし、例えば配列方向 (X軸方向）に関して評価点対応領域の長さがァライ メント検出系 ASの検出領域のサイズを越えるときなどは、各評価点対応領域で区画 領域を複数列（2次元的）に配置しても良い。即ち、評価点対応領域毎にその全体を 同時に撮像可能とするように、ァライメント検出系 ASの検出領域の大きさに応じて複 数の区画領域の配置（レイアウト）を決定しても良い。このとき、配列方向と直交する 方向（Y軸方向）に関して隣接する区画領域の境界部分にも前述の枠線あるいは未 露光部分が存在しな 、ように、 Y軸方向のステップピッチを決定することが望まし 、。 なお、上記実施形態では静止露光によって計測用のパターン MPをウェハ W上に n T 転写するものとしたが、静止露光の代わりに走査露光を用いても良ぐこの場合には ダイナミックな光学特性を求めることができる。また、本実施形態の露光装置 100を液 浸型としても良ぐ投影光学系及び液体を介して計測用のパターン MPの像をゥェ ハ上に転写することで、その液体も含めた投影光学系の光学特性を計測することが できる。 [0100] なお、上記実施形態では、計測マーク領域毎 (又は各画領域 DA;)のコントラスト値 として、計測マーク領域毎 (又は各画領域 DA)の各画素の輝度値の分散、又は標準 偏差、あるいは各計測マーク領域 (又は各区画領域）における各画素の輝度値の所 定の基準値に対する偏差を含むその他の統計量を用いる場合について説明したが
、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、上記偏差を含まない、各計測マ ーク領域 (又は各区画領域）における各画素の輝度値に関する情報、例えば計測マ ーク領域 (又は区画領域)のうち、計測用のパターン像を含む所定面積 (所定画素数 )の領域内での各画素の輝度の総和値、あるいは平均値などの、各画素の輝度に関 する何らかの統計量などを、コントラスト情報として採用しても良い。要は、各計測マ ーク領域 (又は各区画領域)で、コントラスト情報の算出に使用する、撮像エリアの面 積 (画素数など）を、一定にする場合には、各画素の輝度値に関する如何なる統計 量を用いても良い。また、例えばその撮像エリアの面積を、計測用のパターン像を包 含し、かつ計測マーク領域 (又は区画領域)の面積と同程度以下に設定する場合、 計測用のパターンの転写時におけるウエノ、 Wのステップピッチ SPは、各開口パター
T
ン APのウェハ W上の投影像 (前述の計測パターン領域に対応）の X軸方向寸法よ n T
り大さくしてちょい。
[0101] なお、上記実施形態において、例えば、撮像の対象は、露光の際にレジストに形成 された潜像であっても良ぐ上記像が形成されたウェハを現像し、さらにそのウェハを エッチング処理して得られる像 (エッチング像)などであっても良い。また、ウェハなど の物体上における像が形成される感光層は、フォトレジストに限らず、光 (エネルギ） の照射によって像 (潜像及び顕像）が形成されるものであれば良ぐ例えば、光記録 層、光磁気記録層などであっても良い。
[0102] 《第 2の実施形態》
次に、本発明の第 2の実施形態を図 11及び図 12に基づいて説明する。ここで、前 述した第 1の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い るとともに、その説明を簡略にする、若しくは省略する。
[0103] 図 11には、第 2の実施形態に係る光学特性計測方法及び露光方法を実施するの に好適な露光装置 1000の概略的な構成が示されている。この露光装置 1000は、ス テツプ 'アンド'スキャン方式の縮小投影露光装置（いわゆるスキャニング'ステツパ (ス キヤナとも呼ばれる） )である。
[0104] この露光装置 1000は、投影ユニット PUの投影光学系 PLを構成する最も像面側（ ウエノ、 W側）の光学素子であるレンズ (以下、「先端レンズ」ともいう） 191の近傍には 、液浸装置 132を構成する液体供給ノズル 131Aと、液体回収ノズル 131Bとが設け られている点及びこれに伴いウェハテーブル 18の構成が一部異なる点、並びに液 浸露光が行われる点などが、前述の第 1の実施形態の露光装置 100と異なるが、そ の他の部分の構成等は、露光装置 100と同様になつている。以下では、相違点を中 心として説明する。
[0105] 前記液体供給ノズル 131 Aは、不図示の供給管を介して不図示の液体供給装置に 接続され、前記液体回収ノズル 131Bは、不図示の回収管を介して不図示の液体回 収装置に接続されている。本実施形態では、液浸用の液体 Lq (図 11参照）としては 、 ArFエキシマレーザ光（波長 193nmの光）が透過する純水（屈折率 nはほぼ 1. 44 )を用いるものとする。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できると共に 、ウェハ上のレジストや光学レンズ等に対する悪影響が少な 、利点がある。
[0106] 前記液体供給ノズル 131 Aと前記液体回収ノズル 131 Bとを含む液浸装置 132は、 主制御装置 28によって制御される。主制御装置 28は、液体供給ノズル 131 Aを介し て先端レンズ 191とウェハ Wとの間に液体 Lqを供給するとともに、液体回収ノズル 13 1Bを介して先端レンズ 191とウェハ Wとの間力も液体 Lqを回収する。従って、先端レ ンズ 191とウェハ Wとの間に、一定量の液体 Lq (図 11参照）が保持される。
[0107] なお、液浸装置 132は上記の構成に限らず、例えば、国際公開第 99Z49504号 パンフレットに開示されるように、ノズルを多数有する構成を採用することとしても良い 。また、液浸装置 132は、前述の液体供給ノズル 131 A、及び液体回収ノズル 131B の代わりに、照明光 ILが通る光路空間に液体 Lqを供給するための供給口、露光時 にウェハ Wの表面が対向して配置される下面、及びその下面に設けられる回収口を 有し、その光路空間を液体 Lqで満たして液浸空間を形成する部材を含むものとして もよい。要は、先端レンズ 191とウェハ Wとの間に液体を供給し得るのであれば、い 力なる構成でも良い。また、先端レンズ 191とウェハ Wとの間だけでなぐ例えば投影 光学系 PLの先端レンズと隣接する光学素子との間も液体 Lqで満たすようにしても良 い。これら構成は、例えば国際公開第 2004Z086468号パンフレット（対応米国特 許出願公開第 2005Z0280791号明細書）、特開 2004— 289126号公報 (対応米 国特許第 6,952,253号明細書)、欧州特許出願公開第 1,420,298号明細書、国際 公開第 2004Z055803号パンフレツ卜、国際公開第 2004,057590号パンフレツ卜 、及び国際公開第 2005/029559号パンフレットなどに開示されている。
[0108] ウェハテーブル 18上には、ウェハ Wを真空吸着等によって保持するウェハホルダ（ 図 11ではその一部を構成するプレート Pのみ図示）が設けられている。このウェハホ ルダは、例えば本体部（不図示）と、該本体部の上面に固定され、その中央にウェハ Wの直径より 0. l〜2mm程度直径が大きな円形開口が形成されたプレート Pとを備 えている。プレート Pの大きな円形開口内部の本体部の領域には、多数のピンが配 置されており、その多数のピンによってウェハ Wが支持され、その表面がプレート Pと ほぼ面一と成る状態で真空吸着されている。プレート Pの一部に前述と同様の基準マ ーク板 (不図示）が設けられている。プレート P全面の表面にフッ素系榭脂材料、ある いはアクリル系榭脂材料等の撥液性材料 (撥水材料)がコーティングされ、撥液膜が 形成されている。また、ウェハ Wの表面には、ここでは液浸用の液体 Lqに対して撥液 性のレジストが塗布され、その塗布されたレジストによりレジスト膜が形成されている。
[0109] 次に、露光装置 1000における投影光学系 PL及び液体 Lqを含む光学系（以下、 適宜「光学系 PLL」と記述する（図 11参照) )の光学特性の計測方法につ!、て説明 する。
[0110] この光学系 PLLの光学特性の計測は、基本的には、前述の第 1の実施形態と同様 の手順に従って行われる。但し、本第 2の実施形態では、図 4のステップ 410におい て 2番目以降の区画領域 DAを走査露光するためにウェハ Wを移動する際のステツ
i T
プピッチ SPが約 6. 75 mではなぐステップ'アンド'スキャン方式で露光を行い、ゥ エノ、 W上の複数のショット領域にそれぞれデバイスパターンを形成する際のステツピ ング距離、すなわちショット領域の X軸方向サイズ、例えば 25mmとなる点、及び露光 が液浸露光により行われる点が異なる。従って、ウェハ W上には、図 12に示される
T
ショット領域 SA〜SA のような計測用のパターン MP〜MPがそれぞれ形成された 15個のショット領域 (レジスト像）が形成されることとなる。また、この場合、前述のステ ップ 502〜516の処理に代えて、ショット領域 SA ぞれについて、計測
4〜SA のそれ
18
用のパターン MP
1〜MPの像が形成された領域の撮像データの取り込み、撮像デ n
一タファイルの作成、各領域の計測マーク領域毎のコントラスト値の算出、この算出 結果に基づく評価点毎の最良フォーカス位置の算出が行われる。
[0111] その他の処理は、第 1の実施形態と同様であるので、詳細説明は省略する。
[0112] また、実際のデバイス製造の際の露光のための動作は、液浸露光である点を除き、 前述の第 1の実施形態と同様である。
[0113] 以上説明したように、本第 2の実施形態に係る光学特性計測方法によると、 1つの 露光条件、すなわち光軸 AX方向に関するウェハ Wの位置を変更しながら、ウェハ
P τ
Wを露光の際のショット間ステッピングにおけるステッピング距離 (すなわちショット領 τ
域の X軸方向サイズ、例えば 25mm)で順次移動して光学系 PLLの露光エリア内に 計測用のパターン MPの像を生成することでウェハ W上の複数の区画領域を順次 n T
露光する。この場合、上記のステッピング距離が採用されているので、前述の第 1の 実施形態と同程度のステップピッチを採用する場合とは異なり、前ショットの露光に起 因する液体 Lqの温度変動が次ショットの露光に影響を与えることが殆どない。このた め、各ショットの露光に際して液体 Lqの温度安定性を良好に維持することができる。 これにより、ウェハ W上の複数の区画領域に計測用のパターン MPの像を精度良く
T n
形成することができ、この計測用のパターン MPの像の形成状態を検出し、その検出 結果に基づいて、光学系の光学特性を精度良く求めることが可能になる。
[0114] また、この露光装置 1000における露光方法によると、上述の光学特性計測方法に よる光学系 PLL、すなわち投影光学系 PL及び液体 Lqを介して形成されるデバイス パターンの像でウェハが露光される。従って、投影光学系 PLを用いた液浸露光によ るウェハ上へ高精度なパターン像の生成が実現される。
[0115] なお、上記第 2の実施形態では、計測用のパターンの転写の際に変更される露光 条件が、光学系 PLLの光軸方向に関するウェハ Wの位置（フォーカス位置）である
T
場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。その露光条件 は、フォーカス位置の他、例えば露光量、パターン像の生成時の照明条件（マスクの 種別を含む）、及び光学系 PLLの結像特性などの、露光に関連する全ての構成部分 の設定条件などの少なくとも 1つを含んで ヽれれば良!、。
[0116] また、上記第 2の実施形態ではステップピッチを、デバイスパターンの転写時のステ ッビング距離と実質的に同等に設定するものとしたが、ステップピッチはこれに限定さ れるものでなぐ露光に起因する液体 Lqの温度変動が所定の許容範囲内となるよう に、例えば露光量、ウェハ及び Z又はレジストの種類 (材質)などに応じて決定すれ ば良い。さらに、上記第 2の実施形態では走査露光によって各区画領域に計測用の パターン MPの像を転写するものとした力 走査露光の代わりに静止露光を用いても 良ぐこの場合にもステップピッチは同様に設定することとなる。
[0117] なお、上記第 1、第 2の実施形態では露光装置のァライメント検出系を用いてウェハ 上の各区画領域に形成された像を撮像するものとしたが、露光装置以外、例えば光 学的な検査装置などを用いても良!、。
[0118] 《第 3の実施形態》
図 13には、上述したコントラスト情報を用いた計測方法が適用される、第 3の実施 形態に係る検査装置の一例としてウェハ検査装置 2000の概略構成が示されている 。この検査装置 2000は、チャンバ 200内に収容され、不図示の駆動装置に駆動され 、水平面 (XY面）内で移動するステージ STと、該ステージ ST上に不図示のバキュー ムチャックなどを介して保持されたウェハ W，上のパターン（例えばレジストパターン）
T
を撮像する撮像装置 300と、該撮像装置 300による撮像データ DS'が供給されるマ イク口コンピュータなどを含む演算処理装置 400とを備えて 、る。演算処理装置 400 は、前述の駆動装置の制御も行う。
[0119] ウェハ W，は、前述の第 1の実施形態の露光装置 100によって、前述した図 10の
T
計測用のパターン MP'の像が第 1の実施形態と同様の手順で転写され、現像処理 が施されたウェハであるとする。
[0120] このウェハ W，は、次の a.、 b.の手順で作製される。
τ
a.まず、ウェハ W 'となる基板 (ウェハ Wとする）に対して、前述の露光装置 100にお
T
いて主制御装置 28により前述のステップ 402〜420と同様の処理が行われる。これ により、図 6と同様の配置で、ウェハ W表面のレジスト層に評価点対応領域 DB〜D Bの潜像が形成される。但し、この場合の各区画領域には、図 10の計測用のパター
5
ン MP，の像が形成されて 、る。
b.次に、そのウェハ wが、不図示のコータ 'デベロッパ（CZD)によって現像される。 これ〖こより、ウェハ W，の作製が終了する。
T
[0121] ここで、ウェハ W，に形成される計測用のパターン像の各ラインパターンを構成す
T
る複数本のラインの線幅 (又はピッチ）は、上記第 1の実施形態と同様に、露光装置 1 00の解像限界 (本例では、例えば 80nm)の 4倍程度 (本例では 320nm)以下とする ことが好ましい。なお、高感度の計測を行うためには、その複数本のラインの線幅 (又 はピッチ）は、露光装置 100の解像限界の 3倍程度 (本例では 240nm)以下とするこ とが好ましぐ本実施形態ではその線幅 (又はピッチ）が 80nmとなっている。
[0122] そして、このウェハ W 'が、搬送系によって CZDの外部に搬送され、作業者 (ある
T
いはロボットなど）によって、検査装置 2000のチャンバ 200の内部に投入され、その チャンバ 200の内部の搬送系によって、ステージ ST上に搭載されて!、る。
[0123] 検査装置 2000の撮像装置 300は、例えば各評価点対応領域 DBの全体を同時 に撮像可能な視野を有し、前述の如くその解像限界が、露光装置 100の解像限界（ 本例では 80nm)の 1Z4よりも大きい (解像度が低い）光学系を備えた検査光学系で ある。本実施形態では、露光装置 100の解像限界（80nm)の 1Z4が 320nmである ので、検査装置 2000の解像限界 (撮像装置 300の検出分解能）は 320nmよりも大 きい、例えば 350nmであるものとする。なお、計測用のパターン像はその線幅力 00 nm (ピッチが 800nm)であるので、検査装置 2000はその計測用のパターン像を解 像 (検出）可能となっている。
[0124] 検査装置 2000では、演算処理装置 400が、前述のステップ 502〜518と同様の手 順で処理を行うことで、露光装置 100の投影光学系 PLのベストフォーカス位置を算 出する。
[0125] この場合も、前述の第 1の実施形態と同様に、 SEMを用いる場合のような厳密なフ オーカス合わせが不要となり、計測時間の短縮が可能である。例えば、上述のように 各評価点対応領域 DBを同時に撮像せず、区画領域 DA毎、あるいは複数の区画 領域単位でその撮像を行う場合であっても、 1点当たりの計測時間の短縮が可能で ある。また、パターン像の種類 (ラインアンドスペース (孤立線、密集線）、コンタクトホ ール、サイズ及び配列方向など）を問わず、計測用のパターン MPの投影像 (パター ン像)の生成時の照明条件を問わず、計測が可能になる。また、この場合も、前述と 同様に、前述の偏差を含まない、各計測マーク領域 (又は各区画領域）における各 画素の輝度値に関する情報、例えば計測マーク領域 (又は区画領域)のうち、計測 用のパターン像を含む所定面積 (所定画素数)の領域内での各画素の輝度の総和 値、あるいは平均値などの、各画素の輝度に関する何らかの統計量などを、コントラ スト情報として採用しても良い。要は、各計測マーク領域 (又は各区画領域)で、コン トラスト情報の算出に使用する、撮像エリアの面積 (画素数など)を、一定にする場合 には、各画素の輝度値に関する如何なる統計量を用いても良い。なお、本第 3の実 施形態でも上記第 1の実施形態と同様に、計測用のパターンの転写時におけるゥェ ハ Wのステップピッチ SPは、各開口パターン APのウェハ W上の投影像の X軸方
Τ n T
向寸法より大きくしてもよい。
[0126] また、本第 3の実施形態では、図 10の計測用のパターン MP'が使用されるので、 フォーカス変化に対する「コントラストの変化」が大きくなり、高感度でベストフォーカス 位置を検出できる。
[0127] また、本第 3の実施形態では、計測用のパターンの転写の際に変更される露光条 件力 フォーカス位置、すなわち投影光学系 PLの光軸方向に関するウェハの位置 である場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。その露光 条件は、フォーカス位置の他、例えば露光量、パターン像の生成時の照明条件（マス クの種別を含む）、及び投影光学系 PLの結像特性などの、露光に関連する全ての 構成部分の設定条件などの少なくとも 1つを含んでいれば良い。なお、上記第 1の実 施形態における露光条件も同様にフォーカス位置に限定されるものではない。
[0128] 例えば、光学系 (投影光学系 PLなど)を介して異なる露光条件 (露光量、又は照明 条件など）下で基板上にそれぞれ形成された複数のパターン像を、撮像装置 300で 検出し、演算処理装置 400で、その撮像装置 300による前記複数のパターン像の撮 像データを用いてパターン像のコントラスト情報を算出するとともに、そのコントラスト 情報に基づいて前記露光条件の適正値 (最適な露光量、又は照明条件など)を求め ることがでさる。
[0129] 従って、検査装置 2000では、以下のようなパターン情報の判定も可能である。すな わち、例えば上述のウェハ W 'と同様の検査試料力 ステージ STに搭載されている
T
場合に、演算処理装置 400の管理下で、撮像装置 300 (検査光学系）が、該撮像装 置 300の解像限界以下の周期ノターンを含むパターン領域が複数形成されたバタ ーン群に含まれる各パターン領域の明暗情報を検出する。そして、演算処理装置 40 0が、上記パターン群の中から、例えば検出した明暗情報 (すなわち、コントラスト値） の変化が最大となるパターン領域を判定する。ここで、例えば所定のパターン形成条 件 (前述の露光条件)の変化に対応して、複数のパターン領域でのコントラスト値が、 図 9に実線で示されるように、山形に変化し、かつ山の頂点に対応するコントラスト値 が取得できていない場合には、演算処理装置 400は、横軸をそのパターン形成条件 、縦軸をコントラスト値とする 2次元座標系上に各パターン領域のコントラスト値をプロ ットし、そのプロット点を近似曲線でカーブフィットしてコントラストカーブを描き、例え ば内挿補間によりパターン形成条件の適正値、例えば最適値 (そのコンロラストカー ブの頂点）を算出しても良い。この場合も、一例として、コントラストカーブと所定のスラ イスレベルとの 2交点の平均値を、上記のパターン形成条件の適正値、例えば最適 値としても良い。
[0130] なお、上記第 3の実施形態では、ウェハ検査装置を採りあげて説明したが、本発明 の検査装置は、マスク検査装置、広義の線幅計測装置 (重ね合わせ計測装置などを 含む)などを含む。また、上記第 3の実施形態では、検査装置 2000がコータ 'デベロ ツバ (CZD)などとは独立に設けられるものとしたが、これに限らず、例えば検査装置 2000を C/Dとインライン接続してもよ!/、し、あるいは検査装置 2000を C/Dまたは 露光装置などに組み込んでも構わない。さらに、上記第 3の実施形態において、演 算処理装置 400はその判定結果を、例えば LANなどのネットワーク (無線又は有線） を介して露光装置（100、 1000)に送信し、主制御装置 28はその送信された判定結 果に基づいて露光条件の設定などを行うこととしてもよい。または、演算処理装置 40 0による判定結果を、デバイス製造工場 (クリーンルーム）内の複数のデバイス製造装 置（露光装置などを含む）の管理などを行うホストコンピュータに送り、このホストコンビ ユータの指示により露光装置 (主制御装置 28)が露光条件の設定などを行ってもよい
[0131] なお、上記各実施形態では、撮像方式の計測装置 (ァライメント検出系 AS、検査 装置 2000)を用いてウェハ上のパターン像を検出するものとした力 この計測装置 は受光素子 (センサ）が CCDなどの撮像素子に限られるものでなぐ例えばラインセ ンサなどを含むものとしても良い。この場合、ラインセンサは 1次元であってもよいが、 2次元に配置されるラインセンサを用いることが好ましい。従って、前述のコントラスト 情報の算出で使用するデータ (計測装置によるパターン像の計測結果)は撮像デー タに限られるものではない。さらに、上記各実施形態では、前述の統計量 (コントラス ト情報、明暗情報)の算出において、所定の基準値として、ウェハ上の少なくとも 1つ の区画領域 (又は計測マーク領域）内で計測用のノターン像が存在しな 、領域の複 数画素の輝度値の平均値 (又は単一画素の輝度値)を用いるものとしたが、所定の 基準値はこれに限られるものではない。例えば、区画領域 (又は計測マーク領域)以 外の他の領域における輝度値 (平均値を含む）、あるいは区画領域 (又は計測マーク 領域）における輝度値の平均値などを用いてもよい。また、前述の如く上記偏差を含 まない統計量をコントラスト情報として用いてもよいが、例えば計測用のパターン像の 線幅 (又はピッチ)が計測装置の解像限界 (光学系の検出分解能)と同程度あるいは 近い場合、計測装置が計測用のパターン像の線幅変化を敏感に検出するのが困難 となるため、計測用のパターン像が存在しない領域の輝度値 (又はその平均値)を所 定の基準値として上記偏差が求められる前述の統計量をコントラスト情報として用い ることが好ましい。この場合、計測用のパターン像の各 LZSパターン全体力も得られ る微妙なオフセット変化がコントラスト値として考慮されることになり、計測精度の向上 を図ることができる。
[0132] また、上記実施形態では干渉計システム（26)を用いてウェハステージ WSTの位 置情報を計測するものとした力 これに限らず、例えばウェハステージ WSTの上面 に設けられるスケール（回折格子）を検出するエンコーダシステムを用いてもょ 、。こ の場合、干渉計システムとエンコーダシステムの両方を備えるハイブリッドシステムと し、干渉計システムの計測結果を用いてエンコーダシステムの計測結果の較正 (キヤ リブレーシヨン）を行うことが好ましい。また、干渉計システムとエンコーダシステムとを 切り替えて用いる、あるいはその両方を用いて、ウェハステージの位置制御を行うよう にしてもよい。
[0133] また、前述の第 1の実施形態などでは投影光学系の光学特性として最良フォーカス 位置、像面湾曲、あるいは非点収差を求めるものとした力 その光学特性はこれらに 限られるものでなく他の収差などでも良い。さらに、上記第 1、第 2の実施形態の露光 装置は半導体デバイスの製造用に限られるものでなぐ例えばディスプレイ (液晶表 示素子など）、撮像素子 (CCDなど）、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン、 DNAチップ など、他のデバイスの製造に用いる露光装置などであっても良ぐこれらの露光装置 に本発明を適用しても良い。
[0134] なお、上記第 1、第 2の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パ ターン (又は位相パターン '減光パターン）を形成した光透過型マスクを用いた力 こ のマスクに代えて、例えば米国特許第 6, 778, 257号明細書に開示されているよう に、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン 、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスクとも呼ばれ、例えば 非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種である DMD (Digital Micro-mirror Device)などを含む）を用いても良い。また、投影光学系は屈折系に限られるものでな く反射屈折系又は反射系でも良いし、縮小系に限られるものでなく等倍系又は拡大 系でも良い。さらに、投影光学系による投影像は倒立像と正立像のいずれでも良い。 また、国際公開第 2001Z035168号パンフレットに開示されているように、干渉縞を ウエノ、 W上に形成することによって、ウェハ W上にデバイスパターンを形成する露光 装置 (リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。さらに、例えば特表 2 004— 519850号公報（対応米国特許第 6,611,316号明細書）に開示されているよ うに、 2つのレチクルのパターンを、投影光学系を介してウェハ上で合成し、 1回の走 查露光によってウェハ上の 1つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置 にも本発明を適用することができる。要は、光学系の露光エリア内に計測用のパター ン像を生成することで物体を露光する露光装置であれば良い。
[0135] なお、上記各実施形態ではエネルギビーム（照明光 ILなど）が照射される、露光対 象の感応性の物体 (基板）はウェハに限られるものでなぐガラスプレート、セラミック 基板、あるいはマスクブランクスなど他の物体でもよいし、その形状は円形に限られ ず矩形などでもよい。
[0136] また、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容する 限りにおいて、上記各実施形態及び変形例で引用した全ての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。
[0137] 半導体デバイスは、デバイスの機能 ·性能設計を行うステップ、この設計ステップに 基づ 、たレチクルを製作するステップ、シリコン材料力 ウェハを製作するステップ、 前述した第 1、又は第 2の実施形態の露光装置により前述の露光方法を実行し、レチ クルのパターンをウェハに転写するリソグラフィステップ、デバイス組み立てステップ（ ダイシング工程、ボンディング工程、ノッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て 製造される。この場合、リソグラフィステップで、第 1、又は第 2の実施形態の露光装置 を用いて前述の露光方法が実行され、ウェハ上にデバイスパターンが形成されるの で、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
産業上の利用可能性
[0138] 本発明の光学特性計測方法は、所定の面上にパターン像を生成する光学系、例 えば投影露光装置の投影光学系などの光学特性の計測に適している。また、本発明 の露光方法及び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。本発明 の検査装置、計測方法、及びべストフォース位置計測方法は、露光条件の適正値を 求めるのに適している。また、本発明のパターン情報判定方法は、ウェハ等の試料に 形成されたパターンの形成状態が示す情報の判定に適している。

Claims

請求の範囲
[1] 所定の面上にパターン像を生成する光学系の光学特性を計測する光学特性計測 方法であって、
光学系の前記所定の面側に配置された物体の前記光学系の光軸方向に関する位 置を変更しながら、光学系の露光エリア内に計測用のノターン像を生成することで前 記物体上の複数の区画領域を順次露光する第 1工程と；
前記物体上の複数の区画領域を撮像する第 2工程と；
前記撮像により得られた撮像データを処理して、各区画領域につ!、て各画素の輝 度値に関する所定の統計量を算出するとともに、算出された前記各区画領域につい ての統計量に基づ!ヽて前記光学系の光学特性を求める第 3工程と；を含む光学特性 計測方法。
[2] 請求項 1に記載の光学特性計測方法にぉ 、て、
前記統計量は、各区画領域について各画素の輝度値の所定の基準値に対する偏 差を含む統計量である光学特性計測方法。
[3] 請求項 2に記載の光学特性計測方法にお 、て、
前記所定の基準値は、前記物体上の少なくとも 1つの区画領域内部における前記 ノターン像が存在しない領域の単一画素の輝度値及び複数画素の輝度値の平均 値の 、ずれかである光学特性計測方法。
[4] 請求項 1に記載の光学特性計測方法にぉ 、て、
前記所定の統計量は、前記各区画領域についての各画素の輝度値の分散及び標 準偏差の少なくとも一方である光学特性計測方法。
[5] 請求項 1に記載の光学特性計測方法にぉ 、て、
前記第 1工程では、前記第 2工程で少なくとも前記光軸方向と直交する所定方向に 関して前記物体上の複数の区画領域が同時に撮像可能となるように、前記物体を前 記所定方向に順次移動することにより、隣接する複数の区画領域から成る全体として 矩形の領域を少なくとも 1つ前記物体上に形成する光学特性計測方法。
[6] 請求項 1に記載の光学特性計測方法にぉ 、て、
前記第 1工程では、少なくとも前記光軸方向と直交する所定方向に関して、前記露 光エリア内で前記パターン像が生成される前記区画領域のサイズに対応する距離以 下のステップピッチで前記物体を移動する光学特性計測方法。
[7] 請求項 6に記載の光学特性計測方法において、
前記物体には、その表面にポジ型のフォトレジストで感光層が形成されるとともに、 前記第 1工程の後に現像処理を経て前記物体上の各区画領域に撮像対象となる像 が形成され、
前記ステップピッチは、前記物体上で隣接する像間の感光層が前記現像処理によ り除去されるように設定される光学特性計測方法。
[8] 請求項 1に記載の光学特性計測方法にぉ 、て、
前記光学特性は、前記光学系の露光エリア内の計測点における最良フォーカス位 置を含む光学特性計測方法。
[9] 請求項 1に記載の光学特性計測方法にぉ 、て、
前記第 1工程では、前記物体の前記光学系の光軸方向に関する位置を変更しな がら、光学系の露光エリア内の複数位置に計測用のパターン像を生成することにより 、前記物体上の複数の区画領域を順次露光する光学特性計測方法。
[10] 請求項 1〜9のいずれか一項に記載の光学特性計測方法を用いて光学系の光学 特性を計測する工程と；
該光学特性の計測結果を考慮して前記光学系の露光エリア内に所定のパターン 像を生成することで物体を露光する工程と；を含む露光方法。
[11] 請求項 10に記載の露光方法により物体を露光するリソグラフイエ程を含むデバイス 製造方法。
[12] 光学系及び液体を介して物体上にパターン像を生成する露光装置で用いられる前 記光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法であって、
少なくとも 1つの露光条件を変更しながら、前記物体を前ショット領域の露光に起因 する前記液体の温度変動が次ショット領域の露光に影響を与えない程度の所定のス テツプピツチで順次移動して前記光学系の露光エリア内に計測用のパターン像を生 成することで前記物体上の複数の区画領域を順次露光する第 1工程と；
前記物体上の複数の区画領域における前記計測用のパターン像の形成状態を検 出する第 2工程と；
前記検出結果に基づいて前記光学系の光学特性を求める第 3工程と；を含む光学 特性計測方法。
[13] 請求項 12に記載の光学特性計測方法を用いて前記光学系の光学特性を計測す る工程と；
該光学特性の計測結果を考慮して前記光学系及び液体を介して形成される所定 のパターン像で前記物体を露光する工程と；を含む露光方法。
[14] 請求項 13に記載の露光方法により物体を露光するリソグラフイエ程を含むデバイス 製造方法。
[15] 光学系を介して異なる露光条件下で基板上にそれぞれ形成された複数のパターン 像を検出する検査装置であって、
前記複数のパターン像を同時に撮像可能な視野を有する撮像装置と； 前記撮像装置による前記複数のパターン像の撮像データを用いて前記パターン像 のコントラスト情報を算出するとともに、そのコントラスト情報に基づいて前記露光条件 の適正値を求める処理装置と、を備える検査装置。
[16] 請求項 15に記載の検査装置において、
前記露光条件は、前記光学系の光学特性を含む検査装置。
[17] 請求項 15に記載の検査装置において、
前記処理装置は、前記コントラスト情報の算出に際し、前記撮像装置の画素の出力 を規格化する検査装置。
[18] 請求項 17に記載の検査装置において、
前記処理装置は、前記撮像装置の画素の出力を所定の基準値を使って規格化す る検査装置。
[19] 請求項 18に記載の検査装置において、
前記基準値は、前記基板上の前記パターン像が存在しな!ヽ領域の単一画素の輝 度値及び複数画素の輝度値の平均値のいずれかである検査装置。
[20] 請求項 15〜19のいずれか一項に記載の検査装置において、
前記処理装置は、前記基板上のパターン像が形成された領域につ！ヽての各画素 の輝度値に関する所定の統計量を前記コントラスト情報として算出する検査装置。
[21] 請求項 20に記載の検査装置において、
前記統計量は、分散及び標準偏差の少なくとも一方である検査装置。
[22] 光学系を介して異なる露光条件下で基板上にそれぞれ形成された複数のパターン 像を検出することで所定の計測を行う計測方法であって、
前記複数のパターン像を同時に撮像可能な視野を有する撮像装置を用いて前記 複数のパターン像を撮像する工程と；
撮像された前記複数のパターン像の撮像データを用いて前記パターン像のコントラ スト情報を算出するとともに、そのコントラスト情報に基づいて前記露光条件の適正値 を求める工程と；を含む計測方法。
[23] 投影露光装置のベストフォーカス計測方法であって、
前記投影露光装置の解像限界の 4倍程度以下の線幅のパターンを含むパターン 領域の像を、フォーカス位置を変化させつつ、物体上の異なる位置に複数形成する 工程と；
解像限界が前記投影露光装置の解像限界の 1Z4よりも大きい検査光学系を用い て、前記物体上に形成された複数の前記パターン領域の像の明暗情報を検出する 工程と；
前記検出した明暗情報に基づいてベストフォーカス位置を算出する工程と;を含む ベストフォーカス計測方法。
[24] 請求項 23に記載のベストフォーカス計測方法にぉ 、て、
前記パターンの線幅は、前記投影露光装置の解像限界の 3倍程度以下であるべス トフォーカス計測方法。
[25] 請求項 23又は 24に記載のベストフォーカス計測方法において、
前記パターンは、前記線幅の複数のパターン要素力 なるベストフォーカス計測方 法。
[26] パターン情報判定方法であって、
検査光学系により、前記検査光学系の解像限界以下の周期パターンを含むパター ン領域が複数形成されたパターン群の明暗情報を検出する工程と； 前記パターン群の中から、前記検出した明暗情報の変化が最大となるパターン領 域を判定する工程と；を含むパターン情報判定方法。
[27] 請求項 26に記載のパターン情報判定方法にぉ 、て、
前記パターン群は前記検査光学系により同時に検出可能であるパターン情報判定 方法。
[28] パターン情報判定装置であって、
周期パターンを含むパターン領域が複数形成されたパターン群の明暗情報を検出 する検査光学系と；
前記パターン群の中から、前記検出した明暗情報の変化が最大となるパターン領 域を判定する処理装置と;を備え、前記周期パターンは、前記検査光学系の解像限 界以下であるパターン情報判定装置。
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