JP2002203762A - Exposure amount setting method, exposure system and device manufacturing method - Google Patents
Exposure amount setting method, exposure system and device manufacturing methodInfo
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、露光量設定方法、
露光装置、及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは
マスクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写す
る際の露光量を設定する露光量設定方法、該露光量設定
方法の実施に好適な露光装置、及び該露光装置を用いる
デバイス製造方法に関する。The present invention relates to an exposure setting method,
The present invention relates to an exposure apparatus and a device manufacturing method, and more particularly, to an exposure amount setting method for setting an exposure amount when a mask pattern is transferred onto a substrate via a projection optical system, which is suitable for implementing the exposure amount setting method. The present invention relates to an exposure apparatus and a device manufacturing method using the exposure apparatus.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、半導体素子又は液晶表示素子
等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フォトマ
スク又はレチクル(以下、「レチクル」と総称する)の
パターンを、投影光学系を介して表面にフォトレジスト
等の感光剤が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の
基板上に転写する投影露光装置、例えばステップ・アン
ド・リピート方式の縮小投影露光装置(いわゆるステッ
パ)や、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影
露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ)等が用い
られている。2. Description of the Related Art Conventionally, when a semiconductor element or a liquid crystal display element is manufactured by a photolithography process, a pattern of a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as “reticle”) is formed on a surface through a projection optical system. Exposure apparatus for transferring onto a substrate such as a wafer or a glass plate on which a photosensitive agent such as a photoresist is coated, for example, a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus (so-called stepper), a step-and-scan method (A so-called scanning stepper) or the like is used.
【0003】しかるに、投影露光装置を用いて半導体素
子等を製造する際には、デフォーカスに起因する露光不
良の発生を極力抑制するために、基板上の露光領域(照
明光が照射される領域)を投影光学系の最良結像面の焦
点深度の範囲内に一致させる必要がある。このために
は、投影光学系の最良結像面ないしはベストフォーカス
位置を精度良く計測するとともに、その計測結果に基づ
いて投影光学系の光軸方向に関する基板の位置を検出す
る焦点位置検出系(フォーカス検出系)をキャリブレー
ションすることが重要である。However, when a semiconductor device or the like is manufactured using a projection exposure apparatus, an exposure region (a region irradiated with illumination light) on a substrate is required to minimize the occurrence of exposure failure due to defocus. ) Must be within the range of the depth of focus of the best imaging plane of the projection optical system. For this purpose, a focus position detection system (focus) that accurately measures the best imaging plane or the best focus position of the projection optical system and detects the position of the substrate in the optical axis direction of the projection optical system based on the measurement result. It is important to calibrate the detection system).
【0004】投影光学系のベストフォーカス位置の計測
方法として、投影光学系の光軸方向に関する基板の位置
を所定ステップ間隔で変化させながら、レチクル上の所
定の計測用マーク、例えばラインアンドスペースマーク
を投影光学系を介して基板上の異なる領域に順次転写
し、その基板を現像後に基板上に形成されるレジスト像
の線幅をSEM(走査型電子顕微鏡)等を用いて計測
し、その線幅が所望の線幅となるレジスト像に対応する
基板の光軸方向位置をベストフォーカス位置とする方法
(以下、「焼き付け法」と呼ぶ)が従来から主として行
われている。As a method of measuring the best focus position of the projection optical system, a predetermined measurement mark on the reticle, for example, a line and space mark, is changed while changing the position of the substrate in the optical axis direction of the projection optical system at predetermined step intervals. The resist is sequentially transferred to different regions on the substrate via a projection optical system, and the line width of a resist image formed on the substrate after the substrate is developed is measured using an SEM (scanning electron microscope) or the like, and the line width is measured. Conventionally, a method of setting a position in the optical axis direction of a substrate corresponding to a resist image having a desired line width as a best focus position (hereinafter, referred to as a “printing method”) has been mainly performed.
【0005】この他、レチクル上に形成された計測マー
ク、例えばラインアンドスペースマークを照明光により
照明し投影光学系によって形成された計測マークの空間
像(投影像)を空間像計測装置を用いて計測し、この計
測結果に基づいてベストフォーカス位置を算出する方法
(以下、「空間像計測法」と呼ぶ)も行われている。In addition, a measurement mark formed on a reticle, for example, a line and space mark is illuminated with illumination light, and a spatial image (projection image) of the measurement mark formed by the projection optical system is used by using a spatial image measuring device. A method of measuring and calculating the best focus position based on the measurement result (hereinafter, referred to as “aerial image measurement method”) is also performed.
【0006】しかしながら、フォーカスキャリブレーシ
ョンによりデフォーカスの発生を抑制するのみでは、微
細パターンを精度良く基板上に転写することは困難であ
り、特に微細パターンを所望の線幅で基板上に形成する
ためには、露光の際の露光量がレジスト感度に応じて定
まるベスト露光量(ベストドーズ量)に調整されている
ことが重要である。However, it is difficult to transfer a fine pattern onto a substrate with high accuracy only by suppressing the occurrence of defocus by focus calibration. Particularly, a fine pattern is formed on a substrate with a desired line width. It is important that the exposure amount at the time of exposure is adjusted to the best exposure amount (best dose amount) determined according to the resist sensitivity.
【0007】従来、このベスト露光量の設定は、上述し
た焼き付け法により行われていた。すなわち、露光量の
みを異ならせた複数の露光条件下で、前述した焼き付け
法を繰り返し行い、露光条件毎にべストフォーカス時に
対応するレジスト像の線幅を求め、この線幅が計測マー
クの設計値から定まる所定の線幅となる場合の露光条
件、すなわち露光量をベスト露光量として決定してい
た。Conventionally, the setting of the best exposure amount has been performed by the above-described printing method. That is, the above-described printing method is repeatedly performed under a plurality of exposure conditions that differ only in the exposure amount, and the line width of the resist image corresponding to the best focus is obtained for each exposure condition. The exposure condition when a predetermined line width is determined from the value, that is, the exposure amount is determined as the best exposure amount.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】露光装置では、照明光
学系内に配置された光量検出器の計測値に基づいて、上
述したベスト露光量を露光量制御目標値として露光量を
フィードバック制御している。一方、露光装置では、照
明光学系や投影光学系等の光学系のくもりなどにより、
照明光路中の照明光透過率が経時的に低下する。しか
し、光量検出器の光路後方でくもりが発生した場合、こ
れを検知することは困難である。In an exposure apparatus, the exposure amount is feedback-controlled using the above-mentioned best exposure amount as an exposure amount control target value based on a measurement value of a light amount detector arranged in an illumination optical system. I have. On the other hand, in an exposure apparatus, due to cloudiness of an optical system such as an illumination optical system and a projection optical system,
The illumination light transmittance in the illumination light path decreases with time. However, when cloudiness occurs behind the light path of the light amount detector, it is difficult to detect the cloudiness.
【0009】このような場合、当初に決めたベスト露光
量を露光量制御目標値として、露光を行ったのでは、露
光量不足に起因する露光不良が発生する。このため、従
来の露光装置では、上述した焼き付け法によるベスト露
光量の計測を一定のインターバルで行って、ベスト露光
量(露光量制御目標値)を更新することが必要であっ
た。In such a case, if the exposure is performed using the initially determined best exposure amount as the exposure amount control target value, an exposure defect due to an insufficient exposure amount occurs. For this reason, in the conventional exposure apparatus, it is necessary to update the best exposure amount (exposure amount control target value) by measuring the best exposure amount by the above-described printing method at a constant interval.
【0010】しかしながら、焼き付け法によるベスト露
光量の計測では、露光、現像、及び線幅計測の一連の手
順を経る必要から、計測に時間が掛かりすぎ、スループ
ットの低下の一因となっていた。このため、頻繁にベス
ト露光量の計測を行うことはできず、必然的にベスト露
光量の計測間隔が長くなっていた。しかるに、最近にお
けるパターンの微細化に伴い、連続する2回のベスト露
光量計測間の時間におけるベスト露光量の劣化に起因す
る露光量の低下(像面上の照度不足)が、無視できなく
なりつつある。However, in the measurement of the best exposure amount by the printing method, it is necessary to go through a series of procedures of exposure, development, and line width measurement, so that the measurement takes too much time and causes a decrease in throughput. For this reason, the best exposure amount cannot be frequently measured, and the measurement interval of the best exposure amount has inevitably increased. However, with the recent miniaturization of patterns, a decrease in the exposure amount (insufficient illuminance on the image plane) due to the deterioration of the best exposure amount in the time between two successive measurement of the best exposure amount is becoming negligible. is there.
【0011】ところで、投影光学系のベストフォーカス
位置は、投影光学系に対する照明光の照射によって変化
する。従来、この照明光照射に起因するベストフォーカ
ス位置の変動(ベストフォーカス位置の照射変動)が、
露光時のデフォーカス要因とならないように、投影光学
系に連続的に照明光を照射した状態で、基板を光軸方向
にステップ移動しつつ、基板上の異なる領域に順次マー
クを転写することを、繰り返し、それらのマークのレジ
スト像の線幅計測結果から、ベストフォーカス位置の照
射変動の時間変化曲線を求め、この時間変化曲線に基づ
いてフォーカス検出系のキャリブレーションを所定間隔
で行っている。By the way, the best focus position of the projection optical system changes due to irradiation of the projection optical system with illumination light. Conventionally, the fluctuation of the best focus position (irradiation fluctuation of the best focus position) due to this illumination light irradiation is
In order that the projection optical system is continuously irradiated with illumination light so as not to cause defocusing at the time of exposure, it is necessary to sequentially transfer marks to different regions on the substrate while step-moving the substrate in the optical axis direction. Repeatedly, a time change curve of the irradiation variation at the best focus position is obtained from the line width measurement results of the resist images of those marks, and the focus detection system is calibrated at predetermined intervals based on the time change curve.
【0012】しかしながら、上述したベストフォーカス
位置の照射変動の時間変化曲線を焼き付け法により求め
るには、計測に時間が掛かっていた。However, it takes a long time to measure the above-described time change curve of the irradiation fluctuation at the best focus position by the printing method.
【0013】この一方、シミュレーションによりベスト
フォーカス位置の照射変動の時間変化曲線を求めること
も考えられるが、現実の計測を行う場合に比べて計測精
度が低下することは避けられず、結果的にデフォーカス
の発生確率が高くなってしまう。On the other hand, it is conceivable to obtain a time change curve of the irradiation fluctuation at the best focus position by simulation. However, it is inevitable that the measurement accuracy is reduced as compared with the case where actual measurement is performed. The probability of occurrence of focus increases.
【0014】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第1の目的は、簡易に適切な露光量を設定する
ことが可能な露光量設定方法、及び露光装置を提供する
ことにある。The present invention has been made under such circumstances, and a first object of the present invention is to provide an exposure setting method and an exposure apparatus capable of easily setting an appropriate exposure. is there.
【0015】また、本発明の第2の目的は、連続的に露
光を繰り返し行う際に、デフォーカスによる露光精度の
低下を抑制することができる露光装置を提供することに
ある。It is a second object of the present invention to provide an exposure apparatus capable of suppressing a decrease in exposure accuracy due to defocusing when exposure is continuously repeated.
【0016】本発明の第3の目的は、デバイスの生産性
を向上させることができるデバイス製造方法を提供する
ことにある。A third object of the present invention is to provide a device manufacturing method capable of improving device productivity.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の露光量
設定方法は、マスク(R)のパターンを投影光学系(P
L)を介して基板(W)上に転写する際の露光量を設定
する露光量設定方法であって、所定の計測マーク(P
M)を照明光(IL)により照明し、前記計測マークの
空間像(PM’)を前記投影光学系を介して像面上に形
成し、前記投影光学系の像面側に配置された計測用パタ
ーン(22)を前記空間像に対して相対的に走査すると
ともに、前記計測用パターンを介した前記照明光の強度
に応じた光電変換信号を、前記計測用パターンの前記光
軸方向の複数の位置毎に得る実計測工程と;前記実計測
工程で前記複数の位置毎に得られた前記光電変換信号に
基づいて前記投影光学系のベストフォーカス位置を求
め、そのベストフォーカス位置に対応する前記光電変換
信号に基づいて対象強度値を算出する算出工程と;前記
算出された対象強度値を、予め求めた基準強度値と比較
し、該比較結果に基づいて、前記パターン転写時の露光
量を設定する露光量設定工程と;を含む。According to a first aspect of the present invention, there is provided an exposure amount setting method, comprising the steps of:
L) is an exposure setting method for setting an exposure when transferring onto a substrate (W) via a predetermined measurement mark (P).
M) is illuminated with illumination light (IL), a spatial image (PM ') of the measurement mark is formed on the image plane via the projection optical system, and the measurement arranged on the image plane side of the projection optical system Pattern for scanning relative to the aerial image, and converting a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the illumination light via the measurement pattern into a plurality of signals in the optical axis direction of the measurement pattern. An actual measurement step for each of the positions; determining a best focus position of the projection optical system based on the photoelectric conversion signals obtained for each of the plurality of positions in the actual measurement step; A calculating step of calculating a target intensity value based on the photoelectric conversion signal; comparing the calculated target intensity value with a reference intensity value obtained in advance, and calculating an exposure amount during the pattern transfer based on the comparison result. Exposure setting to be set And a setting step.
【0018】これによれば、照明光によって所定の計測
マークを照明し、該計測マークの空間像を投影光学系を
介して像面上に形成し、該空間像に対して計測用パター
ンを相対的に走査するとともに、計測用パターンを介し
た照明光の強度に応じた光電変換信号を計測用パターン
の光軸方向の複数の位置毎に得る。そして、前記複数の
位置毎に得られた光電変換信号に基づいて投影光学系の
ベストフォーカス位置を求め、そのベストフォーカス位
置に対応する光電変換信号に基づいて対象強度値を算出
し、その算出された対象強度値を、予め定めた基準強度
値と比較し、該比較結果に基づいて、パターン転写時の
露光量を設定する。ここで、基準強度値を、計測マーク
を露光する際のベスト露光量と何らかの関係のある値に
定めておくことにより、算出された対象強度値をその基
準強度値と比較した結果に基づいて、露光量を適切に設
定することが可能となる。従って、従来のように焼き付
け、現像等の過程を経ることなく、空間像計測により簡
易に適切な露光量を設定することが可能となる。According to this, a predetermined measurement mark is illuminated by the illumination light, a spatial image of the measurement mark is formed on an image plane via a projection optical system, and a measurement pattern is relatively formed on the spatial image. And a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the illumination light via the measurement pattern is obtained for each of a plurality of positions in the optical axis direction of the measurement pattern. Then, a best focus position of the projection optical system is obtained based on the photoelectric conversion signals obtained for each of the plurality of positions, and a target intensity value is calculated based on the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position. The target intensity value is compared with a predetermined reference intensity value, and an exposure amount at the time of pattern transfer is set based on the comparison result. Here, by setting the reference intensity value to a value having some relationship with the best exposure amount when exposing the measurement mark, based on the result of comparing the calculated target intensity value with the reference intensity value, Exposure can be set appropriately. Therefore, it is possible to easily set an appropriate exposure amount by aerial image measurement without going through a process such as printing and development as in the related art.
【0019】この場合において、基準強度値の決定方法
は、種々考えられ、例えば請求項2に記載の露光量設定
方法の如く、前記基準強度値は、前記所定の計測マーク
についての目標光量に光量を設定した基準計測条件下に
おいて予め計測された前記ベストフォーカス位置に対応
する前記光電変換信号のピーク値であることとすること
もできるし、あるいは、請求項3に記載の露光量設定方
法の如く、前記基準強度値は、前記所定の計測マークに
ついての目標光量に光量を設定した基準計測条件下にお
いて予め計測された前記ベストフォーカス位置に対応す
る前記光電変換信号と、前記計測マークを構成するライ
ンパターンの線幅とに基づいて設定される強度値である
こととすることもできる。後者の場合、例えば上記光電
変換信号波形と所定のスライスレベルとの2つの交点間
距離が、前記ラインパターンの線幅の投影倍率倍の値に
一致するスライスレベルを基準強度値とすることができ
る。In this case, various methods for determining the reference intensity value are conceivable. For example, as in the exposure setting method according to the second aspect, the reference intensity value is set at a target light amount for the predetermined measurement mark. The peak value of the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position measured in advance under the reference measurement condition in which is set, or the exposure setting method according to claim 3. The reference intensity value is the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position measured in advance under the reference measurement condition in which the light amount is set to the target light amount for the predetermined measurement mark, and a line forming the measurement mark The intensity value may be set based on the line width of the pattern. In the latter case, for example, a slice level at which a distance between two intersections between the photoelectric conversion signal waveform and a predetermined slice level matches a value obtained by multiplying the line width of the line pattern by a projection magnification can be used as a reference intensity value. .
【0020】上記請求項1に記載の露光量設定方法にお
いて、請求項4に記載の露光量設定方法の如く、前記所
定の計測マークについての目標光量に光量を設定した基
準計測条件下で、前記照明光によって前記所定の計測マ
ークを照明し、該計測マークの空間像を前記投影光学系
を介して像面上に形成し、前記計測用パターンを前記空
間像に対して相対的に走査するとともに、前記計測用パ
ターンを介した前記照明光の強度に応じた光電変換信号
を、前記計測用パターンの前記光軸方向の複数の位置毎
に得る基準計測工程と;前記複数の位置毎に得られた前
記光電変換信号に基づいて前記基準計測条件下における
前記投影光学系のベストフォーカス位置を求め、そのベ
ストフォーカス位置に対応する前記光電変換信号に基づ
いて前記基準強度値を定める基準強度値決定工程と;を
更に含む場合に、前記基準計測工程及び前記基準強度値
決定工程は、異なる複数の露光条件について繰り返し行
われ、前記実計測工程及び前記算出工程は、前記複数の
露光条件から選択された任意の1つの露光条件下で行わ
れ、前記露光量設定工程では、前記選択された露光条件
に対応する基準強度値と前記算出工程で算出された対象
強度値とが比較され、該比較結果に基づいて、前記パタ
ーン転写時の露光量が設定されることとすることができ
る。In the exposure amount setting method according to the first aspect, as in the exposure amount setting method according to the fourth aspect, under the reference measurement condition in which the light amount is set to the target light amount for the predetermined measurement mark, The predetermined measurement mark is illuminated with illumination light, a spatial image of the measurement mark is formed on an image plane via the projection optical system, and the measurement pattern is scanned relative to the spatial image. A reference measurement step of obtaining a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the illumination light via the measurement pattern for each of a plurality of positions in the optical axis direction of the measurement pattern; and a reference measurement step for each of the plurality of positions. The best focus position of the projection optical system under the reference measurement condition is obtained based on the photoelectric conversion signal, and the reference intensity is obtained based on the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position. The reference measurement step and the reference intensity value determination step are repeatedly performed for a plurality of different exposure conditions, and the actual measurement step and the calculation step Is performed under any one of the exposure conditions selected from the exposure conditions, and in the exposure amount setting step, the reference intensity value corresponding to the selected exposure condition and the target intensity value calculated in the calculation step are The exposure amount at the time of the pattern transfer can be set based on the comparison result.
【0021】上記請求項1〜4に記載の各露光量設定方
法において、請求項5に記載の露光量設定方法の如く、
前記目標光量は、前記所定の計測マークを前記投影光学
系を介して基板上に転写して得られるレジスト像の線幅
がベストフォーカス時に所定の線幅となる光量として決
定されていることとすることができる。この場合、例え
ばレジスト像の線幅が計測マークを構成するラインパタ
ーンの線幅の投影倍率倍の線幅とほぼ一致する光量を目
標光量とすることができる。In each of the exposure setting methods according to the first to fourth aspects, as in the exposure setting method according to the fifth aspect,
The target light amount is determined as the light amount at which the line width of the resist image obtained by transferring the predetermined measurement mark onto the substrate via the projection optical system becomes the predetermined line width at the time of best focus. be able to. In this case, for example, a light amount in which the line width of the resist image substantially coincides with the line width of the line width of the line pattern forming the measurement mark times the projection magnification can be set as the target light amount.
【0022】上記請求項4に記載の露光量設定方法にお
いて、請求項6に記載の露光量設定方法の如く、前記露
光条件は、照明条件、露光対象パターン種類、対象線
幅、及び前記投影光学系の開口数の少なくとも1つを含
むこととすることができる。In the exposure setting method according to the fourth aspect, as in the exposure setting method according to the sixth aspect, the exposure conditions include an illumination condition, a pattern type to be exposed, a target line width, and the projection optical system. It may include at least one of the numerical apertures of the system.
【0023】請求項7に記載の露光装置は、マスク
(R)のパターンを投影光学系(PL)を介して基板
(W)上に転写する露光装置であって、照明光(IL)
により対象物を照明する照明装置(10)と;前記投影
光学系の像面側に配置され、計測用パターン(22)が
形成されたパターン形成部材(90)と;前記計測用パ
ターンを介した前記照明光の強度に応じた光電変換信号
を出力する光電変換素子(24)と;前記マスクが配置
される面とほぼ同一面上に配置された計測マーク(R
M)を前記照明装置により照明し、前記像面上に前記計
測マークの空間像(PM’)が形成された状態で、前記
空間像に対して前記計測用パターンが相対的に走査され
るよう前記パターン形成部材を走査するとともに、前記
光電変換素子からの光電変換信号に基づいて前記空間像
に対応する光強度分布を前記パターン形成部材の前記光
軸方向の複数の位置毎に計測する計測処理装置(20)
と;前記計測処理装置により前記複数の位置毎に計測さ
れた前記空間像に対応する光電変換信号に基づいて前記
投影光学系のベストフォーカス位置を求め、そのベスト
フォーカス位置に対応する前記光電変換信号に基づいて
対象強度値を算出するとともに、該算出した対象強度値
を所定の基準強度値と比較し、該比較結果に基づいて、
前記パターン転写時の露光量を設定する露光量設定装置
(20)と;を備える。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for transferring a pattern of a mask (R) onto a substrate (W) via a projection optical system (PL).
An illumination device (10) for illuminating an object by means of; a pattern forming member (90) arranged on the image plane side of the projection optical system and having a measurement pattern (22) formed thereon; A photoelectric conversion element (24) for outputting a photoelectric conversion signal according to the intensity of the illumination light; and a measurement mark (R) arranged on substantially the same plane as the plane on which the mask is arranged.
M) is illuminated by the illumination device, and the measurement pattern is relatively scanned with respect to the aerial image in a state where the aerial image (PM ′) of the measurement mark is formed on the image plane. A measurement process for scanning the pattern forming member and measuring a light intensity distribution corresponding to the aerial image at each of a plurality of positions in the optical axis direction of the pattern forming member based on a photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element. Apparatus (20)
Obtaining a best focus position of the projection optical system based on a photoelectric conversion signal corresponding to the aerial image measured for each of the plurality of positions by the measurement processing device, and obtaining the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position While calculating the target intensity value based on, the calculated target intensity value is compared with a predetermined reference intensity value, based on the comparison result,
An exposure setting device (20) for setting an exposure at the time of pattern transfer.
【0024】これによれば、計測処理装置により、マス
クが配置される面とほぼ同一面上に配置された計測マー
クを照明装置により照明し、像面上に計測マークの空間
像が形成された状態で、空間像に対して計測用パターン
が相対的に走査されるようパターン形成部材が走査され
るとともに、光電変換素子からの光電変換信号に基づい
て空間像に対応する光強度分布がパターン形成部材の光
軸方向の複数の位置毎に計測される。そして、露光量設
定装置により、上記の複数の位置毎に計測された空間像
に対応する光電変換信号に基づいて投影光学系のベスト
フォーカス位置が求められ、そのベストフォーカス位置
に対応する光電変換信号に基づいて対象強度値が算出さ
れるとともに、該算出された対象強度値を所定の基準強
度値と比較した結果に基づいて、パターン転写時の露光
量が設定される。ここで、基準強度値を、計測マークを
露光する際のベスト露光量と何らかの関係のある値に定
めておくことにより、算出された対象強度値をその基準
強度値と比較した結果に基づいて、露光量を適切に設定
することが可能となる。従って、従来のように焼き付
け、現像等の過程を経ることなく、空間像計測により簡
易に適切な露光量を設定することが可能となる。According to this, the measurement mark arranged on substantially the same surface as the surface on which the mask is arranged is illuminated by the illumination device by the measurement processing device, and a spatial image of the measurement mark is formed on the image plane. In this state, the pattern forming member is scanned so that the measurement pattern is relatively scanned with respect to the aerial image, and the light intensity distribution corresponding to the aerial image is formed based on the photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element. It is measured at each of a plurality of positions in the optical axis direction of the member. Then, the exposure setting device determines the best focus position of the projection optical system based on the photoelectric conversion signal corresponding to the aerial image measured at each of the plurality of positions, and obtains the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position. Is calculated based on the target intensity value, and an exposure amount at the time of pattern transfer is set based on a result of comparing the calculated target intensity value with a predetermined reference intensity value. Here, by setting the reference intensity value to a value having some relationship with the best exposure amount when exposing the measurement mark, based on the result of comparing the calculated target intensity value with the reference intensity value, Exposure can be set appropriately. Therefore, it is possible to easily set an appropriate exposure amount by aerial image measurement without going through a process such as printing and development as in the related art.
【0025】この場合において、基準強度値としては種
々の基準で決定された強度値を用いることができ、例え
ば、請求項8に記載の露光装置の如く、前記基準強度値
は、前記所定の計測マークについての目標光量に光量を
設定した基準計測条件下における前記ベストフォーカス
位置に対応する前記光電変換信号のピーク値であること
とすることができるし、あるいは請求項9に記載の露光
装置の如く、前記基準強度値は、前記所定の計測マーク
についての目標光量に光量を設定した基準計測条件下に
おける前記ベストフォーカス位置に対応する前記光電変
換信号と、前記計測マークを構成するラインパターンの
線幅とに基づいて設定される強度値であることとするこ
ともできる。後者の場合、例えば上記光電変換信号波形
と所定のスライスレベルとの2つの交点間距離が、前記
ラインパターンの線幅の投影倍率倍の値に一致するスラ
イスレベルを基準強度値とすることができる。In this case, an intensity value determined by various standards can be used as the reference intensity value. For example, as in the exposure apparatus according to claim 8, the reference intensity value is determined by the predetermined measurement. 10. The exposure apparatus according to claim 9, wherein a peak value of the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position under a reference measurement condition in which a light amount is set to a target light amount for a mark can be obtained. The reference intensity value is the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position under the reference measurement condition in which the light amount is set to the target light amount for the predetermined measurement mark, and the line width of a line pattern forming the measurement mark The intensity value may be set based on the above. In the latter case, for example, a slice level at which a distance between two intersections between the photoelectric conversion signal waveform and a predetermined slice level matches a value obtained by multiplying the line width of the line pattern by a projection magnification can be used as a reference intensity value. .
【0026】上記請求項7に記載の露光装置において、
請求項10に記載の露光装置の如く、前記計測マークに
ついての目標光量に光量を設定した基準計測条件下で、
前記パターン形成部材の前記光軸方向の複数の位置毎に
前記計測マークの空間像に対応する光強度分布の計測
が、異なる複数の露光条件下でそれそれ行われ、該計測
結果に基づいて決定された前記基準計測条件下における
前記投影光学系のベストフォーカス位置に対応する前記
光電変換信号に基づいて決定される各露光条件について
の基準強度値がそれぞれ記憶された記憶装置(51)を
更に備える場合に、前記計測処理装置は、前記複数の露
光条件のうちの設定された露光条件下において、前記計
測を行い、前記露光量設定装置は、前記計測処理装置に
より前記複数の位置毎に計測された前記空間像に対応す
る対象強度値を算出するとともに、該算出した対象強度
値を前記設定された露光条件に対応する基準強度値と比
較するとともに、該比較結果に基づいて、前記パターン
転写時の露光量を設定することとすることができる。[0026] In the exposure apparatus according to claim 7,
As in the exposure apparatus according to claim 10, under a reference measurement condition in which a light amount is set to a target light amount for the measurement mark,
Measurement of the light intensity distribution corresponding to the aerial image of the measurement mark for each of the plurality of positions in the optical axis direction of the pattern forming member is performed under a plurality of different exposure conditions, and is determined based on the measurement result. A storage device (51) that stores a reference intensity value for each exposure condition determined based on the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position of the projection optical system under the determined reference measurement condition. In the case, the measurement processing device performs the measurement under the set exposure condition of the plurality of exposure conditions, and the exposure amount setting device is measured by the measurement processing device for each of the plurality of positions. Calculating a target intensity value corresponding to the aerial image, and comparing the calculated target intensity value with a reference intensity value corresponding to the set exposure condition. Based on the compare result, he is possible to setting the exposure amount at the time of the pattern transfer.
【0027】上記請求項7〜10に記載の各露光装置に
おいて、請求項11に記載の露光装置の如く、前記目標
光量は、前記計測マークを前記投影光学系を介して基板
上に転写して得られるレジスト像の線幅がベストフォー
カス時に所定の線幅となる光量として決定されているこ
ととすることができる。この場合、例えばレジスト像の
線幅が計測マークを構成するラインパターンの線幅の投
影倍率倍の線幅とほぼ一致する光量を目標光量とするこ
とができる。In each of the exposure apparatuses according to the seventh to tenth aspects, as in the exposure apparatus according to the eleventh aspect, the target light amount is obtained by transferring the measurement mark onto the substrate via the projection optical system. It can be assumed that the line width of the obtained resist image is determined as the amount of light that becomes a predetermined line width at the time of best focus. In this case, for example, a light amount in which the line width of the resist image substantially coincides with the line width of the line width of the line pattern forming the measurement mark times the projection magnification can be set as the target light amount.
【0028】上記請求項10に記載の露光装置におい
て、請求項12に記載の露光装置の如く、前記露光条件
は、照明条件、露光対象パターン種類、対象線幅、及び
前記投影光学系の開口数の少なくとも1つを含むことと
することができる。In the exposure apparatus according to the tenth aspect, as in the exposure apparatus according to the twelfth aspect, the exposure conditions include an illumination condition, a pattern type to be exposed, a target line width, and a numerical aperture of the projection optical system. May be included.
【0029】請求項7〜12に記載の各露光装置におい
て、請求項13に記載の露光装置の如く、前記光電変換
素子とともに所定のダイナミックレンジを有する信号処
理系(50)を構成する前記光電変換信号が入力される
信号処理回路(42)を更に備え、前記計測処理装置
は、前記信号処理系の信号感度を設定する信号感度設定
装置(20)を含み、該信号感度設定装置は、光電変換
信号に基づいて前記空間像に対応する光強度分布を計測
する際に、前記光電変換信号の積分値に基づいて、前記
信号処理系のダイナミックレンジを最大限有効に活用で
きるように前記信号処理系の信号感度を設定することと
することができる。In each of the exposure apparatuses according to the seventh to twelfth aspects, as in the exposure apparatus according to the thirteenth aspect, the photoelectric conversion that constitutes a signal processing system (50) having a predetermined dynamic range together with the photoelectric conversion elements. The signal processing circuit further includes a signal processing circuit to which a signal is input, and the measurement processing device includes a signal sensitivity setting device configured to set a signal sensitivity of the signal processing system. When measuring the light intensity distribution corresponding to the aerial image based on the signal, based on the integral value of the photoelectric conversion signal, the signal processing system so that the dynamic range of the signal processing system can be utilized most effectively. Can be set.
【0030】請求項14に記載の露光装置は、照明光
(IL)によりマスク(R)を照明し、前記マスクのパ
ターンを投影光学系(PL)を介して基板(W)上に転
写する露光装置であって、照明光により対象物を照明す
る照明装置(10)と;前記投影光学系の像面側に配置
され、計測用パターン(22)が形成されたパターン形
成部材(90)と;前記計測用パターンを介した前記照
明光の強度に応じた光電変換信号を出力する光電変換素
子(24)と;前記マスクが配置される面とほぼ同一面
上に配置された計測マーク(RM)を前記照明装置によ
り照明し、前記像面上に前記計測マークの空間像(R
M’)が形成された状態で、前記空間像に対して前記計
測用パターンが相対的に走査されるよう前記パターン形
成部材を走査するとともに、前記光電変換素子からの光
電変換信号に基づいて前記空間像に対応する光強度分布
を前記パターン形成部材の前記光軸方向の複数の位置毎
に計測する計測処理装置(20)と;前記基板の前記投
影光学系の光軸方向に関する位置を検出する位置検出系
(60a,60b)と;前記投影光学系に対する前記照
明光の照射量の変化と、前記投影光学系のベストフォー
カス位置の変化との関係が前記計測処理装置を用いて予
め計測され、前記関係の情報が記憶された記憶装置(5
1)と;前記関係の情報に基づいて前記マスクパターン
の転写時の前記位置検出系の検出オフセットを補正する
補正装置(20,81)と;を備える。An exposure apparatus according to claim 14 illuminates a mask (R) with illumination light (IL) and transfers the pattern of the mask onto a substrate (W) via a projection optical system (PL). An illumination device (10) for illuminating an object with illumination light; a pattern forming member (90) disposed on an image plane side of the projection optical system and having a measurement pattern (22) formed thereon; A photoelectric conversion element (24) for outputting a photoelectric conversion signal according to the intensity of the illumination light via the measurement pattern; and a measurement mark (RM) arranged on substantially the same plane as the plane on which the mask is arranged Is illuminated by the illumination device, and the spatial image (R
In the state in which M ′) is formed, the pattern forming member is scanned so that the measurement pattern is relatively scanned with respect to the aerial image, and based on a photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element, A measurement processing device (20) for measuring a light intensity distribution corresponding to an aerial image at each of a plurality of positions in the optical axis direction of the pattern forming member; and detecting a position of the substrate in the optical axis direction of the projection optical system. A position detection system (60a, 60b); a relationship between a change in the irradiation amount of the illumination light to the projection optical system and a change in the best focus position of the projection optical system is measured in advance using the measurement processing device; The storage device (5) in which the relationship information is stored
And 1) a correction device (20, 81) for correcting a detection offset of the position detection system when transferring the mask pattern based on the information on the relationship.
【0031】これによれば、マスクが配置される面とほ
ぼ同一面上に配置された計測マークを照明装置により照
明し、像面上に計測マークの空間像が形成された状態
で、空間像に対して計測用パターンが相対的に走査され
るようパターン形成部材を走査するとともに、光電変換
素子からの光電変換信号に基づいて空間像に対応する光
強度分布をパターン形成部材の光軸方向の複数の位置毎
に計測する計測処理装置を備えている。記憶装置には、
投影光学系に対する照明光の照射量の変化と、投影光学
系のベストフォーカス位置の変化との関係が計測処理装
置を用いて予め計測され、前記関係の情報が記憶されて
いる。ここで、前記の関係は、例えば、投影光学系に対
して照明光を照射し続けた状態で、像面上に形成された
計測マークの空間像に対して計測用パターンが相対的に
走査されるようパターン形成部材を走査し、光電変換素
子からの光電変換信号に基づいて空間像に対応する光強
度分布をパターン形成部材の光軸方向の複数の位置毎に
計測することにより、時々刻々変化する投影光学系のベ
ストフォーカス位置を、連続的又は所定間隔で断続的に
計測することにより求めることができる。そして、補正
装置では、前記関係の情報に基づいて、マスクパターン
の転写時の基板の投影光学系の光軸方向に関する位置を
検出する位置検出系の検出オフセットを補正する。この
ため、連続的に露光(マスクパターンの基板上への転
写)を繰り返し行う際に、デフォーカスによる露光精度
の低下を抑制して、マスクパターンを投影光学系を介し
て基板上に精度良く転写することが可能となる。According to this, the measurement mark arranged substantially on the same plane as the surface on which the mask is arranged is illuminated by the illumination device, and the spatial image of the measurement mark is formed on the image plane. While scanning the pattern forming member so that the measurement pattern is relatively scanned, the light intensity distribution corresponding to the aerial image in the optical axis direction of the pattern forming member is determined based on the photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element. A measurement processing device for measuring at each of a plurality of positions is provided. In the storage device,
The relationship between the change in the irradiation amount of the illumination light to the projection optical system and the change in the best focus position of the projection optical system is measured in advance using a measurement processing device, and information on the relationship is stored. Here, for example, the relationship is that the measurement pattern is relatively scanned with respect to the spatial image of the measurement mark formed on the image plane in a state where the projection optical system is continuously irradiated with the illumination light. By scanning the pattern forming member such that the light intensity distribution corresponding to the aerial image is measured at each of a plurality of positions in the optical axis direction of the pattern forming member based on the photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element, it changes every moment. The best focus position of the projection optical system to be measured can be obtained by measuring continuously or intermittently at predetermined intervals. The correction device corrects the detection offset of the position detection system that detects the position of the substrate in the optical axis direction of the projection optical system when transferring the mask pattern, based on the information on the relationship. Therefore, when exposure (transfer of a mask pattern onto a substrate) is repeatedly performed continuously, a decrease in exposure accuracy due to defocus is suppressed, and the mask pattern is accurately transferred onto the substrate via a projection optical system. It is possible to do.
【0032】請求項15に記載の露光装置は、照明光
(IL)によりマスク(R)を照明し、前記マスクのパ
ターンを投影光学系(PL)を介して基板(W)上に転
写する露光装置であって、照明光により対象物を照明す
る照明装置(10)と;前記投影光学系の像面側に配置
され、計測用パターン(22)が形成されたパターン形
成部材(90)と;前記計測用パターンを介した前記照
明光の強度に応じた光電変換信号を出力する光電変換素
子(24)と、該光電変換素子からの前記光電変換信号
が入力される信号処理回路(42)とを含む信号処理系
(50)と;前記信号処理系の出力に基づいて前記投影
光学系の光学特性を計測する計測装置と;前記信号処理
系の信号感度を、異なる複数の露光条件毎に設定する信
号感度設定装置(20)と;を備える。An exposure apparatus according to claim 15 illuminates a mask (R) with illumination light (IL) and transfers the pattern of the mask onto a substrate (W) via a projection optical system (PL). An illumination device (10) for illuminating an object with illumination light; a pattern forming member (90) disposed on an image plane side of the projection optical system and having a measurement pattern (22) formed thereon; A photoelectric conversion element (24) that outputs a photoelectric conversion signal according to the intensity of the illumination light via the measurement pattern; and a signal processing circuit (42) that receives the photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element. A measurement system for measuring the optical characteristics of the projection optical system based on the output of the signal processing system; and setting the signal sensitivity of the signal processing system for each of a plurality of different exposure conditions. Signal sensitivity setting device (2 ) And; comprises.
【0033】これによれば、投影光学系の像面側に配置
されたパターン形成部材の計測用パターンを介した照明
光の強度に応じた光電変換信号を出力する光電変換素子
と、該光電変換素子からの前記光電変換信号が入力され
る信号処理回路とを含む信号処理系を備えている。そし
て、計測装置では、信号処理系の出力に基づいて投影光
学系の光学特性を計測する。ここで、信号感度設定装置
では、信号処理系の信号感度を、異なる複数の露光条件
毎に設定する。このため、露光条件によらず、信号処理
系の信号感度を適切に、例えば信号処理系のダイナミッ
クレンジを最大限有効に活用できるように設定して投影
光学系の光学特性を計測することが可能となる。According to this, a photoelectric conversion element for outputting a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of illumination light through the measurement pattern of the pattern forming member arranged on the image plane side of the projection optical system, and the photoelectric conversion element And a signal processing circuit to which the photoelectric conversion signal from the element is input. Then, the measuring device measures the optical characteristics of the projection optical system based on the output of the signal processing system. Here, the signal sensitivity setting device sets the signal sensitivity of the signal processing system for each of a plurality of different exposure conditions. For this reason, it is possible to measure the optical characteristics of the projection optical system by setting the signal sensitivity of the signal processing system appropriately, for example, so that the dynamic range of the signal processing system can be used most effectively regardless of the exposure conditions. Becomes
【0034】この場合において、請求項16に記載の露
光装置の如く、前記信号感度設定装置は、前記異なる複
数の露光条件に対応して前記信号処理系の信号感度情報
を記憶する記憶手段を有することとすることができる。In this case, as in the exposure apparatus according to the sixteenth aspect, the signal sensitivity setting apparatus has storage means for storing signal sensitivity information of the signal processing system corresponding to the plurality of different exposure conditions. It can be.
【0035】請求項17に記載のデバイス製造方法は、
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、前
記リソグラフィ工程で、請求項7〜16に記載の各露光
装置を用いて露光を行うことを特徴とする。A device manufacturing method according to claim 17 is
A device manufacturing method including a lithography step, wherein exposure is performed in the lithography step using each of the exposure apparatuses according to claims 7 to 16.
【0036】[0036]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図1
〜図16に基づいて説明する。図1には、一実施形態に
係る露光装置100の概略的な構成が示されている。こ
の露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式
の走査型投影露光装置、すなわちいわゆるスキャニング
・ステッパである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 100 according to one embodiment. The exposure apparatus 100 is a step-and-scan type scanning projection exposure apparatus, that is, a so-called scanning stepper.
【0037】この露光装置100は、光源及び照明光学
系を含む照明装置としての照明系10、マスクとしての
レチクルRを保持するレチクルステージRST、投影光
学系PL、基板としてのウエハWを保持してXY平面内
を自在に移動可能な基板ステージとしてのウエハステー
ジWST、及びこれらを制御する制御系等を備えてい
る。The exposure apparatus 100 holds an illumination system 10 as an illumination device including a light source and an illumination optical system, a reticle stage RST for holding a reticle R as a mask, a projection optical system PL, and a wafer W as a substrate. A wafer stage WST as a substrate stage that can move freely in the XY plane and a control system for controlling these are provided.
【0038】前記照明系10は、図2に示されるよう
に、光源1、ビーム整形光学系2、エネルギ粗調器3、
オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ
4、照明系開口絞り板5、ビームスプリッタ6、第1リ
レーレンズ7A、第2リレーレンズ7B、固定レチクル
ブラインド11、可動レチクルブラインド12等を備え
ているAs shown in FIG. 2, the illumination system 10 includes a light source 1, a beam shaping optical system 2, an energy rough adjuster 3,
A fly-eye lens 4 as an optical integrator, an illumination system aperture stop plate 5, a beam splitter 6, a first relay lens 7A, a second relay lens 7B, a fixed reticle blind 11, a movable reticle blind 12, and the like are provided.
【0039】ここで、この照明系10の上記構成各部に
ついて説明する。光源1としては、KrFエキシマレー
ザ(発振波長248nm)、ArFエキシマレーザ(発
振波長193nm)あるいはF2レーザ(発振波長15
7nm)等が使用される。光源1は、実際には、露光装
置本体が設置されるクリーンルーム内の床面、あるいは
該クリーンルームとは別のクリーン度の低い部屋(サー
ビスルーム)等に設置され、不図示の引き回し光学系を
介してビーム整形光学系2の入射端に接続されている。Here, the components of the illumination system 10 will be described. As the light source 1, a KrF excimer laser (oscillation wavelength 248 nm), an ArF excimer laser (oscillation wavelength 193 nm) or an F 2 laser (oscillation wavelength 15 nm) is used.
7 nm) and the like are used. The light source 1 is actually installed on a floor surface in a clean room where the exposure apparatus main body is installed, or on a room (service room) having a low degree of cleanness different from the clean room, and is connected via a drawing optical system (not shown). Connected to the incident end of the beam shaping optical system 2.
【0040】前記ビーム整形光学系2は、光源1からパ
ルス発光されたレーザビームLBの断面形状を、該レー
ザビームLBの光路後方に設けられたフライアイレンズ
4に効率よく入射するように整形するもので、例えばシ
リンダレンズやビームエキスパンダ(いずれも図示省
略)等で構成される。The beam shaping optical system 2 shapes the cross-sectional shape of the laser beam LB pulsed from the light source 1 so that the laser beam LB efficiently enters a fly-eye lens 4 provided behind the optical path of the laser beam LB. And includes, for example, a cylinder lens and a beam expander (both not shown).
【0041】前記エネルギ粗調器3は、ビーム整形光学
系2後方のレーザビームLBの光路上に配置され、ここ
では、回転板31の周囲に透過率(=1−減光率)の異
なる複数個(例えば6個)のNDフィルタ(図1ではそ
の内の2個のNDフィルタ212A、21Dのみが示さ
れている)を配置し、その回転板31を駆動モータ33
で回転することにより、入射するレーザビームLBに対
する透過率を100%から等比級数的に複数段階で切り
換えることができるようになっている。駆動モータ33
は、主制御装置20によって制御される。The energy rough adjuster 3 is arranged on the optical path of the laser beam LB behind the beam shaping optical system 2, and here, a plurality of light sources having different transmittances (= 1−dimming ratio) are provided around the rotating plate 31. (For example, six) ND filters (only two ND filters 212A and 21D are shown in FIG. 1), and the rotating plate 31 is driven by a driving motor 33.
, The transmittance for the incident laser beam LB can be switched from 100% in a geometric progression in a plurality of steps. Drive motor 33
Is controlled by the main controller 20.
【0042】前記フライアイレンズ4は、エネルギ粗調
器3後方のレーザビームLBの光路上に配置され、レチ
クルRを均一な照度分布で照明するために多数の点光源
(光源像)から成る面光源、すなわち2次光源を形成す
る。この2次光源から射出されるレーザビームを以下に
おいては、「照明光IL」と呼ぶものとする。なお、フ
ライアイレンズ4に代えて、オプティカルインテグレー
タとしてロッド型(内面反射型)インテグレータを用い
ても良い。The fly-eye lens 4 is arranged on the optical path of the laser beam LB behind the energy rough adjuster 3, and has a surface composed of a number of point light sources (light source images) for illuminating the reticle R with a uniform illuminance distribution. Form a light source, a secondary light source. Hereinafter, the laser beam emitted from the secondary light source is referred to as “illumination light IL”. Note that, instead of the fly-eye lens 4, a rod-type (internal reflection type) integrator may be used as an optical integrator.
【0043】前記フライアイレンズ4の射出面の近傍
に、円板状部材から成る照明系開口絞り板5が配置され
ている。この照明系開口絞り板5には、ほぼ等角度間隔
で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り、小さな円
形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さ
くするための開口絞り(小σ絞り)、輪帯照明用の輪帯
状の開口絞り(輪帯絞り)、及び変形光源法用に複数の
開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り(図2では
このうちの2種類の開口絞りのみが図示されている)等
が配置されている。この照明系開口絞り板5は、主制御
装置20により制御されるモータ等の駆動装置37によ
り回転されるようになっており、これによりいずれかの
開口絞りが照明光ILの光路上に選択的に設定される。An illumination system aperture stop plate 5 made of a disc-shaped member is arranged near the exit surface of the fly-eye lens 4. The illumination system aperture stop plate 5 is provided at substantially equal angular intervals, for example, an aperture stop composed of a normal circular aperture, an aperture stop composed of a small circular aperture, and a small coherence factor σ value (small σ stop); A ring-shaped aperture stop (ring stop) for annular illumination, and a modified aperture stop formed by eccentrically arranging a plurality of apertures for the modified light source method (only two of these aperture stops are shown in FIG. 2). Etc.) are arranged. The illumination system aperture stop plate 5 is configured to be rotated by a drive device 37 such as a motor controlled by the main controller 20, whereby any one of the aperture stops is selectively placed on the optical path of the illumination light IL. Is set to
【0044】照明系開口絞り板5後方の照明光ILの光
路上に、反射率が小さく透過率の大きなビームスプリッ
タ6が配置され、更にこの後方の光路上に、レチクルブ
ラインド8を介在させて第1リレーレンズ7A及び第2
リレーレンズ7Bから成るリレー光学系が配置されてい
る。A beam splitter 6 having a small reflectance and a large transmittance is disposed on the optical path of the illumination light IL behind the illumination system aperture stop plate 5, and a reticle blind 8 is interposed on the optical path behind the reticle blind 8. 1 relay lens 7A and 2nd
A relay optical system including a relay lens 7B is provided.
【0045】前記レチクルブラインド8は、開口形状が
固定の固定レチクルブラインド11と開口形状が可変の
可動レチクルブラインド12とから構成されている。固
定レチクルブラインド11は、レチクルRのパターン面
の近傍又はその共役面から僅かにデフォーカスした面に
配置され、レチクルR上の長方形スリット状の照明領域
(図1における紙面直交方向であるX軸方向に細長く伸
び図1における紙面内左右方向であるY軸方向の幅が所
定幅の長方形スリット状の照明領域)IARを規定する
長方形開口が形成されている。また、可動レチクルブラ
インド12は、レチクルRのパターン面に対する共役面
に配置され、走査露光時の走査方向(ここでは、Y軸方
向とする)及び非走査方向(X軸方向とする)にそれぞ
れ対応する方向の位置及び幅が可変の開口部を有する。
なお、図2では説明を簡単にするために、可動レチクル
ブラインド12がレチクルRに対して照明系側近傍に配
置されているように示されている。The reticle blind 8 comprises a fixed reticle blind 11 having a fixed opening and a movable reticle blind 12 having a variable opening. The fixed reticle blind 11 is disposed in the vicinity of the pattern surface of the reticle R or on a surface slightly defocused from the conjugate plane thereof, and a rectangular slit-shaped illumination area on the reticle R (the X-axis direction which is a direction orthogonal to the plane of FIG. 1). A rectangular opening defining a rectangular slit-shaped illumination area (IAR) having a predetermined width in the Y-axis direction, which is the horizontal direction in the plane of the paper of FIG. 1, is formed. The movable reticle blind 12 is disposed on a conjugate plane with respect to the pattern surface of the reticle R, and corresponds to a scanning direction (here, Y-axis direction) and a non-scanning direction (X-axis direction) at the time of scanning exposure. It has an opening whose position and width in the direction of movement are variable.
In FIG. 2, for simplicity of description, the movable reticle blind 12 is shown as being disposed near the illumination system side with respect to the reticle R.
【0046】リレー光学系を構成する第2リレーレンズ
7B後方の照明光ILの光路上には、当該第2リレーレ
ンズ7Bを通過した照明光ILをレチクルRに向けて反
射する折り曲げミラー9が配置されている。On the optical path of the illumination light IL behind the second relay lens 7B constituting the relay optical system, a bending mirror 9 for reflecting the illumination light IL passing through the second relay lens 7B toward the reticle R is arranged. Have been.
【0047】このようにして構成された照明系10の作
用を簡単に説明すると、光源1からパルス発光されたレ
ーザビームLBは、ビーム整形光学系2に入射して、こ
こで後方のフライアイレンズ4に効率よく入射するよう
にその断面形状が整形された後、エネルギ粗調器3に入
射する。そして、このエネルギ粗調器3のいずれかのN
Dフィルタを透過したレーザビームLBは、フライアイ
レンズ4に入射する。これにより、フライアイレンズ4
の射出端に多数の点光源(光源像)より成る面光源、す
なわち2次光源が形成される。この2次光源から射出さ
れた照明光ILは、照明系開口絞り板5上のいずれかの
開口絞りを通過した後、透過率が大きく反射率が小さな
ビームスプリッタ6に至る。このビームスプリッタ6を
透過した露光光としての照明光ILは、第1リレーレン
ズ7Aを経てレチクルブラインド8の矩形の開口部を通
過した後、第2リレーレンズ7Bを通過してミラー9に
よって光路が垂直下方に折り曲げられた後、レチクルス
テージRST上に保持されたレチクルR上の矩形(例え
ば正方形)の照明領域IARを均一な照度分布で照明す
る。The operation of the illumination system 10 constructed as described above will be briefly described. A laser beam LB pulsed from a light source 1 enters a beam shaping optical system 2 where a rear fly-eye lens is provided. After its cross-sectional shape is shaped so as to be incident on the energy rough adjuster 4 efficiently, it is incident on the energy rough adjuster 3. Then, any one of N
The laser beam LB transmitted through the D filter enters the fly-eye lens 4. Thereby, the fly-eye lens 4
A surface light source composed of a number of point light sources (light source images), that is, a secondary light source is formed at the exit end of the light source. The illumination light IL emitted from the secondary light source passes through one of the aperture stops on the illumination system aperture stop plate 5 and reaches a beam splitter 6 having a large transmittance and a small reflectance. The illumination light IL as exposure light transmitted through the beam splitter 6 passes through the first relay lens 7A, passes through the rectangular opening of the reticle blind 8, then passes through the second relay lens 7B, and the optical path is changed by the mirror 9. After being bent vertically downward, a rectangular (for example, square) illumination area IAR on the reticle R held on the reticle stage RST is illuminated with a uniform illuminance distribution.
【0048】一方、ビームスプリッタ6で反射された照
明光ILは、集光レンズ29を介して光電変換素子より
なるインテグレータセンサ53で受光され、インテグレ
ータセンサ53の光電変換信号が、不図示のピークホー
ルド回路及びA/D変換器を介して出力DSとして主制
御装置20に供給される。インテグレータセンサ53と
しては、例えば遠紫外域で感度があり、且つ光源1のパ
ルス発光を検出するために高い応答周波数を有するPI
N型のフォトダイオード等が使用できる。On the other hand, the illumination light IL reflected by the beam splitter 6 is received by the integrator sensor 53 composed of a photoelectric conversion element via the condenser lens 29, and the photoelectric conversion signal of the integrator sensor 53 is converted into a peak hold signal (not shown). The output DS is supplied to the main controller 20 via the circuit and the A / D converter. As the integrator sensor 53, for example, a PI having sensitivity in the deep ultraviolet region and having a high response frequency for detecting the pulse emission of the light source 1 is used.
An N-type photodiode or the like can be used.
【0049】なお、可動レチクルブラインド12は、走
査露光の開始時及び終了時に主制御装置20によって制
御され、照明領域IARを更に制限することによって、
不要な部分の露光が防止されるようになっている。ま
た、本実施形態では、可動レチクルブラインド12が、
後述する空間像計測器による空間像の計測の際の照明領
域の設定にも用いられる。The movable reticle blind 12 is controlled by the main controller 20 at the start and end of the scanning exposure, and further restricts the illumination area IAR.
Exposure of unnecessary portions is prevented. In the present embodiment, the movable reticle blind 12 is
It is also used for setting an illumination area when measuring an aerial image by an aerial image measuring device described later.
【0050】前記レチクルステージRST上には、レチ
クルRが、例えば真空吸着(又は静電吸着)により固定
されている。レチクルステージRSTは、ここでは、リ
ニアモータ等を含む不図示のレチクルステージ駆動系に
より、後述する投影光学系PLの光軸AXに垂直なXY
平面内で2次元的に(X軸方向、Y軸方向及びXY平面
に直交するZ軸回りの回転方向(θz方向)に)微少駆
動可能であるとともに、不図示のレチクルベース上をY
軸方向に指定された走査速度で移動可能となっている。
このレチクルステージRSTは、レチクルRの全面が少
なくとも投影光学系PLの光軸AXを横切ることができ
るだけのY軸方向の移動ストロークを有している。A reticle R is fixed on the reticle stage RST by, for example, vacuum suction (or electrostatic suction). Here, reticle stage RST is driven by an unillustrated reticle stage drive system including a linear motor or the like, and XY perpendicular to optical axis AX of projection optical system PL described later.
It can be finely driven two-dimensionally in the plane (in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the rotation direction (θz direction) around the Z-axis orthogonal to the XY plane), and Y is driven on a reticle base (not shown).
It can move at a specified scanning speed in the axial direction.
The reticle stage RST has a movement stroke in the Y-axis direction that allows the entire surface of the reticle R to cross at least the optical axis AX of the projection optical system PL.
【0051】レチクルステージRST上には、レチクル
レーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)13
からのレーザビームを反射する移動鏡15が固定されて
おり、レチクルステージRSTのXY面内の位置(Z軸
回りの回転方向であるθz方向の回転を含む)はレチク
ル干渉計13によって、例えば0.5〜1nm程度の分
解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクルス
テージRST上には走査露光時の走査方向(Y軸方向)
に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向(X軸方
向)に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、レ
チクル干渉計13はY軸方向に少なくとも2軸、X軸方
向に少なくとも1軸設けられているが、図1ではこれら
が代表的に移動鏡15、レチクル干渉計13として示さ
れている。On reticle stage RST, a reticle laser interferometer (hereinafter, referred to as “reticle interferometer”) 13
The movable mirror 15 that reflects the laser beam from the reticle stage RST is fixed, and the position of the reticle stage RST in the XY plane (including the rotation in the θz direction, which is the rotation direction about the Z axis) is, for example, 0 by the reticle interferometer 13. It is always detected with a resolution of about 0.5 to 1 nm. Here, actually, the scanning direction (Y-axis direction) at the time of scanning exposure is on the reticle stage RST.
And a moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the non-scanning direction (X-axis direction). The reticle interferometer 13 has at least two axes in the Y-axis direction and at least two axes in the X-axis direction. Although one axis is provided, these are typically shown as a movable mirror 15 and a reticle interferometer 13 in FIG.
【0052】レチクル干渉計13からのレチクルステー
ジRSTの位置情報は、ワークステーション(又はマイ
クロコンピュータ)から成る主制御装置20に送られ、
主制御装置20ではレチクルステージRSTの位置情報
に基づいてレチクルステージ駆動系を介してレチクルス
テージRSTを駆動制御する。The position information of the reticle stage RST from the reticle interferometer 13 is sent to a main controller 20 comprising a workstation (or a microcomputer).
Main controller 20 drives and controls reticle stage RST via a reticle stage drive system based on position information of reticle stage RST.
【0053】前記投影光学系PLは、レチクルステージ
RSTの図1における下方に配置され、その光軸AXの
方向がZ軸方向とされ、ここでは両側テレセントリック
な縮小系であり、光軸AX方向に沿って所定間隔で配置
された複数枚のレンズエレメントから成る屈折光学系が
使用されている。この投影光学系PLの投影倍率は、こ
こでは、一例として1/5となっている。このため、照
明系10からの照明光ILによってレチクルR上のスリ
ット状照明領域IARが照明されると、このレチクルR
を通過した照明光ILにより、投影光学系PLを介して
そのスリット状照明領域IAR内のレチクルRの回路パ
ターンの縮小像(部分倒立像)が表面にフォトレジスト
が塗布されたウエハW上の前記照明領域IARに共役な
露光領域IAに形成される。The projection optical system PL is disposed below the reticle stage RST in FIG. 1 and the direction of the optical axis AX thereof is the Z-axis direction. A refractive optical system including a plurality of lens elements arranged at predetermined intervals along the optical axis is used. Here, the projection magnification of the projection optical system PL is, for example, 1/5. Therefore, when the slit-shaped illumination area IAR on the reticle R is illuminated by the illumination light IL from the illumination system 10, this reticle R
Of the reticle R in the slit-shaped illumination area IAR through the projection optical system PL, the reduced image (partially inverted image) of the illumination light IL passing through the wafer W on the surface of which the photoresist has been coated. It is formed in an exposure area IA conjugate to the illumination area IAR.
【0054】前記ウエハステージWSTは、ステージベ
ース16上面に沿って例えば磁気浮上型2次元リニアア
クチュエータから成る不図示のウエハステージ駆動系に
より、XY2次元面内(θz回転を含む)で自在に駆動
されるようになっている。ここで、2次元リニアアクチ
ュエータは、X駆動コイル、Y駆動コイルの他、Z駆動
コイルをも有しているため、ウエハステージWSTは、
Z、θx(X軸回りの回転方向)、θy(Y軸回りの回
転方向)の3自由度方向にも微少駆動が可能な構成とな
っている。The wafer stage WST is freely driven along an upper surface of the stage base 16 in an XY two-dimensional plane (including θz rotation) by a wafer stage drive system (not shown) composed of, for example, a magnetic levitation type two-dimensional linear actuator. It has become so. Here, since the two-dimensional linear actuator also has a Z drive coil in addition to the X drive coil and the Y drive coil, the wafer stage WST
The micro drive can be performed in three degrees of freedom, Z, θx (rotation direction around the X axis), and θy (rotation direction around the Y axis).
【0055】ウエハステージWST上には、ウエハホル
ダ25が載置され、このウエハホルダ25によってウエ
ハWが真空吸着(又は静電吸着)によって保持されてい
る。A wafer holder 25 is mounted on wafer stage WST, and wafer W is held by wafer holder 25 by vacuum suction (or electrostatic suction).
【0056】なお、ウエハステージWSTに代えて、リ
ニアモータあるいは平面モータ等の駆動系によってXY
2次元面内でのみ駆動される2次元移動ステージを用い
る場合には、ウエハホルダ25を、Z、θx、θyの3
自由度方向に例えばボイスコイルモータ等によって微少
駆動されるZ・レベリングテーブルを介してその2次元
移動ステージ上に搭載すれば良い。Incidentally, instead of wafer stage WST, XY is driven by a drive system such as a linear motor or a planar motor.
When a two-dimensional moving stage driven only in a two-dimensional plane is used, the wafer holder 25 is set to three of Z, θx, and θy.
What is necessary is just to mount it on the two-dimensional movement stage via a Z leveling table that is minutely driven by, for example, a voice coil motor in the direction of freedom.
【0057】前記ウエハステージWST上には、ウエハ
レーザ干渉計(以下、「ウエハ干渉計」という)31か
らのレーザビームを反射する移動鏡27が固定され、外
部に配置されたウエハ干渉計31により、ウエハステー
ジWSTのZ方向の除く5自由度方向(X、Y、θz、
θx、及びθz方向)の位置が例えば0.5〜1nm程
度の分解能で常時検出されている。A movable mirror 27 for reflecting a laser beam from a wafer laser interferometer (hereinafter, referred to as "wafer interferometer") 31 is fixed on the wafer stage WST. 5 degrees of freedom directions (X, Y, θz,
(θx and θz directions) are always detected at a resolution of, for example, about 0.5 to 1 nm.
【0058】ここで、実際には、ウエハステージWST
上には、走査露光時の走査方向であるY軸方向に直交す
る反射面を有する移動鏡と非走査方向であるX軸方向に
直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、ウエハ干
渉計31はY軸方向及びX軸方向にそれぞれ複数軸設け
られているが、図1ではこれらが代表的に移動鏡27、
ウエハ干渉計31として示されている。ウエハステージ
WSTの位置情報(又は速度情報)は主制御装置20に
送られ、主制御装置20では前記位置情報(又は速度情
報)に基づいて不図示のウエハステージ駆動系を介して
ウエハステージWSTのXY面内の位置を制御する。Here, actually, wafer stage WST
A moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the Y-axis direction, which is the scanning direction at the time of scanning exposure, and a moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the X-axis direction, which is the non-scanning direction, are provided on the upper side. A plurality of shafts 31 are provided in the Y-axis direction and the X-axis direction, respectively.
Shown as wafer interferometer 31. The position information (or speed information) of wafer stage WST is sent to main controller 20. Main controller 20 controls the position of wafer stage WST via a wafer stage drive system (not shown) based on the position information (or speed information). The position in the XY plane is controlled.
【0059】また、ウエハステージWSTの内部には、
投影光学系PLの光学特性の計測に用いられる空間像計
測器59を構成する光学系の一部が配置されている。こ
こで、空間像計測器59の構成について詳述する。この
空間像計測器59は、図3に示されるように、ウエハス
テージWSTに設けられたステージ側構成部分、すなわ
ちパターン形成部材としてのスリット板90、レンズ8
4、86から成るリレー光学系、光路折り曲げ用のミラ
ー88、送光レンズ87と、ウエハステージWST外部
に設けられたステージ外構成部分、すなわちミラーM、
受光レンズ89、光電変換素子としての光センサ24、
及び該光センサ24からの光電変換信号の信号処理回路
42等とを備えている。Further, inside wafer stage WST,
A part of an optical system constituting an aerial image measuring instrument 59 used for measuring the optical characteristics of the projection optical system PL is arranged. Here, the configuration of the aerial image measuring device 59 will be described in detail. As shown in FIG. 3, the aerial image measuring device 59 includes a stage-side component provided on the wafer stage WST, that is, a slit plate 90 as a pattern forming member and a lens 8.
4, 86, a relay optical system, a mirror 88 for bending the optical path, a light transmitting lens 87, and a component outside the stage provided outside the wafer stage WST, ie, a mirror M,
A light receiving lens 89, an optical sensor 24 as a photoelectric conversion element,
And a signal processing circuit 42 for the photoelectric conversion signal from the optical sensor 24.
【0060】これを更に詳述すると、スリット板90
は、図3に示されるように、ウエハステージWSTの一
端部上面に設けられた上部が開口した突設部58aに対
し、その開口を塞ぐ状態で上方から嵌め込まれている。
このスリット板90は、平面視長方形の受光ガラス82
の上面に遮光膜を兼ねる反射膜83が形成され、その反
射膜83の一部に計測用パターンとしての所定幅(2
D)のスリット状の開口パターン(以下、「スリット」
と呼ぶ)22がパターンニングされて形成されている。This will be described in more detail.
As shown in FIG. 3, is fitted from above into a protruding portion 58a provided on the upper surface of one end of wafer stage WST and having an open top, in a state of closing the opening.
The slit plate 90 has a rectangular light receiving glass 82 in a plan view.
A reflection film 83 also serving as a light-shielding film is formed on the upper surface of the substrate, and a part of the reflection film 83 has a predetermined width (2
D) slit-shaped opening pattern (hereinafter, “slit”)
22) is formed by patterning.
【0061】前記受光ガラス82の素材としては、ここ
では、KrFエキシマレーザ光、あるいはArFエキシ
マレーザ光の透過性の良い、合成石英、あるいはホタル
石などが用いられる。As a material of the light-receiving glass 82, synthetic quartz, fluorite, or the like, which has good transmittance of KrF excimer laser light or ArF excimer laser light, is used here.
【0062】スリット22下方のウエハステージWST
内部には、スリット22を介して鉛直下向きに入射した
照明光束(像光束)の光路を水平に折り曲げるミラー8
8を介在させてレンズ84,86から成るリレー光学系
(84、86)が配置され、このリレー光学系(84、
86)の光路後方のウエハステージWSTの+Y側の側
壁に、リレー光学系(84、86)によって所定光路長
分だけリレーされた照明光束をウエハステージWSTの
外部に送光する送光レンズ87が固定されている。Wafer stage WST below slit 22
Inside, a mirror 8 for horizontally bending the optical path of the illumination light beam (image light beam) that has entered vertically downward through the slit 22.
8, a relay optical system (84, 86) composed of lenses 84, 86 is arranged, and the relay optical system (84, 86) is arranged.
A light transmitting lens 87 for transmitting the illumination light beam relayed by a predetermined optical path length by the relay optical system (84, 86) to the outside of the wafer stage WST is provided on the side wall on the + Y side of the wafer stage WST behind the optical path 86). Fixed.
【0063】送光レンズ87によってウエハステージW
STの外部に送り出される照明光束の光路上には、X軸
方向に所定長さを有するミラーMが傾斜角45°で斜設
されている。このミラーMによって、ウエハステージW
STの外部に送り出された照明光束の光路が鉛直上方に
向けて90°折り曲げられるようになっている。この折
り曲げられた光路上に送光レンズ87に比べて大径の受
光レンズ89が配置されている。この受光レンズ89の
上方には、光センサ24が配置されている。これら受光
レンズ89及び光センサ24は、所定の位置関係を保っ
てケース92内に収納され、該ケース92は取付け部材
93を介してベース16の上面に植設された支柱94の
上端部近傍に固定されている。The light transmission lens 87 causes the wafer stage W
A mirror M having a predetermined length in the X-axis direction is inclined at an inclination angle of 45 ° on the optical path of the illumination light beam sent out of the ST. The mirror M allows the wafer stage W
The optical path of the illumination light beam sent to the outside of the ST is bent 90 ° vertically upward. A light receiving lens 89 having a larger diameter than the light transmitting lens 87 is arranged on the bent optical path. Above the light receiving lens 89, the optical sensor 24 is arranged. The light receiving lens 89 and the optical sensor 24 are housed in a case 92 while maintaining a predetermined positional relationship. The case 92 is located near an upper end of a support 94 implanted on the upper surface of the base 16 via a mounting member 93. Fixed.
【0064】前記光センサ24としては、微弱な光を精
度良く検出することが可能な光電変換素子(受光素
子)、例えばフォト・マルチプライヤ・チューブ(PM
T、光電子増倍管)などが用いられる。光センサ24の
出力信号の信号処理回路42は、増幅器、A/Dコンバ
ータ(通常16ビットの分解能のものが用いられる)な
どを含んで構成される(図9参照)。本実施形態では、
この光センサ24の陰極−陽極間の印加電圧の設定によ
り、その信号感度(検出感度)の設定が行われるように
なっている。なお、これについては後述する。As the optical sensor 24, a photoelectric conversion element (light receiving element) capable of accurately detecting weak light, for example, a photomultiplier tube (PM)
T, photomultiplier tube, etc. are used. The signal processing circuit 42 for the output signal of the optical sensor 24 is configured to include an amplifier, an A / D converter (usually, one having a resolution of 16 bits is used) (see FIG. 9). In this embodiment,
The signal sensitivity (detection sensitivity) is set by setting the applied voltage between the cathode and the anode of the optical sensor 24. This will be described later.
【0065】なお、前述の如く、スリット22は反射膜
83に形成されているが、以下においては、便宜上スリ
ット板90にスリット22が形成されているものとして
説明を行う。As described above, the slits 22 are formed in the reflection film 83, but hereinafter, the description will be made assuming that the slits 22 are formed in the slit plate 90 for convenience.
【0066】上述のようにして構成された空間像計測器
59によると、後述する、レチクルRに形成された計測
マークの投影光学系PLを介しての投影像(空間像)の
計測の際に、投影光学系PLを透過してきた照明光IL
によって空間像計測器59を構成するスリット板90が
照明されると、そのスリット板90上のスリット22を
透過した照明光ILがレンズ84、ミラー88及びレン
ズ86、送光レンズ87を介してウエハステージWST
の外部に導き出される。そして、そのウエハステージW
STの外部に導き出された光は、ミラーMによって光路
が鉛直上方に折り曲げられ、受光レンズ89を介して光
センサ24によって受光され、該光センサ24からその
受光量に応じた光電変換信号(光量信号)Pが信号処理
回路42を介して主制御装置20に出力される。According to the aerial image measuring device 59 configured as described above, when measuring a projection image (aerial image) of the measurement mark formed on the reticle R via the projection optical system PL, which will be described later. Light IL transmitted through the projection optical system PL
When the slit plate 90 constituting the aerial image measuring device 59 is illuminated by the illumination light IL transmitted through the slit 22 on the slit plate 90, the illumination light IL is transmitted through the lens 84, the mirror 88, the lens 86, and the light transmitting lens 87 to the wafer. Stage WST
It is led outside. Then, the wafer stage W
The light guided to the outside of the ST has its optical path bent vertically upward by the mirror M, is received by the optical sensor 24 via the light receiving lens 89, and is subjected to a photoelectric conversion signal (light amount) corresponding to the amount of light received from the optical sensor 24. The signal P is output to the main controller 20 via the signal processing circuit 42.
【0067】本実施形態の場合、計測マークの投影像
(空間像)の計測はスリットスキャン方式により行われ
るので、その際には、送光レンズ87が、受光レンズ8
9及び光センサ24に対して移動することになる。そこ
で、空間像計測器59では、所定の範囲内で移動する送
光レンズ87を介した光がすべて受光レンズ89に入射
するように、各レンズ、及びミラーMの大きさが設定さ
れている。In the case of the present embodiment, the measurement of the projection image (spatial image) of the measurement mark is performed by the slit scan method.
9 and the optical sensor 24. Therefore, in the aerial image measuring device 59, the size of each lens and the mirror M is set such that all light passing through the light transmitting lens 87 moving within a predetermined range enters the light receiving lens 89.
【0068】このように、空間像計測器59では、スリ
ット板90、レンズ84、86、ミラー88、及び送光
レンズ87により、スリット22を介した光をウエハス
テージWST外に導出する光導出部が構成され、受光レ
ンズ89及び光センサ24によって、ウエハステージW
ST外へ導出された光を受光する受光部が構成されてい
る。この場合、これら光導出部と受光部とは、機械的に
分離されている。そして、空間像計測に際してのみ、光
導出部と受光部とは、ミラーMを介して光学的に接続さ
れる。As described above, in the aerial image measuring device 59, the light deriving section for guiding the light passing through the slit 22 to the outside of the wafer stage WST by the slit plate 90, the lenses 84 and 86, the mirror 88, and the light transmitting lens 87. Is formed, and the light receiving lens 89 and the optical sensor 24 are used to set the wafer stage W
A light receiving unit that receives the light led out of the ST is configured. In this case, the light guiding section and the light receiving section are mechanically separated. Then, only at the time of aerial image measurement, the light deriving unit and the light receiving unit are optically connected via the mirror M.
【0069】すなわち、空間像計測器59では、光セン
サ24がウエハステージWSTの外部の所定位置に設け
られているため、光センサ24の発熱に起因してレーザ
干渉計31の計測精度等に悪影響を与えたりすることが
ない。また、ウエハステージWSTの外部と内部とをラ
イトガイド等により接続していないので、ウエハステー
ジWSTの外部と内部とがライトガイドにより接続され
た場合のようにウエハステージWSTの駆動精度が悪影
響を受けることもない。That is, in the aerial image measuring device 59, since the optical sensor 24 is provided at a predetermined position outside the wafer stage WST, the heat generation of the optical sensor 24 adversely affects the measurement accuracy of the laser interferometer 31 and the like. Or give. Further, since the outside and inside of wafer stage WST are not connected by a light guide or the like, the driving accuracy of wafer stage WST is adversely affected as in the case where the outside and inside of wafer stage WST are connected by a light guide. Not even.
【0070】勿論、熱の影響を排除できるような場合に
は、光センサ24をウエハステージWSTの内部に設け
ても良い。なお、空間像計測器59を構成するスリット
板90上のスリット22の形状、寸法等、及び空間像計
測器59を用いて行われる空間像計測方法、光学特性計
測方法などについては、後に詳述する。Of course, if the influence of heat can be eliminated, optical sensor 24 may be provided inside wafer stage WST. The shape, dimensions, and the like of the slit 22 on the slit plate 90 constituting the aerial image measuring device 59, and the aerial image measuring method and the optical characteristic measuring method performed using the aerial image measuring device 59 will be described in detail later. I do.
【0071】図1に戻り、投影光学系PLの側面には、
ウエハW上のアライメントマーク(位置合わせマーク)
を検出するオフアクシス・アライメント系ALGが設け
られている。本実施形態では、このアライメント系AL
Gとして、画像処理方式のアライメントセンサ、いわゆ
るFIA( Field Image Alignment)系が用いられてい
る。このアライメント系ALGは、図3に示されるよう
に、アライメント用光源32、ハーフミラー34、第1
対物レンズ36、第2対物レンズ38、撮像素子(CC
D)40等を含んで構成されている。ここで、光源32
としては、ブロードバンドの照明光を出射するハロゲン
ランプ等が用いられる。このアライメント系ALGで
は、図4に示されるように、光源32からの照明光によ
り、ハーフミラー34、第1対物レンズ36を介してウ
エハW上のアライメントマークMwを照明し、そのアラ
イメントマーク部分からの反射光を第1対物レンズ3
6、ハーフミラー34、第2対物レンズ38を介して撮
像素子40で受光する。これにより、撮像素子の受光面
にアライメントマークMwの明視野像が結像される。そ
して、この明視野像に対応する光電変換信号、すなわち
アライメン卜マークMwの反射像に対応する光強度信号
が撮像素子40から主制御装置20に供給される。主制
御装置20では、この光強度信号に基づき、アライメン
ト系ALGの検出中心を基準とするアライメントマーク
Mwの位置を算出するとともに、その算出結果とそのと
きのウエハ干渉計31の出力であるウエハステージWS
Tの位置情報とに基づいて、ウエハ干渉計31の光軸で
規定されるステージ座標系におけるアライメン卜マーク
Mwの座標位置を算出するようになっている。Returning to FIG. 1, on the side of the projection optical system PL,
Alignment mark (alignment mark) on wafer W
Off-axis alignment system ALG for detecting the In the present embodiment, the alignment system AL
As G, an image processing type alignment sensor, so-called FIA (Field Image Alignment) system is used. As shown in FIG. 3, the alignment system ALG includes an alignment light source 32, a half mirror 34, a first
Objective lens 36, second objective lens 38, image sensor (CC
D) 40 and the like. Here, the light source 32
For example, a halogen lamp that emits broadband illumination light is used. In this alignment system ALG, as shown in FIG. 4, the alignment mark Mw on the wafer W is illuminated by the illumination light from the light source 32 via the half mirror 34 and the first objective lens 36, and Reflected light of the first objective lens 3
6. The light is received by the image sensor 40 via the half mirror 34 and the second objective lens 38. As a result, a bright field image of the alignment mark Mw is formed on the light receiving surface of the image sensor. Then, a photoelectric conversion signal corresponding to the bright-field image, that is, a light intensity signal corresponding to a reflection image of the alignment mark Mw is supplied from the image sensor 40 to the main controller 20. Main controller 20 calculates the position of alignment mark Mw based on the detection center of alignment system ALG based on the light intensity signal, and calculates the calculation result and wafer stage which is the output of wafer interferometer 31 at that time. WS
The coordinate position of the alignment mark Mw in the stage coordinate system defined by the optical axis of the wafer interferometer 31 is calculated based on the position information of T.
【0072】更に、本実施形態の露光装置100では、
図1に示されるように、主制御装置20によってオンオ
フが制御される光源を有し、投影光学系PLの結像面に
向けてスリット(又はピンホール)の像を形成するため
の結像光束を、光軸AXに対して斜め方向より照射する
照射系60aと、それらの結像光束のウエハW表面での
反射光束を受光する受光系60bとから成り、ウエハW
の光軸AX方向(Z軸方向)に関する位置を検出する位
置検出系としての斜入射光式の焦点位置検出系が設けら
れている。Further, in the exposure apparatus 100 of the present embodiment,
As shown in FIG. 1, an imaging light flux having a light source whose on / off is controlled by main controller 20 and for forming an image of a slit (or pinhole) toward an imaging surface of projection optical system PL. 60a for irradiating the wafer W obliquely with respect to the optical axis AX, and a light receiving system 60b for receiving the reflected light flux of the imaging light flux on the surface of the wafer W.
An oblique incident light type focus position detection system is provided as a position detection system for detecting a position in the optical axis AX direction (Z-axis direction).
【0073】図5には、焦点位置検出系(60a,60
b)、及び該焦点位置検出系(60a,60b)の出力
信号を処理するとともに、後述するプレーンパラレルを
駆動する処理駆動部56(図1参照)の構成が概略的に
示されている。この図5では、投影光学系PLの最良結
像面とウエハWの表面が一致しているものとする。FIG. 5 shows a focus position detection system (60a, 60a).
b) and the configuration of a processing drive unit 56 (see FIG. 1) that processes output signals of the focus position detection systems (60a, 60b) and drives plane parallel described later. In FIG. 5, it is assumed that the best imaging plane of the projection optical system PL and the surface of the wafer W match.
【0074】前記照射系60aは、図5に示されるよう
に、発光ダイオード(LED)62、コンデンサレンズ
64、スリット板66、ミラー68、及び縮小レンズか
ら成る照射対物レンズ70等を備えている。また、前記
受光系60bは、拡大レンズから成る受光対物レンズ7
2、平行平板ガラス(プレーンパラレル)74、振動ミ
ラー76を介してスリット板78、及び光電検出器80
等を備えている。As shown in FIG. 5, the irradiation system 60a includes a light emitting diode (LED) 62, a condenser lens 64, a slit plate 66, a mirror 68, an irradiation objective lens 70 including a reduction lens, and the like. The light receiving system 60b includes a light receiving objective lens 7 composed of a magnifying lens.
2. Parallel plate glass (plane parallel) 74, slit plate 78 via vibrating mirror 76, and photoelectric detector 80
Etc. are provided.
【0075】ここで、照射系60a及び受光系60bを
構成する上記各部の作用等について簡単に説明する。発
光ダイオード(LED)62から発生したフォトレジス
トを感光させない波長の光はコンデンサレンズ64によ
って集光され、細長い矩形状のスリット66aを有する
スリット板66を照明する。スリット66aを透過した
光はミラー68で反射されて、照射対物レンズ70で収
束されウエハWの表面の光軸AX近傍にスリット66a
の光像SIとして結像される。そして、ウエハWからの
反射光は受光対物レンズ72、プレーンパラレル74、
振動ミラー76を介してスリット板78に導かれ、この
スリット板78上に光像SIの拡大像が形成される。ス
リット板78にはスリット78aが設けられ、このスリ
ット78aを透過した光は光電検出器80に受光され
る。振動ミラー76は駆動部91によって光像SIの拡
大像がスリット板78上をスリット78aと平行に、か
つその長手方向と直交する方向に単振動するように駆動
される。Here, the operation and the like of each of the above components constituting the irradiation system 60a and the light receiving system 60b will be briefly described. Light having a wavelength that does not expose the photoresist generated from the light emitting diode (LED) 62 is condensed by the condenser lens 64 and illuminates the slit plate 66 having the elongated rectangular slit 66a. The light transmitted through the slit 66a is reflected by the mirror 68, converged by the irradiation objective lens 70, and is located near the optical axis AX on the surface of the wafer W.
Is formed as a light image SI. Then, the reflected light from the wafer W is received by the light receiving objective lens 72, the plane parallel 74,
The light is guided to the slit plate 78 via the vibration mirror 76, and an enlarged image of the optical image SI is formed on the slit plate 78. The slit plate 78 is provided with a slit 78 a, and the light transmitted through the slit 78 a is received by the photoelectric detector 80. The vibrating mirror 76 is driven by the driving unit 91 such that the enlarged image of the optical image SI vibrates on the slit plate 78 in a single vibration in a direction parallel to the slit 78a and in a direction orthogonal to the longitudinal direction.
【0076】光電検出器80からの光電信号はアンプ8
5で増幅された後、同期整流(同期検波)回路(以下、
「PSD」と呼ぶ)71に入力する。PSD71は振動
ミラー76の振動周波数を決定する発信器(以下、「O
SC」とする)73からの基準周波数信号を入力し、そ
の信号で光電信号を同期整流することによって焦点信号
FPSを出力する。The photoelectric signal from the photoelectric detector 80 is supplied to the amplifier 8
After being amplified by 5, a synchronous rectification (synchronous detection) circuit (hereinafter, referred to as
(Called “PSD”) 71. The PSD 71 determines a vibration frequency of the vibration mirror 76 (hereinafter referred to as “O”).
SC "), and outputs a focus signal FPS by synchronously rectifying the photoelectric signal with the reference frequency signal.
【0077】前記プレーンパラレル74は、駆動部81
によってある角度範囲内で回転可能に構成されている。
このプレーンパラレル74の回転(傾き)によって、ス
リット板78上に形成される光像SIの拡大像の振動中
心がスリット78aの長手方向と直交する方向(図5で
は紙面内左右方向)にシフトする。その振動中心のスリ
ット78aに対するシフトは、焦点信号FPSが合焦
(Sカーブ信号波形上の零点)と判断されるときのウエ
ハWの位置を、Z軸方向にシフトしたものと等価であ
る。本実施形態では、このプレーンパラレル74と駆動
部81とによって焦点変動の補正を行う。The plane parallel 74 includes a driving unit 81
Are rotatable within a certain angle range.
Due to the rotation (tilt) of the plane parallel 74, the center of vibration of the enlarged image of the optical image SI formed on the slit plate 78 is shifted in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the slit 78a (the horizontal direction in FIG. 5). . The shift of the vibration center with respect to the slit 78a is equivalent to shifting the position of the wafer W in the Z-axis direction when the focus signal FPS is determined to be in focus (zero point on the S-curve signal waveform). In the present embodiment, the focus variation is corrected by the plane parallel 74 and the drive unit 81.
【0078】以上の構成において、図1から分かるよう
に、アンプ85、PSD71、OSC73、振動ミラー
76の駆動部91、及びプレーンパラレル74の駆動部
81によって、処理駆動部56が構成されている。In the above configuration, as can be seen from FIG. 1, the processing driver 56 is composed of the amplifier 85, the PSD 71, the OSC 73, the driving unit 91 of the oscillating mirror 76, and the driving unit 81 of the plane parallel 74.
【0079】図6には、プレーンパラレル74と駆動部
81との具体的な構成が一部断面して示されている。こ
の図6に示されるように、プレーンパラレル74は、紙
面と垂直な回転中心75aを有するホルダ75に保持さ
れ、ホルダ75にはレバー77が固定されている。レバ
ー77の先端には雌ネジ77aが形成されており、この
雌ねじ77aにはモータ79の駆動により回転する雄ね
じ54が螺合している。モータ79と雄ねじ54の回転
量はロータリーエンコーダ55によって読み取られるよ
うになっている。FIG. 6 shows a specific configuration of the plane parallel 74 and the drive section 81 in a partial cross section. As shown in FIG. 6, the plane parallel 74 is held by a holder 75 having a rotation center 75a perpendicular to the paper surface, and a lever 77 is fixed to the holder 75. A female screw 77 a is formed at the tip of the lever 77, and a male screw 54 that rotates by driving a motor 79 is screwed into the female screw 77 a. The rotation amounts of the motor 79 and the male screw 54 are read by the rotary encoder 55.
【0080】かかる構成において、モータ79を駆動す
ると、プレーンパラレル74が中心75a周りに回転
し、その回転角(傾き量)はロータリーエンコーダ55
の読み取り値、雄ねじ54のピッチ及びレバー77の長
さ(正確には雌ねじ77aから中心75aまでの長さ)
から算出できる。雄ねじ54のピッチとレバー77の長
さは一定値なので、結局ロータリーエンコーダ55の読
み取り値さえ分かれば、プレーンパラレル74の回転角
が求まる。In such a configuration, when the motor 79 is driven, the plane parallel 74 rotates around the center 75a, and the rotation angle (the amount of tilt) is changed by the rotary encoder 55.
, The pitch of the male screw 54 and the length of the lever 77 (more precisely, the length from the female screw 77a to the center 75a)
Can be calculated from Since the pitch of the male screw 54 and the length of the lever 77 are constant values, the rotation angle of the plane parallel 74 can be obtained as long as the read value of the rotary encoder 55 is known.
【0081】すなわち、本実施形態では、主制御装置2
0がロータリーエンコーダ55の読み取り値ENSに基
づいて、上記の雄ねじ54のピッチとレバー77の長さ
とを用いて簡単な比例計算を行い、プレーンパラレル7
4の回転角を算出するようになっている。That is, in the present embodiment, the main controller 2
0 performs a simple proportional calculation using the pitch of the male screw 54 and the length of the lever 77 based on the read value ENS of the rotary encoder 55,
4 is calculated.
【0082】例えば、主制御装置20では、投影光学系
PLにフォーカス変動が生じた場合には、そのフォーカ
ス変動に起因する検出オフセットを補正するため、フォ
ーカス変動に応じたオフセット指令値(OFS)を駆動
信号としてモータドライバMDに与えてプレーンパラレ
ル74の傾き量(回転角θ)を制御することにより、ス
リット板78上に形成される光像SIの拡大像の振動中
心がスリット78aの長手方向と直交する方向の中心
(ゼロ点)と一致するようにウエハW表面からの反射光
束の光軸をシフトさせる、フォーカスキャリブレーショ
ンを行うようになっている。For example, when the focus fluctuation occurs in the projection optical system PL, the main controller 20 sets an offset command value (OFS) corresponding to the focus fluctuation in order to correct a detection offset caused by the focus fluctuation. By providing the drive signal to the motor driver MD to control the tilt amount (rotation angle θ) of the plane parallel 74, the center of vibration of the enlarged image of the optical image SI formed on the slit plate 78 is aligned with the longitudinal direction of the slit 78a. Focus calibration is performed, in which the optical axis of the light beam reflected from the surface of the wafer W is shifted so as to coincide with the center (zero point) in the direction orthogonal to the wafer.
【0083】なお、本実施形態において、焦点位置検出
系(60a、60b)に代えて、例えば特開平6−28
3403号公報等に開示される多点焦点位置検出系を用
いることもできる。In this embodiment, for example, instead of the focal position detecting system (60a, 60b), for example,
A multipoint focal position detection system disclosed in, for example, Japanese Patent No. 3403 can also be used.
【0084】主制御装置20では、後述する走査露光時
等に、受光系60bからの焦点信号、例えばSカーブ信
号FPSに基づいて焦点ずれが零となるように、不図示
のウエハステージ駆動系を介してウエハステージWST
のZ軸方向への移動を制御することにより、照明光IL
の照射領域(照明領域IARと結像関係)内で投影光学
系PLの結像面とウエハWの表面とを実質的に合致させ
るオートフォーカス(自動焦点合わせ)を実行する。The main controller 20 operates a wafer stage drive system (not shown) so that the focus shift from the light receiving system 60b, for example, the S-curve signal FPS becomes zero at the time of scanning exposure to be described later. Via wafer stage WST
Of the illumination light IL by controlling the movement of the
Of the projection optical system PL and the surface of the wafer W in the irradiation area (the image formation relationship with the illumination area IAR).
【0085】なお、多点焦点位置検出系を用いる場合に
は、主制御装置20では、後述する走査露光時等に、受
光系60bからの焦点信号に基づいて不図示のウエハス
テージ駆動系を介してウエハステージWSTのZ軸方向
への移動に加え、2次元的な傾斜(すなわち、θx,θ
y方向の回転)をも制御する、すなわち多点焦点位置検
出系を用いてウエハステージWSTの移動を制御するこ
とにより、照明光ILの照射領域(照明領域IARと結
像関係)内で投影光学系PLの結像面とウエハWの表面
とを実質的に合致させるオートフォーカス(自動焦点合
わせ)及びオートレベリングを実行することとすること
ができる。When using the multi-point focal position detection system, the main controller 20 uses a wafer stage drive system (not shown) based on a focus signal from the light receiving system 60b at the time of scanning exposure, which will be described later. In addition to the movement of wafer stage WST in the Z-axis direction, two-dimensional inclination (that is, θx, θ
By controlling the rotation of the wafer stage WST using the multi-point focal position detection system, the projection optics can be controlled within the irradiation area of the illumination light IL (the imaging relation with the illumination area IAR). Auto-focus (auto-focusing) and auto-leveling that substantially match the imaging plane of the system PL with the surface of the wafer W can be performed.
【0086】前記制御系は、ワークステーション(又は
マイクロコンピュータ)から成る主制御装置20を中心
とし、信号処理回路42、処理駆動部56等から構成さ
れている。主制御装置20には、図1に示されているよ
うに、記憶装置51、及び入出力装置30が併設されて
いる。The control system is mainly composed of a main controller 20 comprising a work station (or a microcomputer), and comprises a signal processing circuit 42, a processing drive section 56 and the like. As shown in FIG. 1, the main control device 20 is provided with a storage device 51 and an input / output device 30.
【0087】次に、本実施形態の露光装置100におけ
る露光工程の動作について簡単に説明する。Next, the operation of the exposure step in the exposure apparatus 100 of this embodiment will be briefly described.
【0088】まず、不図示のレチクル搬送系によりレチ
クルRが搬送され、ローディングポジションにあるレチ
クルステージRSTに吸着保持される。次いで、主制御
装置20により、ウエハステージWST及びレチクルス
テージRSTの位置が制御され、レチクルR上に形成さ
れた不図示のレチクルアライメントマークの投影像(空
間像)が空間像計測器59を用いて後述するようにして
計測され(図3参照)、レチクルパターン像の投影位置
が求められる。すなわち、レチクルアライメントが行わ
れる。First, the reticle R is transported by a reticle transport system (not shown), and is held by suction at the reticle stage RST at the loading position. Next, the positions of wafer stage WST and reticle stage RST are controlled by main controller 20, and a projection image (spatial image) of a reticle alignment mark (not shown) formed on reticle R is read using aerial image measuring device 59. The measurement is performed as described later (see FIG. 3), and the projection position of the reticle pattern image is obtained. That is, reticle alignment is performed.
【0089】次に、主制御装置20により、空間像計測
器59がアライメント系ALGの直下へ位置するよう
に、ウエハステージWSTが移動され、アライメント系
ALGによって空間像計測器59の位置基準となるスリ
ット22が検出される。主制御装置20では、このアラ
イメント系ALGの検出信号及びそのときのウエハ干渉
計31の計測値、並びに先に求めたレチクルパターン像
の投影位置に基づいて、レチクルRのパターン像の投影
位置とアライメント系ALGとの相対位置、すなわちア
ライメント系ALGのベースライン量を求める。Next, main controller 20 moves wafer stage WST such that aerial image measuring device 59 is positioned immediately below alignment system ALG, and alignment system ALG serves as a position reference for aerial image measuring device 59. The slit 22 is detected. Main controller 20 aligns the projection position of the pattern image of reticle R with the projection position of the reticle pattern image based on the detection signal of alignment system ALG, the measurement value of wafer interferometer 31 at that time, and the projection position of the reticle pattern image obtained earlier. A relative position with respect to the system ALG, that is, a baseline amount of the alignment system ALG is obtained.
【0090】かかるベースライン計測が終了すると、主
制御装置20により、例えば特開昭61−44429号
公報などに詳細に開示されるEGA(エンハンスト・グ
ローバル・アライメント)等のウエハアライメントが行
われ、ウエハW上の全てのショット領域の位置が求めら
れる。なお、このウエハアライメントに際して、ウエハ
W上の複数のショット領域のうちの予め定められた所定
のサンプルショットのウエハアライメントマークMwが
アライメント系ALGを用いて、前述した如くして計測
される(図3参照)。When the baseline measurement is completed, main controller 20 performs wafer alignment such as EGA (Enhanced Global Alignment) disclosed in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429. The positions of all shot areas on W are determined. At the time of this wafer alignment, the wafer alignment mark Mw of a predetermined sample shot among a plurality of shot areas on the wafer W is measured as described above using the alignment system ALG (FIG. 3). reference).
【0091】次いで、主制御装置20では、上で求めた
ウエハW上の各ショット領域の位置情報及びベースライ
ン量に基づいて、干渉計31、13からの位置情報をモ
ニタしつつ、ウエハステージWSTを第1ショット領域
の走査開始位置に位置決めするとともに、レチクルステ
ージRSTを走査開始位置に位置決めして、その第1シ
ョット領域の走査露光を行う。Next, main controller 20 monitors wafer stage WST while monitoring position information from interferometers 31 and 13 based on the position information of each shot area on wafer W and the base line amount obtained above. Are positioned at the scanning start position of the first shot area, the reticle stage RST is positioned at the scanning start position, and scanning exposure of the first shot area is performed.
【0092】すなわち、主制御装置20では、レチクル
ステージRSTとウエハステージWSTとのY軸方向逆
向きの相対走査を開始し、両ステージRST、WSTが
それぞれの目標走査速度に達すると、照明光ILによっ
てレチクルRのパターン領域が照明され始め、走査露光
が開始される。この走査露光の開始に先立って、光源1
の発光は開始されているが、主制御装置20によってレ
チクルブラインドを構成する可動ブラインド12の各ブ
レードの移動がレチクルステージRSTの移動と同期制
御されているため、レチクルR上のパターン領域外への
照明光ILの照射が遮光されることは、通常のスキャニ
ング・ステッパと同様である。That is, main controller 20 starts relative scanning of reticle stage RST and wafer stage WST in the Y-axis direction opposite to each other. When both stages RST and WST reach their respective target scanning speeds, illumination light IL Then, the pattern area of the reticle R starts to be illuminated, and the scanning exposure is started. Prior to the start of the scanning exposure, the light source 1
However, since the movement of each blade of the movable blind 12 constituting the reticle blind is controlled in synchronization with the movement of the reticle stage RST by the main controller 20, the light emission to the pattern area on the reticle R The shielding of the irradiation of the illumination light IL is the same as in a normal scanning stepper.
【0093】主制御装置20では、特に上記の走査露光
時にレチクルステージRSTのY軸方向の移動速度Vr
とウエハステージWSTのX軸方向の移動速度Vwとが
投影光学系PLの投影倍率に応じた速度比に維持される
ようにレチクルステージRST及びウエハステージWS
Tを同期制御する。In main controller 20, moving speed Vr of reticle stage RST in the Y-axis direction particularly during the scanning exposure described above.
Reticle stage RST and wafer stage WS such that the speed ratio of wafer stage WST in the X-axis direction is maintained at a speed ratio corresponding to the projection magnification of projection optical system PL.
T is controlled synchronously.
【0094】そして、レチクルRのパターン領域の異な
る領域が紫外パルス光で逐次照明され、パターン領域全
面に対する照明が完了することにより、ウエハW上の第
1ショット領域の走査露光が終了する。これにより、レ
チクルRの回路パターンが投影光学系PLを介して第1
ショット領域に縮小転写される。Then, the different areas of the pattern area of the reticle R are sequentially illuminated with the ultraviolet pulse light, and the illumination of the entire pattern area is completed, thereby completing the scanning exposure of the first shot area on the wafer W. Thereby, the circuit pattern of the reticle R is changed to the first pattern via the projection optical system PL.
It is reduced and transferred to the shot area.
【0095】こうして第1ショット領域の走査露光が終
了すると、ウエハステージWSTを第2ショット領域の
走査開始位置へ移動させるショット間のステッピング動
作を行う。そして、その第2ショット領域の走査露光を
上述と同様にして行う。以後、第3ショット領域以降も
同様の動作を行う。When the scanning exposure of the first shot area is completed, a stepping operation between shots for moving wafer stage WST to the scanning start position of the second shot area is performed. Then, the scanning exposure of the second shot area is performed in the same manner as described above. Thereafter, the same operation is performed in the third shot area and thereafter.
【0096】このようにして、ショット間のステッピン
グ動作とショットの走査露光動作とが繰り返され、ステ
ップ・アンド・スキャン方式でウエハW上の全てのショ
ット領域にレチクルRのパターンが転写される。In this way, the stepping operation between shots and the scanning exposure operation for shots are repeated, and the pattern of the reticle R is transferred to all shot areas on the wafer W by the step-and-scan method.
【0097】ここで、上記の走査露光中には、投影光学
系PLに一体的に取付けられたフォーカスセンサ(60
a、60b)を用いて、前述したオートフォーカス(又
はオートフォーカス・オートレベリング)が行われる。During the scanning exposure, the focus sensor (60) integrally attached to the projection optical system PL is used.
a, 60b), the above-described autofocus (or autofocus / autoleveling) is performed.
【0098】ところで、上記の走査露光中に、レチクル
RのパターンとウエハW上のショット領域に既に形成さ
れたパターンとが正確に重ね合わせられるためには、投
影光学系PLの光学特性やベースライン量が正確に計測
されていること、及び投影光学系PLの光学特性が所望
の状態に調整されていることなどが重要である。By the way, in order for the pattern of the reticle R and the pattern already formed in the shot area on the wafer W to be accurately overlapped during the above-mentioned scanning exposure, the optical characteristics of the projection optical system PL and the baseline are required. It is important that the amount is accurately measured and that the optical characteristics of the projection optical system PL are adjusted to a desired state.
【0099】本実施形態では、上記の結像特性の計測
に、空間像計測器59が用いられる。以下、この空間像
計測器59による空間像計測、及び投影光学系PLの光
学特性の計測等について詳述する。In the present embodiment, an aerial image measuring device 59 is used for measuring the above-mentioned imaging characteristics. Hereinafter, the aerial image measurement by the aerial image measuring device 59 and the measurement of the optical characteristics of the projection optical system PL will be described in detail.
【0100】図3には、空間像計測器59を用いて、レ
チクルRに形成された計測マークの空間像が計測されて
いる最中の状態が示されている。レチクルRとしては、
空間像計測専用のもの、あるいはデバイスの製造に用い
られるデバイスレチクルに専用の計測マークを形成した
ものなどが用いられる。これらのレチクルの代わりに、
レチクルステージRSTにレチクルと同材質のガラス素
材から成る固定のマーク板(レチクルフィデューシャル
マーク板とも呼ばれる)を設け、このマーク板に計測マ
ークを形成したものを用いても良い。FIG. 3 shows a state where the aerial image of the measurement mark formed on the reticle R is being measured using the aerial image measuring device 59. As the reticle R,
A dedicated aerial image measurement device or a device reticle having a dedicated measurement mark formed on a device reticle used for manufacturing a device is used. Instead of these reticles,
A reticle stage RST may be provided with a fixed mark plate (also called a reticle fiducial mark plate) made of a glass material of the same material as the reticle, and a mark plate having measurement marks formed thereon may be used.
【0101】ここで、レチクルRには、図3に示される
ように、所定の箇所にY軸方向に周期性を有するライン
アンドスペースマークから成る計測マークPMが形成さ
れているものとする。また、空間像計測器59のスリッ
ト板90には、図7(A)に示されるように、X軸方向
に伸びる所定幅2Dのスリット22が形成されているも
のとする。所定幅2Dは、ここでは、解像限界のデュー
ティ比1:1のラインアンドスペースパターンのハーフ
ピッチ程度、例えば2D=0.2μmとされているもの
とする。なお、以下では、ラインアンドスペースを適宜
「L/S」と略述する。Here, it is assumed that a measurement mark PM composed of a line and space mark having periodicity in the Y-axis direction is formed at a predetermined position on the reticle R, as shown in FIG. Further, it is assumed that the slit plate 90 of the aerial image measuring device 59 is formed with a slit 22 having a predetermined width 2D extending in the X-axis direction, as shown in FIG. Here, the predetermined width 2D is assumed to be about the half pitch of a line and space pattern with a duty ratio of 1: 1 at the resolution limit, for example, 2D = 0.2 μm. In the following, the line and space are abbreviated as “L / S” as appropriate.
【0102】空間像の計測に当たり、主制御装置20に
より、可動レチクルブラインド12がブラインド駆動装
置を介して駆動され、レチクルRの照明光ILの照明領
域が計測マークPM部分のみに規定される(図3参
照)。この状態で、照明光ILがレチクルRに照射され
ると、図3に示されるように、計測マークPMによって
回折、散乱した光(照明光IL)は投影光学系PLによ
り屈折され、該投影光学系PLの像面に計測マークPM
の空間像(投影像)PM’が形成される。このとき、ウ
エハステージWSTは、空間像計測器59のスリット板
90上のスリット22の+Y側(又は−Y側)に前記空
間像PM’が形成される位置に設定されているものとす
る。このときの空間像計測器59の平面図が図7(A)
に示されている。In measuring the aerial image, the movable reticle blind 12 is driven by the main controller 20 via the blind driving device, and the illumination area of the illumination light IL of the reticle R is defined only at the measurement mark PM (FIG. 3). In this state, when illumination light IL is applied to reticle R, light (illumination light IL) diffracted and scattered by measurement mark PM is refracted by projection optical system PL, as shown in FIG. Measurement mark PM on the image plane of system PL
Is formed. At this time, it is assumed that wafer stage WST is set at a position where the aerial image PM 'is formed on the + Y side (or -Y side) of slit 22 on slit plate 90 of aerial image measuring device 59. FIG. 7A is a plan view of the aerial image measuring device 59 at this time.
Is shown in
【0103】そして、主制御装置20により、ウエハス
テージ駆動系を介してウエハステージWSTが図7
(A)中に矢印Fで示されるように+Y方向に駆動され
ると、スリット22が空間像PM’に対してY軸方向に
沿って走査される。この走査中に、スリット22を通過
する光(照明光IL)がウエハステージWST内の光導
出部、及び受光レンズ89を介して光センサ24で受光
され、その光電変換信号が信号処理回路42を介して主
制御装置20に供給される。主制御装置20では、その
光電変換信号に基づいて空間像PM’に対応する光強度
分布を計測する。Then, main controller 20 moves wafer stage WST through a wafer stage drive system as shown in FIG.
When driven in the + Y direction as shown by an arrow F in (A), the slit 22 scans the aerial image PM ′ along the Y-axis direction. During this scanning, the light (illumination light IL) passing through the slit 22 is received by the optical sensor 24 via the light guide portion in the wafer stage WST and the light receiving lens 89, and the photoelectric conversion signal is transmitted to the signal processing circuit 42. The power is supplied to the main controller 20 via the main controller 20. Main controller 20 measures the light intensity distribution corresponding to aerial image PM ′ based on the photoelectric conversion signal.
【0104】図7(B)には、上記の空間像計測の際に
得られる光電変換信号(光強度信号)Pの一例が示され
ている。FIG. 7B shows an example of a photoelectric conversion signal (light intensity signal) P obtained at the time of the aerial image measurement.
【0105】この場合、空間像PM’はスリット22の
走査方向(Y軸方向)の幅(2D)の影響で像が平均化
する。In this case, the spatial image PM ′ is averaged due to the width (2D) of the slit 22 in the scanning direction (Y-axis direction).
【0106】従って、スリットをp(y)、空間像の強
度分布をi(y)、観測される光強度信号をm(y)と
すると、空間像の強度分布i(y)と観測される強度信
号m(y)の関係は次の(1)式で表すことができる。
この(1)式において、強度分布i(y)、強度信号m
(y)の単位は単位長さ当たりの強度とする。Therefore, assuming that the slit is p (y), the intensity distribution of the aerial image is i (y), and the observed light intensity signal is m (y), the intensity distribution of the aerial image is i (y). The relationship between the intensity signals m (y) can be expressed by the following equation (1).
In the equation (1), the intensity distribution i (y) and the intensity signal m
The unit of (y) is the intensity per unit length.
【0107】[0107]
【数1】 (Equation 1)
【0108】[0108]
【数2】 (Equation 2)
【0109】すなわち、観測される強度信号m(y)は
スリッ卜p(y)と空間像の強度分布i(y)のコンボ
リューションになる。That is, the observed intensity signal m (y) is a convolution of the slit p (y) and the intensity distribution i (y) of the aerial image.
【0110】従って、計測精度の面からは、スリット幅
2Dは、小さいほど良く、本実施形態のようにPMTを
光センサ24として用いる場合には、スリット幅が非常
に小さくなっても走査速度を遅くして計測に時間を掛け
れば光量(光強度)の検出は可能である。しかしなが
ら、現実には、スループットの面から空間像計測時の走
査速度には、一定の制約があるため、スリット幅2Dが
あまりにも小さいと、スリット22を透過する光量が小
さくなり過ぎて、計測が困難となってしまう。Therefore, from the viewpoint of measurement accuracy, the smaller the slit width 2D is, the better. When the PMT is used as the optical sensor 24 as in the present embodiment, the scanning speed is reduced even if the slit width is extremely small. It is possible to detect the light amount (light intensity) if the measurement is delayed and time is taken for the measurement. However, in reality, the scanning speed at the time of measuring the aerial image has a certain restriction from the viewpoint of throughput. Therefore, if the slit width 2D is too small, the amount of light transmitted through the slit 22 becomes too small, and the measurement becomes impossible. It will be difficult.
【0111】発明者がシミュレーション及び実験等によ
り得た知見によれば、スリット幅2Dの最適値は、露光
装置の解像限界ピッチ(デューティ比1:1のL/Sパ
ターンのピッチ)の半分程度となることが確認されたの
で、本実施形態では、そのように設定したものである。According to the knowledge obtained by the inventor through simulations and experiments, the optimum value of the slit width 2D is about half the resolution limit pitch of the exposure apparatus (the pitch of the L / S pattern having a duty ratio of 1: 1). Therefore, in the present embodiment, it is set as such.
【0112】上述した空間像計測器59及びそれを用い
た空間像計測方法は、a.ベストフォーカス位置の検
出、b.XY面内でのパターン像の結像位置の検出、
c.アライメント系ALGのベースライン計測等に用い
られる。The aerial image measuring device 59 and the aerial image measuring method using the same are described in a. Detection of the best focus position, b. Detection of the image forming position of the pattern image in the XY plane,
c. Used for baseline measurement of the alignment system ALG.
【0113】本実施形態の露光装置100におけるc.
ベースライン計測については既に説明した。また、b.
XY面内でのパターン像の結像位置の検出は、本発明と
の関連が薄いため、以下、上記a.ベストフォーカス位
置の検出について、説明する。In exposure apparatus 100 of the present embodiment, c.
Baseline measurement has already been described. B.
Since the detection of the image forming position of the pattern image in the XY plane is not closely related to the present invention, the following a. The detection of the best focus position will be described.
【0114】このベストフォーカス位置の検出は、例え
ば投影光学系PLのベストフォーカス位置の検出及び最
良結像面(像面)の検出などの目的に用いられる。The detection of the best focus position is used, for example, for the purpose of detecting the best focus position of the projection optical system PL and detecting the best image plane (image plane).
【0115】本実施形態では、一例として次のようにし
て投影光学系PLのベストフォーカス位置の検出を行
う。In the present embodiment, as an example, the best focus position of the projection optical system PL is detected as follows.
【0116】このベストフォーカス位置の検出には、例
えば、ウエハ上でライン幅0.15μm(レチクル上で
0.75μm)、ピッチ1.5μm(デューティ比1:
9)のL/Sマークが、計測マークPMとして形成され
たレチクルRが用いられる。For detecting the best focus position, for example, a line width of 0.15 μm on a wafer (0.75 μm on a reticle) and a pitch of 1.5 μm (duty ratio 1:
The reticle R in which the L / S mark of 9) is formed as the measurement mark PM is used.
【0117】まず、不図示のレチクルローダにより、レ
チクルステージRST上にレチクルRがロードされる。
次に、主制御装置20では、投影光学系PLの視野内で
ベストフォーカス位置を計測すべき所定点(ここでは投
影光学系PLの光軸上)にレチクルR上の計測マークP
Mが位置決めされるように、レチクルステージRSTを
移動する。First, reticle R is loaded on reticle stage RST by a reticle loader (not shown).
Next, main controller 20 sets measurement mark P on reticle R at a predetermined point (here, on the optical axis of projection optical system PL) at which the best focus position is to be measured in the field of view of projection optical system PL.
The reticle stage RST is moved so that M is positioned.
【0118】次に、主制御装置20では、照明光ILが
計測マークPM部分のみに照射されるように可動レチク
ルブラインド12を駆動制御して照明領域を規定する。
この状態で、主制御装置20では、照明光ILをレチク
ルRに照射して、前述と同様にして、ウエハステージW
STをY軸方向に走査しながら空間像計測器59を用い
て、計測マークPMの空間像計測を前述と同様にスリッ
トスキャン方式により行う。この際、主制御装置20で
は、スリット板90のZ軸方向の位置(すなわち、ウエ
ハステージWSTのZ位置)を例えば0.1μmピッチ
で15ステップ程度)変化させつつ、複数回繰り返し、
各回の光強度信号(光電変換信号)を内部メモリに記憶
する。ステップ範囲は、例えば設計上のベストフォーカ
ス位置をほぼ中心とする範囲で行われる。Next, the main controller 20 controls the driving of the movable reticle blind 12 so as to irradiate only the measurement mark PM with the illumination light IL, thereby defining an illumination area.
In this state, main controller 20 irradiates reticle R with illumination light IL, and performs wafer stage W
While scanning ST in the Y-axis direction, the aerial image measurement of the measurement mark PM is performed by the slit scan method using the aerial image measuring device 59 in the same manner as described above. At this time, main controller 20 repeats a plurality of times while changing the position of slit plate 90 in the Z-axis direction (that is, the Z position of wafer stage WST) at, for example, about 15 steps at a pitch of 0.1 μm.
The light intensity signal (photoelectric conversion signal) of each time is stored in the internal memory. The step range is performed, for example, in a range around the design best focus position.
【0119】ここで、上述した空間像計測に際して、最
初のZ位置でスリット板90が走査され、計測マークP
Mの空間像に対応する光強度信号を取り込んだ時点で、
光センサ24の後段の信号処理回路42のダイナミック
レンジを最大限有効に生かすような検出感度の設定(較
正)を行うが、この点については後述する。Here, at the time of the aerial image measurement described above, the slit plate 90 is scanned at the first Z position, and the measurement mark P
When the light intensity signal corresponding to the aerial image of M is captured,
The detection sensitivity is set (calibrated) so as to make the best use of the dynamic range of the signal processing circuit 42 at the subsequent stage of the optical sensor 24. This will be described later.
【0120】この場合において、例えば、計測マークが
デューティ比1:1のL/Sマーク(L/Sパターン)
の場合、上記の光強度信号をそれぞれフーリエ変換し、
それぞれの1次周波数成分と0次周波数成分の振幅比で
あるコントラストを求める。このコントラストはフォー
カス位置によって敏感に変化するので強度信号からベス
トフォーカス位置を決定するのに便利である。しかし、
デューティ比1:9のL/Sパターン(疑似孤立線)か
ら成る計測マークPMの場合はパターンの繰り返しピッ
チが大きいため1次周波数成分を用いるフォーカス検出
は精度が悪い。これは鈍いパターンのDOFが大きいた
めである。しかしながら、高い次数の周波数成分の振幅
は十分に大きくはないので高い次数の単一周波数成分の
振幅のみでフォーカス検出を行ってもやはり精度が悪
い。In this case, for example, the measurement mark is an L / S mark (L / S pattern) having a duty ratio of 1: 1.
In the case of, each of the above light intensity signals is Fourier transformed,
A contrast, which is an amplitude ratio between the first-order frequency component and the zero-order frequency component, is obtained. Since this contrast changes sensitively depending on the focus position, it is convenient to determine the best focus position from the intensity signal. But,
In the case of a measurement mark PM composed of an L / S pattern (pseudo-isolated line) having a duty ratio of 1: 9, focus detection using a primary frequency component is inaccurate due to a large pattern repetition pitch. This is because the DOF of the dull pattern is large. However, since the amplitude of a high-order frequency component is not sufficiently large, even if focus detection is performed using only the amplitude of a high-order single frequency component, accuracy is still poor.
【0121】そこで、本実施形態では、主制御装置20
は、前記繰り返しにより得られた複数の光強度信号(光
電変換信号)に基づいて、以下の第1、第2の方法によ
りベストフォーカス位置を算出する。Therefore, in the present embodiment, main controller 20
Calculates the best focus position by the following first and second methods based on a plurality of light intensity signals (photoelectric conversion signals) obtained by the repetition.
【0122】a.第1の方法 この第1の方法は、孤立線(又は擬似孤立線の1本のラ
インパターン)の空間像に対応する光強度信号に対応す
る領域を、設計上のパターンのXY面内での結像位置
(中心位置)を中心とする設計線幅の中心部領域(第1
の領域)と、その両側の周辺部領域(第2の領域)に分
割し、両者の面積比を評価量として、ベストフォーカス
位置を求める方法である。以下、この第1の方法の検出
原理について、図8及び図9に基づいて説明する。A. First Method This first method uses an area corresponding to a light intensity signal corresponding to an aerial image of an isolated line (or a single line pattern of a pseudo isolated line) in an XY plane of a design pattern. The center area of the design line width centered on the imaging position (center position) (first area)
Area) and peripheral areas (second areas) on both sides thereof, and the best focus position is obtained using the area ratio of the two as an evaluation amount. Hereinafter, the detection principle of the first method will be described with reference to FIGS.
【0123】図8(A)には、上記の計測マークPMと
同一サイズの計測マーク及びスリット幅を設定したシミ
ュレーションの結果得られたベストフォーカス状態にお
けるスリット透過光強度が横軸をスリット22のY位置
(又はウエハステージWSTのY位置)として示され、
図8(B)には1μmデフォーカスした状態におけるス
リット透過光強度が横軸をスリット22のY位置(又は
ウエハステージWSTのY位置)として示されている。FIG. 8A shows the slit transmitted light intensity in the best focus state obtained as a result of a simulation in which a measurement mark having the same size as the above-mentioned measurement mark PM and a slit width are set. Position (or Y position of wafer stage WST),
FIG. 8B shows the slit transmitted light intensity in a state where the focus is 1 μm defocused, with the horizontal axis representing the Y position of the slit 22 (or the Y position of the wafer stage WST).
【0124】図8(A)において、光強度信号P1と横
軸とで囲まれる計測マークPMの1本のラインパターン
の設計上のXY面内での結像位置(中心位置)を中心と
する設計線幅の領域の面積A=A1と、その両側の領域
の面積B=B1(=b1+b2)の面積比をα1とすると、
α1は、次式(3)のように表わせる。 α1=A1/B1 ………(3)In FIG. 8A, the image forming position (center position) on the designed XY plane of one line pattern of the measurement mark PM surrounded by the light intensity signal P 1 and the horizontal axis is set as the center. Assuming that the area ratio of the area A = A 1 of the area of the design line width to the area B = B 1 (= b 1 + b 2 ) of the area on both sides thereof is α 1 ,
α 1 can be expressed as in the following equation (3). α 1 = A 1 / B 1 (3)
【0125】一方、図8(B)において、光強度信号P
2と横軸とで囲まれる計測マークPMの1本のラインパ
ターンの設計上のXY面内での結像位置(中心位置)を
中心とする設計線幅の領域の面積A=A2と、その両側
の領域の面積B=B2(=b3+b4)の面積比をα2とす
ると、α2は、次式(4)のように表わせる。 α2=A2/B2 ………(4) 図8(A)と図8(B)とを比較すると明らかなよう
に、α1>α2である。On the other hand, in FIG. 8B, the light intensity signal P
Area A = A 2 of the area of the design line width centered on the designed image forming position (center position) in the XY plane of one line pattern of the measurement mark PM surrounded by 2 and the horizontal axis; Assuming that the area ratio of the area B = B 2 (= b 3 + b 4 ) of the regions on both sides is α 2 , α 2 can be expressed as the following equation (4). α 2 = A 2 / B 2 (4) As is clear from comparison between FIG. 8A and FIG. 8B, α 1 > α 2 .
【0126】従って、次式(5)の面積比αを評価量と
して用いれば、ベストフォーカス位置を精度良く検出す
ることが可能となる。 面積比α=A/B ………(5)Therefore, if the area ratio α in the following equation (5) is used as the evaluation amount, the best focus position can be detected with high accuracy. Area ratio α = A / B (5)
【0127】上述した面積比αを評価量として、ベスト
フォーカス位置を求める方法は、種々考えられるが、一
例として、図9に示されるように、スリット板90の光
軸方向位置(Z位置)毎に得られた光強度信号に基づい
て算出された面積比αを、横軸をZ位置とする直交座標
系上にプロットする(図9における×印参照)。そし
て、この各プロット点を曲線近似(カーブフィット)す
る。例えば4次程度の近似曲線を最小二乗法よって求め
る。そして、その近似曲線を適当な閾値レベル(スライ
スレベル)SLでスライスし、そのスライスレベルSL
と近似曲線との交点J、Kを求め、それらの交点J,K
の中点(点J,Kのそれぞれから距離L/2の点)Oを
通る縦軸(評価量αの軸)と平行な軸との交点Gを近似
曲線のピーク点とし、該ピーク点Gに対応する横軸の座
標Z0をベストフォーカス位置とする。Various methods for obtaining the best focus position using the above-described area ratio α as an evaluation amount are conceivable. For example, as shown in FIG. 9, each position of the slit plate 90 in the optical axis direction (Z position) is determined. The area ratio α calculated based on the obtained light intensity signal is plotted on an orthogonal coordinate system having the horizontal axis as the Z position (see the crosses in FIG. 9). Then, each plot point is approximated by a curve (curve fit). For example, a fourth-order approximate curve is obtained by the least square method. Then, the approximate curve is sliced at an appropriate threshold level (slice level) SL, and the slice level SL
The intersections J and K of the curve and the approximate curve are obtained, and the intersections J and K
The intersection G between the axis parallel to the vertical axis (the axis of the evaluation amount α) passing through the middle point (the point at a distance L / 2 from each of the points J and K) O is defined as the peak point of the approximate curve, and the peak point G Is set as the best focus position.
【0128】前述の如く、ベストフォーカス位置の計測
に際しては、通常約0.1μmのピッチで15ステップ
程度、Z位置を変化させてスリットスキャン方式で空間
像計測が行われる。この場合、計測再現性を良好にする
ためには、なるべく多くの計測点(Z位置)における情
報からピーク位置を求めることが重要である。図9で
は、13点における面積比αからベストフォーカス位置
を求める場合が一例として図示されている。As described above, when measuring the best focus position, the aerial image measurement is usually performed by the slit scan method while changing the Z position by about 15 steps at a pitch of about 0.1 μm. In this case, in order to improve the measurement reproducibility, it is important to determine the peak position from information on as many measurement points (Z positions) as possible. FIG. 9 shows an example in which the best focus position is obtained from the area ratio α at 13 points.
【0129】b.第2の方法 この第2の方法は、孤立線(又は擬似孤立線の1本のラ
インパターン)の空間像に対応する光強度信号に対応す
る領域を、所定の閾値レベルを境として2分割し、閾値
レベルの上側の領域(第1の領域)と下側の領域(第2
の領域)の面積比を評価量として、ベストフォーカス位
置を求める方法である。以下、この第2の方法の検出原
理について、図10(A)、図10(B)に基づいて説
明する。B. Second Method In the second method, a region corresponding to a light intensity signal corresponding to an aerial image of an isolated line (or a single line pattern of a pseudo isolated line) is divided into two by a predetermined threshold level as a boundary. , A region above the threshold level (first region) and a region below the threshold level (second region).
This is a method of obtaining the best focus position using the area ratio of the (area) as an evaluation amount. Hereinafter, the detection principle of the second method will be described with reference to FIGS. 10 (A) and 10 (B).
【0130】図10(A)、図10(B)には、図8
(A)、図8(B)とそれぞれ全く同一のシミュレーシ
ョンの結果得られたスリット透過光強度が横軸をスリッ
ト22のY位置(又はウエハステージWSTのY位置)
として示されている。FIGS. 10 (A) and 10 (B) show FIG.
8A and 8B, the horizontal axis indicates the Y-position of the slit 22 (or the Y-position of the wafer stage WST).
It is shown as
【0131】図10(A)において、光強度信号P1と
横軸とで囲まれる領域のうち、所定のスライスレベル
(閾値レベル)SL’を境として2分割した上側の領域
の面積C=C1と、下側の領域の面積E=E1との面積比
をγ1とすると、γ1は、次式(6)で表わされる γ1=C1/E1 ………(6)[0131] In FIG. 10 (A), the in the region surrounded by the light intensity signal P 1 and the horizontal axis, the area C = C of the upper regions bisected with respect to a boundary of a predetermined slice level (threshold level) SL ' 1, when the area ratio between the area E = E 1 in the lower region is gamma 1, gamma 1 is, γ 1 = C 1 / E 1 ......... represented by the following formula (6) (6)
【0132】ここで、スライスレベルSL’は、例えば
ベストフォーカス状態におけるピーク点における光強度
を予め実験等で求め、例えばその50%程度のレベルに
設定される。Here, the slice level SL 'is obtained by, for example, previously obtaining the light intensity at the peak point in the best focus state by an experiment or the like, and is set to, for example, a level of about 50% thereof.
【0133】一方、図10(B)において、光強度信号
P4と横軸とで囲まれる領域のうち、所定のスライスレ
ベル(閾値レベル)SL’の上側の領域の面積C=0で
あるから、それとスライスレベル(閾値レベル)SL’
の下側の面積E=E2との面積比をγ2とすると、γ
2は、次式(7)のように表わせる。 γ2=0/E2=0 ………(7) この場合、明らかに、γ1>γ2である。[0133] On the other hand, in FIG. 10 (B), the in the region surrounded by the light intensity signal P 4 and the horizontal axis, because the area C = 0 in the upper region of a predetermined slice level (threshold level) SL ' , And the slice level (threshold level) SL '
Assuming that the area ratio of the lower area E = E 2 to γ 2 is γ 2
2 can be expressed as in the following equation (7). γ 2 = 0 / E 2 = 0 (7) In this case, obviously, γ 1 > γ 2 .
【0134】従って、次式(8)で表わされる面積比γ
を評価量として用いれば、ベストフォーカス位置を精度
良く検出することが可能となる。 面積比γ=C/E ………(8)Therefore, the area ratio γ represented by the following equation (8)
Is used as the evaluation amount, the best focus position can be detected with high accuracy. Area ratio γ = C / E (8)
【0135】この場合も、面積比γを評価量として、ベ
ストフォーカス位置を求める際には、前述したスリット
板90の光軸方向位置(Z位置)毎に得られた光強度信
号に基づいて算出された面積比γを、横軸をZ位置とす
る直交座標系上にプロットし、各プロット点を曲線近似
し、その近似曲線のピーク点を前述したスライス中点法
に基づいて求め、そのピーク点に対応する横軸の座標を
ベストフォーカス位置とする方法を、そのまま採用する
ことができる。Also in this case, when determining the best focus position using the area ratio γ as the evaluation amount, the best focus position is calculated based on the light intensity signal obtained for each position (Z position) of the slit plate 90 in the optical axis direction. The plotted area ratio γ is plotted on an orthogonal coordinate system having the horizontal axis as the Z position, each plot point is approximated by a curve, and the peak point of the approximate curve is obtained based on the slice midpoint method described above. The method of setting the coordinate of the horizontal axis corresponding to the point as the best focus position can be adopted as it is.
【0136】また、投影光学系PLの像面形状の検出
は、次のようにして行うことができる。The image plane shape of the projection optical system PL can be detected as follows.
【0137】まず、不図示のレチクルローダにより、レ
チクルステージRST上にレチクルRがロードされる。
次に、主制御装置20では、投影光学系PLの視野内の
第1の検出点(ここでは、投影光学系PLの光軸上)に
計測マークPMが位置決めされるように、レチクルステ
ージRSTを移動する。次に、主制御装置20では、照
明光ILが計測マークPM部分のみに照射されるように
可動レチクルブラインド12を駆動制御して照明領域を
規定する。この状態で、主制御装置20では、照明光I
LをレチクルRに照射して、前述と同様にして、スリッ
トスキャン方式により空間像計測器59を用いて計測マ
ークPMの空間像計測及び投影光学系PLのベストフォ
ーカス位置Z1の検出を行い、その結果を内部メモリに
記憶する。First, reticle R is loaded on reticle stage RST by a reticle loader (not shown).
Next, main controller 20 controls reticle stage RST such that measurement mark PM is positioned at the first detection point (here, on the optical axis of projection optical system PL) in the field of view of projection optical system PL. Moving. Next, main controller 20 drives and controls movable reticle blind 12 so that illumination light IL is emitted only to measurement mark PM, and defines an illumination area. In this state, the main controller 20 controls the illumination light I
L is irradiated onto the reticle R, and in the same manner as described above, the aerial image measurement of the measurement mark PM and the detection of the best focus position Z 1 of the projection optical system PL are performed using the aerial image measurement device 59 by the slit scan method. The result is stored in the internal memory.
【0138】投影光学系PLの視野内の第1の検出点で
のベストフォーカス位置の検出が終了すると、主制御装
置20では、投影光学系PLの視野内の第2の検出点に
計測マークPMが位置決めされるように、レチクルステ
ージRSTを移動する。次に、主制御装置20では、照
明光ILが計測マークPM部分のみに照射されるように
可動レチクルブラインド12を駆動制御して照明領域を
規定する。この状態で、上記と同様に、スリットスキャ
ン方式で計測マークPMの空間像計測及び投影光学系P
Lのベストフォーカス位置Z2の検出を行い、その結果
を内部メモリに記憶する。When the detection of the best focus position at the first detection point in the field of view of projection optical system PL is completed, main controller 20 sets measurement mark PM at the second detection point in the field of view of projection optical system PL. The reticle stage RST is moved so that is positioned. Next, main controller 20 drives and controls movable reticle blind 12 so that illumination light IL is emitted only to measurement mark PM, and defines an illumination area. In this state, similarly to the above, the aerial image measurement and projection optical system P of the measurement mark PM is performed by the slit scan method.
Performs detection of the best focus position Z 2 of the L, and the result is stored in the internal memory.
【0139】以後、主制御装置20では、上記と同様
に、投影光学系PLの視野内の検出点を変更しつつ、計
測マークPMについて空間像の計測及び投影光学系PL
のベストフォーカス位置の検出を繰り返し行う。Thereafter, the main controller 20 changes the detection point in the field of view of the projection optical system PL while measuring the aerial image of the measurement mark PM and changing the projection optical system PL in the same manner as described above.
Is repeatedly detected.
【0140】これにより得られた各ベストフォーカス位
置Z1、Z2、……、Znに基づいて、所定の統計的処理
を行うことにより、投影光学系PLの像面形状を算出す
る。このとき、像面形状とは別に像面湾曲をも算出して
も良い。なお、ここではレチクルRを移動してベストフ
ォーカス位置を計測すべき複数点にそれぞれ計測マーク
PMを配置するものとしたが、レチクルRに複数の計測
マークPMを形成しておき、可動レチクルブラインド1
2によって各計測マークPMに照明光ILを順次照射し
て上記各点でのベストフォーカス位置を検出するように
しても良い。[0140] This the best focus position obtained by Z 1, Z 2, ......, based on Z n, by performing a predetermined statistical processing, to calculate the image plane shape of the projection optical system PL. At this time, the field curvature may be calculated separately from the image plane shape. Here, the measurement marks PM are arranged at a plurality of points where the reticle R should be moved to measure the best focus position. However, a plurality of measurement marks PM are formed on the reticle R, and the movable reticle blind 1 is formed.
The measurement focus PM at each point may be detected by sequentially irradiating each measurement mark PM with the illumination light IL according to 2.
【0141】投影光学系PLの像面、すなわち、最良結
像面は、光軸からの距離が異なる無数の点(すなわち、
いわゆる像の高さが異なる無数の点)におけるベストフ
ォーカス点の集合から成る面であるから、このような手
法により、像面形状を容易にかつ正確に求めることがで
きる。The image plane of the projection optical system PL, that is, the best image formation plane, has innumerable points (that is, different points from the optical axis).
Since it is a surface composed of a set of best focus points at so-called countless points having different image heights, the image surface shape can be easily and accurately obtained by such a method.
【0142】ところで、本実施形態のように、フォト・
マルチプライヤ・チューブ(PMT、光電子増倍管)を
光センサ24として用いる場合、空間像計測に際して
は、計測マークとして例えばデューティ比1:1のL/
Sパターンを用いるような場合であっても、光センサ2
4及びその信号処理回路を含む信号処理系の信号感度
(検出感度)をダイナミックレンジを有効に生かせるよ
うに設定することが望ましい。特に、本実施形態のよう
に、計測マークとしてデューティ比1:9の擬似孤立線
を用いる場合には、上記のデューティ比1:1のL/S
パターンの場合に比べて基本波の振幅が小さくなる傾向
があり、計測精度が劣るため、上記の信号感度の調整が
重要である。By the way, as in this embodiment, the photo
When a multiplier tube (PMT, photomultiplier tube) is used as the optical sensor 24, when measuring an aerial image, for example, L / with a duty ratio of 1: 1 is used as a measurement mark.
Even when the S pattern is used, the optical sensor 2
It is desirable to set the signal sensitivity (detection sensitivity) of the signal processing system including the signal processing circuit 4 and its signal processing circuit so that the dynamic range can be effectively used. In particular, when a pseudo-isolated line having a duty ratio of 1: 9 is used as a measurement mark as in the present embodiment, the L / S having a duty ratio of 1: 1 is used.
The adjustment of the signal sensitivity is important because the amplitude of the fundamental wave tends to be smaller than in the case of the pattern and the measurement accuracy is inferior.
【0143】次に、本実施形態の露光装置100で行わ
れる、信号光(スリット透過光)を処理する信号処理系
の信号感度の設定方法(較正方法)について説明する。Next, a method of setting the signal sensitivity (calibration method) of the signal processing system for processing the signal light (slit transmitted light) performed by the exposure apparatus 100 of the present embodiment will be described.
【0144】一般に、PMTの感度は印加電圧によって
設定される。すなわち、電子増倍部(ダイノード部)の
ダイノードの段数をn、陽極−陰極間の印加電圧をVと
すると、感度に対応する電流増倍率μは、印加電圧Vの
n乗にほぼ比例する。そして、PMTの感度設定は後段
の信号処理回路のダイナミックレンジを無駄無く使える
ような陽極感度となるように設定される。In general, the sensitivity of the PMT is set by the applied voltage. That is, assuming that the number of dynodes in the electron multiplying section (dynode section) is n and the applied voltage between the anode and the cathode is V, the current multiplication factor μ corresponding to the sensitivity is substantially proportional to the nth power of the applied voltage V. The sensitivity of the PMT is set so that the anode sensitivity is such that the dynamic range of the subsequent signal processing circuit can be used without waste.
【0145】しかしながら、本実施形態の場合、空間像
計測がベストフォーカス位置の検出を目的とするため、
計測時には、ベストフォーカス位置が不明でる。このた
め、その感度設定には工夫が必要になる。すなわち、強
度信号のピークレベルは、ベストフォーカス時に最大と
なるが、ベストフォーカス位置が不明のため、そのピー
クレベルを高めに見込んで印加電圧を設定すると、ダイ
ナミックレンジを最大限有効に利用してA/Dコンバー
タの分解能(通常は16ビット)最大限利用することが
困難である。一方、ピークレベルを低めに見込んで印加
電圧を設定すると、ダイナミックレンジを超えてしまう
可能性が高いからである。However, in the case of the present embodiment, since the aerial image measurement aims to detect the best focus position,
At the time of measurement, the best focus position is unknown. For this reason, the sensitivity setting requires some contrivance. That is, the peak level of the intensity signal is maximum during the best focus. However, since the best focus position is unknown, if the applied voltage is set with a higher peak level, the dynamic range is used as efficiently as possible. It is difficult to make full use of the resolution of the / D converter (usually 16 bits). On the other hand, if the applied voltage is set with a low peak level, the possibility of exceeding the dynamic range is high.
【0146】そこで、本実施形態の露光装置100で
は、主制御装置20が、デフォーカス状態(あるいはベ
ストフォーカス位置が不明な状態)で得た光強度信号
(光電変換信号)に基づいてベストフォーカス時の最大
ピーク値が、信号処理回路42のダイナミックレンジ内
にほぼ収まるように印加電圧Vを設定することとしてい
る。以下、これについて具体的に説明する。Therefore, in exposure apparatus 100 of the present embodiment, main controller 20 performs best focus control based on a light intensity signal (photoelectric conversion signal) obtained in a defocused state (or a state in which the best focus position is unknown). The applied voltage V is set so that the maximum peak value of the signal processing circuit 42 substantially falls within the dynamic range of the signal processing circuit 42. Hereinafter, this will be described specifically.
【0147】図11には、信号光(スリット透過光)を
処理する信号処理系50の構成がブロック図にて簡略化
して示されている。FIG. 11 is a simplified block diagram showing the configuration of a signal processing system 50 for processing signal light (slit transmitted light).
【0148】この信号処理系50は、光センサ(PM
T)24と、オペアンプ回路から成るアナログ増幅器4
4、A/Dコンバータ48、D/Aコンバータ46、及
びDC/DCコンバータ52等を含む信号処理回路42
とを備えている。この信号処理系50では、光センサ2
4からの出力信号(光電変換信号)が、アナログ増幅器
44で増幅され、この増幅後のアナログ信号がA/Dコ
ンバータ48によってディジタル信号に変換された後、
主制御装置20に入力する。主制御装置20では、例え
ば16ビットのD/Aコンバータ46に、電圧指令値
(0〜FFFF)を与える。これにより、D/Aコンバ
ータ46から電圧指令値に対応する例えば1〜10Vの
直流電圧信号が出力され、この直流電圧信号が倍率10
0倍のDC/DCコンバータ52によってに昇圧され、
光センサ24の陽極−陰極間に、100〜1000V程
度の高電圧が印加されるようになっている。本実施形態
では、主制御装置20により、A/Dコンバータ48の
出力に基づいて、以下に説明する原理に従って印加電圧
Vを決定する電圧指令値が設定され、これによって信号
処理系50の信号感度が設定されるようになっている。This signal processing system 50 includes an optical sensor (PM
T) 24 and an analog amplifier 4 composed of an operational amplifier circuit
4. Signal processing circuit 42 including A / D converter 48, D / A converter 46, DC / DC converter 52, etc.
And In this signal processing system 50, the optical sensor 2
4 is amplified by an analog amplifier 44, and the amplified analog signal is converted into a digital signal by an A / D converter 48.
Input to main controller 20. The main controller 20 gives a voltage command value (0 to FFFF) to, for example, a 16-bit D / A converter 46. As a result, a DC voltage signal of, for example, 1 to 10 V corresponding to the voltage command value is output from the D / A converter 46, and the DC voltage signal is
The voltage is boosted by the 0-times DC / DC converter 52,
A high voltage of about 100 to 1000 V is applied between the anode and the cathode of the optical sensor 24. In the present embodiment, a voltage command value for determining the applied voltage V is set by the main controller 20 based on the output of the A / D converter 48 in accordance with the principle described below, whereby the signal sensitivity of the signal processing system 50 is set. Is set.
【0149】図12(A)〜図12(C)には、擬似孤
立線パターンの空間像の強度信号が、フォーカス位置に
応じて変化する様子が模式的に示されている。これらの
図は、スリット幅(2D)が十分に小さい(ほぼ無限
小)である場合の例を示す。図12(A)は、ベストフ
ォーカス状態であり、図12(B)、図12(C)の順
にデフォーカス量が増加している。デフォーカス量によ
らず、信号光(スリット透過光)の総量(積算光量)は
一定である筈であるから、図12(A)〜図12(C)
において、各山の面積s並びに総面積Sは、いずれも同
一値となる筈である。ここでは、山が5つあるので、積
算光量S=5×sである。また、信号取り込み幅は、5
ピッチ分なので、ピッチをpとして、5pである。図1
2(A)〜図12(C)において、信号強度の平均値a
veはいずれも等しく一定値(5s/5p=s/p)と
なる(図12(D)参照)。そこで、不明のフォーカス
位置で得られる信号の平均値が目標値になるまで印加電
圧V、すなわち該印加電圧Vを決定する電圧指令値(以
下、適宜、「印加電圧V」という)を調整する。FIGS. 12A to 12C schematically show how the intensity signal of the aerial image of the pseudo isolated line pattern changes according to the focus position. These figures show examples where the slit width (2D) is sufficiently small (substantially infinitesimal). FIG. 12A shows the best focus state, and the defocus amount increases in the order of FIGS. 12B and 12C. Since the total amount (integrated light amount) of signal light (slit transmitted light) should be constant regardless of the defocus amount, FIGS. 12 (A) to 12 (C)
, The area s and the total area S of each mountain should be the same value. Here, since there are five peaks, the integrated light amount S = 5 × s. The signal capture width is 5
Since it is equal to the pitch, the pitch is 5p, where p is the pitch. FIG.
2 (A) to FIG. 12 (C), the average signal intensity a
ve are equally constant (5s / 5p = s / p) (see FIG. 12D). Therefore, the applied voltage V, that is, a voltage command value for determining the applied voltage V (hereinafter, appropriately referred to as “applied voltage V”) is adjusted until the average value of the signal obtained at the unknown focus position reaches the target value.
【0150】図12(A)より、設計上の線幅をwとし
て、 PEAK=s/w ……(9) となり、一方、 s=ave×p ……(10) である。From FIG. 12A, PEAK = s / w (9), where s is the line width in design, and s = ave × p (10).
【0151】従って、次式(11)が成立する。 PEAK=s/w=ave×p/w ……(11)Therefore, the following equation (11) is established. PEAK = s / w = ave × p / w (11)
【0152】すなわち、目標とする平均値aveにより
擬似孤立線の場合のベストフォーカスにおけるピーク値
PEAKは上式(11)で換算される。従って、上式
(11)によって算出されるピーク値PEAKが、信号
処理回路42のダイナミックレンジ内にほぼ収まるよう
に印加電圧Vを決定することにより、ダイナミックレン
ジを最大限有効に活用した信号感度の設定が可能とな
る。That is, the peak value PEAK at the best focus in the case of a pseudo isolated line is converted by the above equation (11) based on the target average value ave. Therefore, by determining the applied voltage V such that the peak value PEAK calculated by the above equation (11) substantially falls within the dynamic range of the signal processing circuit 42, the signal sensitivity of the dynamic range can be effectively utilized. Setting is possible.
【0153】しかるに、スリットは現実には有限の幅を
有するので、現実には、上記のような設定は、特別の場
合(例えばスリット幅(0.2μm)とライン幅とが一
致したような場合)以外は、適用はできないものと考え
られる。スリットが有限の幅を有する場合、スリットの
幅で信号は鈍る。ダイナミックレンジを有功活用するに
は、鈍る前のピークに鈍った信号のピーク値を合わせる
必要がある。そこで、以下では、スリット幅が十分小の
ときの信号ピーク値に信号が鈍ったときの信号ピークを
一致させるための方法について説明する。However, since the slit actually has a finite width, the above setting is actually used in a special case (for example, when the slit width (0.2 μm) and the line width coincide with each other). Other than ()) are not considered applicable. If the slit has a finite width, the signal will be dull at the width of the slit. In order to effectively utilize the dynamic range, it is necessary to match the peak value of the dull signal with the peak before dulling. Therefore, a method for matching the signal peak value when the signal is dull to the signal peak value when the slit width is sufficiently small will be described below.
【0154】まず、図13(A)に示されるように、対
象マークの空間像PM’の走査方向の幅MARKがスリ
ット22の幅2Dよりも大きい場合について説明する。First, as shown in FIG. 13A, a case where the width MARK of the target mark in the scanning direction of the spatial image PM ′ is larger than the width 2D of the slit 22 will be described.
【0155】図13(B)には、スリット幅が十分小さ
い(無限小)の空間像PM’の強度信号が示され、図1
3(C)には、スリット幅が2Dが有限の場合の空間像
PM’の強度信号が示されている。これらの図におい
て、ピーク値をともにPEAKとすると、面積SA=面
積SBと近似することができる。従って、次式(12)
が成立する。 PEAK =SA/MARK=SB /MARK ……(12)FIG. 13B shows an intensity signal of an aerial image PM ′ having a sufficiently small slit width (infinitely small).
FIG. 3 (C) shows the intensity signal of the aerial image PM ′ when the slit width is 2D finite. In these figures, if both the peak values are PEAK, the area SA can be approximated to the area SB. Therefore, the following equation (12)
Holds. PEAK = SA / MARK = SB / MARK (12)
【0156】上式(12)により、有限の幅を有するス
リット22の走査により得られた光電変換信号の1山分
の積分値と計測マークの空間像PM’の走査方向の幅
(設計値)とに基づいて、スリット22の幅が十分小の
とき(ベストフォーカス状態にほぼ近いとき)の信号ピ
ーク値を算出することができる。この式(12)は、上
記式(11)のs、wをそれぞれSB,MARKに置き
換えたものとみることができ、実質的には等価である。
すなわち、光電変換信号の1山分の積分値(面積)をマ
ーク幅で割ることにより、スリット幅が十分小のときの
ピーク値PEAKを算出することができる。従って、式
(12)に基づいて算出したピーク値PEAKが信号処
理回路42のダイナミックレンジ内にほぼ収まるように
印加電圧Vを決定することにより、ダイナミックレンジ
を最大限有効に活用した信号感度の設定が可能となる。According to the above equation (12), the integrated value of one peak of the photoelectric conversion signal obtained by scanning the slit 22 having a finite width and the width (design value) of the spatial image PM ′ of the measurement mark in the scanning direction. Based on the above, the signal peak value when the width of the slit 22 is sufficiently small (when it is almost close to the best focus state) can be calculated. This equation (12) can be regarded as the equation (11) in which s and w are replaced with SB and MARK, respectively, and are substantially equivalent.
That is, the peak value PEAK when the slit width is sufficiently small can be calculated by dividing the integral value (area) of one peak of the photoelectric conversion signal by the mark width. Therefore, by determining the applied voltage V such that the peak value PEAK calculated based on the equation (12) substantially falls within the dynamic range of the signal processing circuit 42, the signal sensitivity is set so that the dynamic range is effectively used. Becomes possible.
【0157】次に、図14(A)に示されるように、対
象マークの空間像PM’の走査方向の幅がスリットの幅
2Dよりも小さい場合について説明する。Next, as shown in FIG. 14A, the case where the width of the spatial image PM ′ of the target mark in the scanning direction is smaller than the width 2D of the slit will be described.
【0158】図14(B)には、スリット幅が十分小さ
い(無限小の)空間像PM’の強度信号が示され、図1
4(C)には、スリット幅2Dが有限の場合の空間像P
M’の強度信号が示されている。これらの図において、
ピーク値をともにPEAKとすると、次式(13)が成
立する。 PEAK =SC/MARK=SD /2D ……(13)FIG. 14B shows an intensity signal of an aerial image PM ′ having a sufficiently small slit width (infinitely small), and FIG.
4 (C) shows an aerial image P when the slit width 2D is finite.
The intensity signal of M 'is shown. In these figures,
Assuming that both peak values are PEAK, the following equation (13) holds. PEAK = SC / MARK = SD / 2D (13)
【0159】上式(13)により、有限の幅を有するス
リット22の走査により得られた光電変換信号の1山分
の積分値とスリット幅2Dとに基づいて、スリット22
の幅が十分小のとき(ベストフォーカス状態にほぼ近い
とき)の信号ピーク値を算出することができる。すなわ
ち、光電変換信号の1山分の積分値(面積)をスリット
幅2Dで割ることにより、スリット幅が十分小のときの
ピーク値PEAKを算出することができる。従って、式
(13)に基づいて算出したPEAKが信号処理回路4
2のダイナミックレンジ内にほぼ収まるように印加電圧
Vを決定することにより、ダイナミックレンジを最大限
有効に活用した信号感度の設定が可能となる。According to the above equation (13), the slit 22 is calculated based on the integral value of one peak of the photoelectric conversion signal obtained by scanning the slit 22 having a finite width and the slit width 2D.
Can be calculated when the width is sufficiently small (when it is almost close to the best focus state). That is, the peak value PEAK when the slit width is sufficiently small can be calculated by dividing the integral value (area) of one peak of the photoelectric conversion signal by the slit width 2D. Therefore, the PEAK calculated based on the equation (13) is the signal processing circuit 4
By determining the applied voltage V so as to substantially fall within the dynamic range of 2, the signal sensitivity can be set while making the most of the dynamic range.
【0160】以上の関係から明らかなように、有限の幅
を有するスリット22の走査により得られた光電変換信
号の1山分の積分値を、計測マークの空間像PM’の線
幅(設計値:計測マークの線幅×投影倍率)とスリット
幅2Dのうちの大きい方の寸法で除した値に基づいて、
信号処理系50のダイナミックレンジを最大限有効に活
用できるように信号処理系50の信号感度を設定するこ
とが可能となる。As is apparent from the above relationship, the integral value of one peak of the photoelectric conversion signal obtained by scanning the slit 22 having a finite width is determined by the line width (design value) of the aerial image PM ′ of the measurement mark. : Line width of measurement mark x projection magnification) and the value obtained by dividing by the larger dimension of slit width 2D.
It is possible to set the signal sensitivity of the signal processing system 50 so that the dynamic range of the signal processing system 50 can be effectively used as much as possible.
【0161】以上のようにして決定される、信号処理系
50のダイナミックレンジを最大限有効に活用できるよ
うに信号処理系50の信号感度を設定するための印加電
圧V、すなわち当該印加電圧Vを決定する電圧指令値
は、通常は一度設定したら変化しない筈の値であるから
一度最適値が求まった後は、記憶装置51に記憶するこ
とが望ましい。但し、この印加電圧Vは、対象となる計
測マークの種類(L/Sマークの場合のデューティ比、
線幅)、照明条件(通常照明、小σ照明、輪帯照明、変
形照明の照明種類の他、コヒーレンスファクタσ値、輪
帯照明の場合の輪帯比等をも含む)、及び投影光学系P
Lの開口数、照明光の波長などを含む広義の露光条件に
よって異なる。The applied voltage V for setting the signal sensitivity of the signal processing system 50 so that the dynamic range of the signal processing system 50 determined as described above can be utilized most effectively, that is, the applied voltage V The voltage command value to be determined is normally a value that should not change once it is set, so it is desirable to store it in the storage device 51 once the optimum value has been obtained. However, this applied voltage V depends on the type of the target measurement mark (the duty ratio in the case of the L / S mark,
Line width), illumination conditions (including illumination types of normal illumination, small σ illumination, annular illumination, deformed illumination, coherence factor σ value, annular ratio in the case of annular illumination, etc.), and projection optical system P
It depends on exposure conditions in a broad sense including the numerical aperture of L, the wavelength of illumination light, and the like.
【0162】そこで、本実施形態では、通常想定される
種々の露光条件下で、前述したスリットスキャン方式の
空間像計測によるフォーカス計測、及び信号感度の設定
を行い、露光条件毎に最適な電圧指令値(印加電圧V)
を予め求めて、記憶装置51に記憶している。そして、
露光装置の通常の運転中に、フォーカスキャリブレーシ
ョン等のため、空間像計測を行う際には、主制御装置2
0では、そのときの露光条件(照明条件、対象となる計
測マークの種類、開口数、波長など)に対応する電圧指
令値を記憶装置51から読み出してその電圧指令値をD
/Aコンバータ46に対する電圧指令値として与えるよ
うになっている。Therefore, in this embodiment, under various exposure conditions that are normally assumed, focus measurement by the above-described slit scan type aerial image measurement and setting of signal sensitivity are performed, and an optimal voltage command is set for each exposure condition. Value (applied voltage V)
Are obtained in advance and stored in the storage device 51. And
When performing aerial image measurement for focus calibration or the like during normal operation of the exposure apparatus, the main controller 2
In the case of 0, a voltage command value corresponding to the exposure condition (illumination condition, type of target measurement mark, numerical aperture, wavelength, etc.) at that time is read from the storage device 51, and the voltage command value is set to D.
/ A converter 46 is provided as a voltage command value.
【0163】ところで、露光装置の性能を良好に維持す
るためには、定期的に、フォーカスキャリブレーション
を行うとともに、ドーズ量(露光量)のキャリブレーシ
ョンも行う必要がある。ここで、本実施形態の露光装置
で行われるドーズ量のキャリブレーションについて説明
する。Incidentally, in order to maintain good performance of the exposure apparatus, it is necessary to periodically perform focus calibration and also perform calibration of a dose amount (exposure amount). Here, the calibration of the dose performed by the exposure apparatus of the present embodiment will be described.
【0164】本実施形態では、露光量のキャリブレーシ
ョンのため、記憶装置51には、種々の露光条件下にお
いて求められた基準強度値、ここでは、種々の露光条件
下におけるベストフォーカス位置かつベストドーズ量で
の空間像に対応する光強度信号(光電変換信号)のピー
ク値が、それぞれ記憶されている。In the present embodiment, the reference intensity values obtained under various exposure conditions, that is, the best focus position and the best dose under various exposure conditions, are stored in the storage device 51 for the calibration of the exposure amount. The peak value of the light intensity signal (photoelectric conversion signal) corresponding to the aerial image in the amount is stored.
【0165】ここで、この基準強度値の求め方(決定の
方法)について、説明する。Here, a method of obtaining (determining) the reference intensity value will be described.
【0166】まず、露光装置100の製造段階における
装置調整時、又は定期的な装置調整時において、少なく
とも1つの露光条件下で、前述した焼き付け法により所
定の計測マークPMを用いて、ベスト露光量の計測が行
われる。この場合、ベスト露光量は、計測マークPMを
投影光学系PLを介してウエハW上に転写して得られる
レジスト像の線幅がベストフォーカス時に所定の線幅と
なる光量として決定される。具体的には、レジスト像の
線幅が計測マークPMを構成するラインパターンの線幅
の投影倍率倍の線幅とほぼ一致する光量をベスト光量と
することができる。First, at the time of device adjustment in the manufacturing stage of the exposure device 100 or at the time of periodic device adjustment, under the at least one exposure condition, the best exposure amount is obtained by using the predetermined measurement mark PM by the printing method described above. Is measured. In this case, the best exposure amount is determined as a light amount at which the line width of the resist image obtained by transferring the measurement mark PM onto the wafer W via the projection optical system PL becomes a predetermined line width at the time of best focus. Specifically, the best light amount can be the light amount at which the line width of the resist image substantially coincides with the line width of the line width of the line pattern constituting the measurement mark PM times the projection magnification.
【0167】そして、オペレータは、上述のようにして
得たベスト露光量を目標光量として、入出力装置30を
介して主制御装置20に入力する。次に、オペレータが
計測開始を指示すると、この指示に応じて、主制御装置
20では、前記目標光量に光量を設定した露光条件下
(基準計測条件下)で、前記計測マークPMを対象マー
クとして、前述したベストフォーカス位置の計測を行
う。すなわち、主制御装置20では、照明光ILが計測
マークPM部分のみに照射されるように照明領域を規定
した状態で、照明光ILをレチクルRに照射して、計測
マークPMの空間像計測を前述と同様にスリットスキャ
ン方式により行う。この際、主制御装置20では、スリ
ット板90のZ軸方向の位置(すなわち、ウエハステー
ジWSTのZ位置)を例えば0.1μmピッチで15ス
テップ程度)変化させつつ、複数回繰り返し、各回の光
強度信号(光電変換信号)を内部メモリに記憶する(基
準計測工程)。Then, the operator inputs the best exposure amount obtained as described above as a target light amount to the main controller 20 via the input / output device 30. Next, when the operator instructs the start of measurement, in response to the instruction, the main controller 20 sets the measurement mark PM as the target mark under the exposure condition (reference measurement condition) in which the target light amount is set to the light amount. The best focus position is measured as described above. That is, the main controller 20 irradiates the reticle R with the illumination light IL in a state where the illumination area is defined so that the illumination light IL is emitted only to the measurement mark PM, and measures the spatial image of the measurement mark PM. This is performed by the slit scan method as described above. At this time, main controller 20 repeats a plurality of times while changing the position of slit plate 90 in the Z-axis direction (ie, the Z position of wafer stage WST) at, for example, about 15 steps at a pitch of 0.1 μm. The intensity signal (photoelectric conversion signal) is stored in an internal memory (reference measurement step).
【0168】そして、スリット板90のZ軸方向の位置
毎に得られた前記光電変換信号に基づいて前述した第1
の方法又は第2の方法で、この基準計測条件下における
投影光学系PLのベストフォーカス位置を求める。図1
5には、このようにして求められたベストフォーカス位
置に対応する光電変換信号PSの一例が示されている。
そこで、主制御装置20では、この光電変換信号PSの
例えばピーク値PK(図15の点線のレベル)を基準強
度値として決定し、記憶装置51に記憶する(基準強度
値決定工程)。Then, based on the photoelectric conversion signal obtained at each position of the slit plate 90 in the Z-axis direction, the first
Or the second method, the best focus position of the projection optical system PL under this reference measurement condition is determined. FIG.
5 shows an example of the photoelectric conversion signal PS corresponding to the best focus position thus obtained.
Therefore, the main controller 20 determines, for example, the peak value PK (the level indicated by the dotted line in FIG. 15) of the photoelectric conversion signal PS as the reference intensity value and stores it in the storage device 51 (reference intensity value determination step).
【0169】この場合において、計測精度、及び計測再
現性の向上のためには、上記の基準計測工程と基準強度
値決定工程とを複数回繰り返し、それぞれの回で求めた
ピーク値の平均値を、基準強度値とすることが望まし
い。In this case, in order to improve the measurement accuracy and the measurement reproducibility, the above-described reference measurement step and reference intensity value determination step are repeated a plurality of times, and the average value of the peak values obtained in each time is calculated. , A reference intensity value.
【0170】上述のようにして決定されるベスト露光量
も、露光条件に応じて異なるため、それに応じて基準強
度値を定めることが望ましい。そこで、本実施形態で
は、異なる複数の露光条件(対象となる計測マークの種
類(L/Sマークの場合のデューティ比、線幅)、照明
条件(通常照明、小σ照明、輪帯照明、変形照明の照明
種類の他、コヒーレンスファクタσ値、輪帯照明の場合
の輪帯比等をも含む)、及び投影光学系PLの開口数、
照明光の波長などを含む広義の露光条件)について、焼
き付け法により、ベスト露光量を予め決定する。そし
て、そのベスト露光量を目標露光量として、上記の基準
計測工程及び基準強度値決定工程を、繰り返し行い、そ
れぞれの露光条件下における基準強度値(光電変換信号
のピーク値)を求めておく。そして、このようにして求
めた、基準強度値が、記憶装置51に記憶されている。Since the best exposure amount determined as described above also varies depending on the exposure conditions, it is desirable to determine the reference intensity value accordingly. Therefore, in the present embodiment, a plurality of different exposure conditions (types of target measurement marks (duty ratio and line width in case of L / S mark, line width)) and illumination conditions (normal illumination, small σ illumination, annular illumination, deformation In addition to the illumination type of illumination, it also includes a coherence factor σ value, an annular ratio in the case of annular illumination, and the like), a numerical aperture of the projection optical system PL,
With respect to exposure conditions in a broad sense including the wavelength of illumination light, etc., the best exposure amount is determined in advance by a printing method. Then, the above-described reference measurement step and reference intensity value determination step are repeatedly performed using the best exposure amount as a target exposure amount, and a reference intensity value (peak value of a photoelectric conversion signal) under each exposure condition is obtained. Then, the reference intensity value obtained in this way is stored in the storage device 51.
【0171】そして、露光装置100の使用時には、主
制御装置20では、その時点で設定されている露光条件
(前述した基準強度値決定が行われている複数の露光条
件のうちから選択された1つの露光条件)下で、所定の
インターバル、例えば所定枚数(1枚を含む)のウエハ
の露光が終了した度毎に、前述したスリットスキャン方
式の空間像計測を利用した投影光学系PLのベストフォ
ーカス位置の計測を前述と同様の方法により行い(実計
測工程)、計測されたベストフォーカス位置に対応する
光電変換信号のピーク値を対象強度値とする(算出工
程)。そして、主制御装置20では、記憶装置51から
その時点で設定されている露光条件下における基準強度
値を読み出し、該基準強度値と前記対象強度値とを比較
し、その比較の結果に基づいて、照明光路中の照明光透
過率の変化(像面照度の変化)を算出し、算出結果に応
じてレチクルパターン転写時の露光量を設定する(露光
量設定工程)。When the exposure apparatus 100 is used, the main controller 20 sets the exposure condition set at that time (the one selected from the plurality of exposure conditions for which the above-described reference intensity value determination is performed). The best focus of the projection optical system PL using the aforesaid slit scan aerial image measurement every time exposure of a predetermined number of wafers (including one wafer) is completed under a predetermined interval, for example, under one exposure condition). The position is measured by the same method as described above (actual measurement step), and the peak value of the photoelectric conversion signal corresponding to the measured best focus position is set as the target intensity value (calculation step). Then, the main controller 20 reads the reference intensity value under the exposure condition set at that time from the storage device 51, compares the reference intensity value with the target intensity value, and based on the result of the comparison. Then, a change in the illumination light transmittance in the illumination optical path (a change in image plane illuminance) is calculated, and an exposure amount at the time of reticle pattern transfer is set according to the calculation result (exposure amount setting step).
【0172】例えば、主制御装置20では、対象強度値
が所定の許容範囲内で基準強度値と一致しているか否か
を判断することにより像面照度の劣化を監視することが
できる。For example, main controller 20 can monitor the deterioration of the image plane illuminance by determining whether or not the target intensity value matches the reference intensity value within a predetermined allowable range.
【0173】また、主制御装置20では、基準強度値に
対して対象強度値が何%低下しているかを算出すること
により、露光時の露光量(像面照度)の補正量を容易に
算出することができ、露光開始直前に露光量を適切に設
定することができる。この露光量の補正は、補正量が小
さい場合には、例えば、主制御装置20が光源1からの
パルス発光の繰り返し周波数(単位時間当たりのパルス
数)を調整することに行う。また、補正量が大きい場合
には、例えば、主制御装置20が照明系10内のNDフ
ィルタ(減光フィルタ)(図2参照)の減光率の変更と
光源1の繰り返し周波数の調整とを組み合わせて行うこ
とにより行う。Further, main controller 20 easily calculates the correction amount of the exposure amount (image surface illuminance) at the time of exposure by calculating what percentage of the target intensity value is lower than the reference intensity value. The exposure amount can be appropriately set immediately before the start of the exposure. When the correction amount is small, for example, the main controller 20 adjusts the repetition frequency of the pulse emission from the light source 1 (the number of pulses per unit time) when the correction amount is small. When the correction amount is large, for example, the main controller 20 changes the dimming rate of the ND filter (dimming filter) (see FIG. 2) in the illumination system 10 and adjusts the repetition frequency of the light source 1. It is performed by performing in combination.
【0174】また、前述の如く、露光装置100では、
投影光学系PLに対する照明光ILの照射により投影光
学系PLのベストフォーカス位置が変動する。そこで、
本実施形態の露光装置100では、この投影光学系PL
のベストフォーカス位置の照射変動に起因するデフォー
カスの発生を抑制すべく、ベストフォーカス位置の照射
変動に応じて、焦点位置検出系(60a,60b)の検
出オフセットの補正、すなわちキャリブレーションを行
うようになっている。本実施形態の場合、このキャリブ
レーションは、受光系60b内のプレーンパラレル74
の回転角度を調整することにより行われる。As described above, in the exposure apparatus 100,
The irradiation of the illumination light IL onto the projection optical system PL changes the best focus position of the projection optical system PL. Therefore,
In the exposure apparatus 100 of the present embodiment, the projection optical system PL
In order to suppress the occurrence of defocus due to the variation in irradiation at the best focus position, correction of the detection offset of the focus position detection system (60a, 60b), that is, calibration is performed according to the variation in irradiation at the best focus position. It has become. In the case of the present embodiment, this calibration is performed by the plane parallel 74 in the light receiving system 60b.
This is done by adjusting the rotation angle of.
【0175】以下、この焦点位置検出系(60a,60
b)の検出オフセットの補正について原理的な説明を行
う。The focus position detecting system (60a, 60
The principle of correction of the detection offset in b) will be described.
【0176】すなわち、本実施形態では、少なくとも露
光条件下で、投影光学系PLに対して照明光ILを所定
時間照射し続けた状態で、計測マークPMを対象パター
ンとして、前述したベストフォーカス位置の計測を、連
続的又は所定間隔で断続的に繰り返し計測することによ
り、時々刻々変化する投影光学系のベストフォーカス位
置を求める。この結果得られた各ベストフォーカス位置
のデータを、横軸を時間t、縦軸をZ位置とする座標系
上でプロットし、適当な関数でフィッティングすると、
例えば図16に時間t0〜t2での区間で示されるよう
な、投影光学系PLに対する照明光ILの照射量の変化
と、投影光学系PLのベストフォーカス位置の変化との
関係を示す変化曲線が得られる。投影光学系PLの初期
のベストフォーカス位置をZ0として時間t0から投影光
学系PLに照明光を入射すると、時間とともに指数関数
的にベストフォーカス位置が変動し、時間t1において
一定の位置Z1に安定する。この位置Z1はそのときの入
射エネルギに対応した変動の飽和点である。That is, in the present embodiment, at least under the exposure condition, the illumination optical system PL is continuously irradiated with the illumination light IL for a predetermined time, and the measurement mark PM is set as the target pattern and the above-described best focus position is determined. By measuring the measurement continuously or intermittently at predetermined intervals, the best focus position of the projection optical system that changes every moment is obtained. When the data of each best focus position obtained as a result is plotted on a coordinate system in which the horizontal axis is time t and the vertical axis is the Z position, and fitted with an appropriate function,
For example, as shown in the section at time t 0 ~t 2 in FIG. 16, the change indicating the irradiation amount of change of the illumination light IL, the relationship between the change in the best focus position of projection optical system PL with respect to the projection optical system PL A curve is obtained. When the initial best focus position of the projection optical system PL is set to Z 0 and illumination light is incident on the projection optical system PL from time t 0 , the best focus position fluctuates exponentially with time, and a constant position Z at time t 1 . Stabilizes at 1 . The position Z 1 is the saturation point of the variation corresponding to the incident energy at that time.
【0177】次に、投影光学系PLのベストフォーカス
位置が初期値Z0に戻る程度の十分な時間経過後、時間
(t2−t0)だけ投影光学系PLに対して照明光ILを
照射し、時間Δtだけ照射を停止した後、前述したベス
トフォーカス位置の計測を行う。次に、投影光学系PL
のベストフォーカス位置が初期値Z0に戻る程度の十分
な時間経過後、時間(t2−t0)だけ投影光学系PLに
対して照明光ILを所照射し、時間2・Δtだけ照射を
停止した後、前述したベストフォーカス位置の計測を行
う。このようにして、t3−t2=n・Δtとなるn回だ
け同様の計測を繰り返す。そして、得られたn回のベス
トフォーカス位置の計測結果を上記座標系上にプロット
し、これらのプロット点を適当な関数でフィッティング
すると、図16に時間t2〜t3の区間で示されるよう
な、照明光ILの照射停止中の投影光学系PLのベスト
フォーカス位置の時間変化を示す変化曲線が得られる。
この変化曲線は、時間t2で照明光ILの照射を停止
(中止)すると、ベストフォーカス位置が時間とともに
指数関数的にZ1から元に戻り、時間t3においては初期
の位置Z0になることを示すものである。Next, after a lapse of sufficient time that the best focus position of the projection optical system PL returns to the initial value Z 0 , the projection optical system PL is irradiated with the illumination light IL for a time (t 2 -t 0 ). Then, after the irradiation is stopped for the time Δt, the above-described best focus position is measured. Next, the projection optical system PL
After a lapse of time sufficient for the best focus position to return to the initial value Z 0 , the projection optical system PL is irradiated with the illumination light IL for the time (t 2 −t 0 ), and the irradiation is performed for the time 2 · Δt. After stopping, the above-described best focus position is measured. In this way, the same measurement is repeated n times such that t 3 −t 2 = n · Δt. Then, the measurement result of the best focus position of the obtained n times plotted on the coordinate system, the fitting of these plotted points with a suitable function, as shown in a section in FIG. 16 time t 2 ~t 3 Here, a change curve indicating a time change of the best focus position of the projection optical system PL while the irradiation of the illumination light IL is stopped is obtained.
This change curve Then stop the irradiation of the illumination light IL at the time t 2 (canceled), return to the original from exponentially Z 1 with the best focus position is time, reaches the initial position Z 0 is at time t 3 It shows that.
【0178】図16に示されるような特性で飽和点まで
のベストフォーカス位置の変動量ΔZSの大きさは当然
入射エネルギ(レチクルRの透過率と照明光強度)に応
じて比例変化するが、時間t0からt1まで立ち上がりの
時定数Tuと時間t2からt3までの立ち下がりの時定数
Tdとはともに投影光学系PL固有の一定値になること
が、種々のレチクルと照明条件の下で、上記と同様の実
験を繰り返すことにより、確認された。この時定数は投
影光学系の種類、構造によっても異なるが、300〜6
00秒程度である。The magnitude of the variation ΔZ S of the best focus position up to the saturation point with the characteristic shown in FIG. 16 naturally changes proportionally according to the incident energy (the transmittance of the reticle R and the illumination light intensity). time from t 0 t 1 may become both the projection optical system PL specific constant value to the constant Td when falling from the constant Tu and time t 2 when rising up t 3 to, various reticle and illumination condition This was confirmed by repeating the same experiment as above. This time constant varies depending on the type and structure of the projection optical system.
It is about 00 seconds.
【0179】本実施形態では、図16に示されるような
ベストフォーカス位置の照射変動特性曲線がテーブルデ
ータとして、記憶装置51に記憶されている。In this embodiment, the irradiation fluctuation characteristic curve at the best focus position as shown in FIG. 16 is stored in the storage device 51 as table data.
【0180】そして、露光装置100の通常の使用中に
は、主制御装置20は、照明系10内のインテグレータ
センサ53での計測値の積算値(又は光源1内のエネル
ギモニタの計測値の積算値、あるいは光源1の発光パル
ス数の総数と1パルス当たりのパルスエネルギ値の積)
と、経過時間とに基づいて、初期時から現在までの照明
光エネルギの投影光学系PLに対する照射履歴を常時求
め、その照射履歴に対応するベストフォーカス位置の照
射変動に応じて、一定のインターバルで露光開始直前に
プレーンパラレル74の回転角を調整して焦点検出系
(60a,60b)の検出オフセットを補正する、すな
わちフォーカスキャリブレーションを実行するようにな
っている。During normal use of the exposure apparatus 100, the main controller 20 controls the integrated value of the measured value of the integrator sensor 53 in the illumination system 10 (or the integrated value of the energy monitor in the light source 1). Value or the product of the total number of light emission pulses of the light source 1 and the pulse energy value per pulse)
And the elapsed time, the irradiation history of the illumination light energy from the initial time to the present time on the projection optical system PL is always obtained, and at regular intervals in accordance with the irradiation fluctuation of the best focus position corresponding to the irradiation history. Immediately before the start of exposure, the rotation angle of the plane parallel 74 is adjusted to correct the detection offset of the focus detection system (60a, 60b), that is, focus calibration is performed.
【0181】なお、記憶装置51内に単一の露光条件下
(レチクル透過率と照明光強度)で計測したベストフォ
ーカス位置の照射変動特性曲線しかない場合には、主制
御装置20では、現実のレチクルRの透過率と照明光強
度と、計測時のレチクル透過率と照明光強度とに基づい
て比例計算により、照射変動を算出するようにすれば良
い。If the storage device 51 has only the irradiation fluctuation characteristic curve of the best focus position measured under a single exposure condition (reticle transmittance and illumination light intensity), the main controller 20 controls the actual Irradiation variation may be calculated by proportional calculation based on the transmittance of the reticle R, the illumination light intensity, and the reticle transmittance and the illumination light intensity at the time of measurement.
【0182】これまでの説明から明らかなように、本実
施形態では、主制御装置20によって、計測処理装置、
露光量設定装置、信号感度設定装置が構成され、また、
この主制御装置20と駆動部81とによって補正装置が
構成されている。As is clear from the above description, in the present embodiment, the measurement processing device,
An exposure amount setting device and a signal sensitivity setting device are configured, and
The main control device 20 and the drive section 81 constitute a correction device.
【0183】以上詳細に説明したように、本実施形態の
露光装置100によると、実際の露光の際には、主制御
装置20では、その露光条件下で、前述したスリットス
キャン方式の空間像計測法によるベストフォーカス位置
の計測を行い、その計測されたベストフォーカス位置に
対応する空間像の光電変換信号のピーク値である対象強
度値を、記憶装置51内に記憶されているその露光条件
に対応する基準強度値と比較した結果に基づいて、露光
量を適切に設定することができる。従って、従来のよう
に焼き付け、現像等の過程を経ることなく、空間像計測
により簡易に適切な露光量を設定することが可能とな
る。しかも、主制御装置20では、上記の露光量の設定
のための計測を、例えば所定枚数のウエハWに対する露
光が終了した度毎に行うことができるので、常に適切な
露光量で露光を行うことが可能となる。As described above in detail, according to the exposure apparatus 100 of the present embodiment, during actual exposure, the main controller 20 performs the above-described slit scan type aerial image measurement under the exposure conditions. The best focus position is measured by the method, and the target intensity value which is the peak value of the photoelectric conversion signal of the aerial image corresponding to the measured best focus position corresponds to the exposure condition stored in the storage device 51. The exposure amount can be appropriately set based on the result of comparison with the reference intensity value. Therefore, it is possible to easily set an appropriate exposure amount by aerial image measurement without going through a process such as printing and development as in the related art. Moreover, since the main controller 20 can perform the measurement for setting the exposure amount, for example, every time the exposure of a predetermined number of wafers W is completed, the exposure can always be performed with an appropriate exposure amount. Becomes possible.
【0184】また、主制御装置20では、所定のインタ
ーバルで投影光学系PLのベストフォーカス位置の照射
変動に応じて、前述したフォーカスキャリブレーション
を繰り返し行うので、連続的に露光を繰り返し行う際
に、デフォーカスによる露光精度の低下を抑制して、レ
チクルRのパターンを投影光学系PLを介してウエハW
上に精度良く転写することが可能となる。In the main controller 20, the above-mentioned focus calibration is repeatedly performed at predetermined intervals according to the irradiation fluctuation of the best focus position of the projection optical system PL. A pattern of the reticle R is projected onto the wafer W through the projection optical system PL while suppressing a decrease in exposure accuracy due to defocus.
It is possible to transfer the image with high accuracy.
【0185】また、本実施形態の露光装置100で行わ
れる信号処理系50の信号感度設定方法によると、投影
光学系PLの物体面上で例えばX軸方向に伸びる所定線
幅の線状パターン(計測マーク)PMを介して照明光I
Lを投影光学系PLを介して像面上に照射し、像面上で
例えばX軸方向に伸びる所定幅のスリット22を、例え
ばY軸方向に沿って照明光ILに対して走査するととも
に、スリット22を介した照明光ILを光センサ24で
受光し該受光した光の強度に応じた光電変換信号に変換
する。そして、光電変換信号の積分値に基づいて、前述
したようにな方法により、信号処理系50のダイナミッ
クレンジを最大限有効に活用できるように信号処理系5
0の信号感度を設定する。このように、信号処理系50
のダイナミックレンジが最大限有効に活用できるように
信号感度が設定される結果、高い分解能での照明光IL
の強度分布、すなわち、上記実施形態の場合は、計測マ
ークPMの空間像PM’に対応する光強度分布の計測が
可能となる。According to the signal sensitivity setting method of the signal processing system 50 performed by the exposure apparatus 100 of the present embodiment, a linear pattern having a predetermined line width extending in the X-axis direction on the object plane of the projection optical system PL, for example. Measurement mark) Illumination light I via PM
L is irradiated onto the image plane via the projection optical system PL, and the slit 22 having a predetermined width extending in the X-axis direction on the image plane is scanned with the illumination light IL along the Y-axis direction, for example. The illumination light IL passing through the slit 22 is received by the optical sensor 24 and converted into a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the received light. Then, based on the integrated value of the photoelectric conversion signal, the signal processing system 5 is used in such a manner as described above so that the dynamic range of the signal processing system 50 can be utilized as effectively as possible.
Set a signal sensitivity of 0. Thus, the signal processing system 50
As a result, the signal sensitivity is set so that the dynamic range of the illumination light IL can be used as effectively as possible.
, That is, in the case of the above embodiment, the light intensity distribution corresponding to the aerial image PM ′ of the measurement mark PM can be measured.
【0186】なお、上記実施形態では、所定の計測マー
クPMについての目標光量に光量を設定した基準計測条
件下におけるベストフォーカス位置に対応する光電変換
信号のピーク値を、露光量設定の基準となる基準強度値
として決定す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。すなわち、基準強度値は、
計測マークを露光する際のベスト露光量と何らかの関係
のある値に定めておけば良い。例えば、所定の計測マー
クPMについての目標光量に光量を設定した基準計測条
件下におけるベストフォーカス位置に対応する計測マー
クPMの空間像の光電変換信号と、計測マークPMを構
成するラインパターンの線幅とに基づいて設定される強
度値を、基準強度値として決定することもできる。具体
的には、例えば上記光電変換信号波形と所定のスライス
レベルとの2つの交点間距離が、ラインパターンの線幅
の投影倍率倍の値に一致するスライスレベルを基準強度
値とすることができる。In the above embodiment, the peak value of the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position under the reference measurement condition where the light amount is set to the target light amount for the predetermined measurement mark PM is used as a reference for setting the exposure amount. The case where the reference intensity value is determined has been described, but the present invention is not limited to this. That is, the reference intensity value is
The value may be set to a value that has some relationship with the best exposure amount when exposing the measurement mark. For example, the photoelectric conversion signal of the spatial image of the measurement mark PM corresponding to the best focus position under the reference measurement condition in which the light amount is set to the target light amount for the predetermined measurement mark PM, and the line width of the line pattern forming the measurement mark PM May be determined as the reference intensity value. Specifically, for example, a slice level at which a distance between two intersections between the photoelectric conversion signal waveform and a predetermined slice level matches a value obtained by multiplying a line pattern line width by a projection magnification can be used as a reference intensity value. .
【0187】なお、上で説明した信号感度(検出感度)
の設定手法は、PMTを光センサとして用いる場合に限
らず、他の光電変換素子の検出感度の設定、例えばその
光電変換素子の出力増幅部を構成するアンプのゲインを
設定する場合にも適用することが可能である。Note that the signal sensitivity (detection sensitivity) described above is used.
Is applied not only to the case where the PMT is used as an optical sensor, but also to the case where the detection sensitivity of another photoelectric conversion element is set, for example, the case where the gain of an amplifier constituting an output amplifier of the photoelectric conversion element is set. It is possible.
【0188】図17(A)には、光センサとしてシリコ
ンフォトダイオード(SPD)24’が用いられ、主制
御装置20によりゲイン可変増幅器(可変増幅率アン
プ)144のゲインを設定する場合の回路構成のブロッ
ク図が示されている。この場合、主制御装置20では、
前述した実施形態でPMTに対する印加電圧Vを設定し
たのと同様にして、可変増幅率アンプ144のゲインを
算出し、設定する。これにより、SPD24’からの光
電変換信号が可変増幅率アンプ144でその設定された
ゲインに応じた増幅率で増幅され、A/Dコンバータ1
46でディジタル変換されたディジタル信号が主制御装
置20に空間像強度信号として入力される。この場合
も、A/Dコンバーター146のダイナミックレンジを
最大限有効に活用できるように信号処理系(SPD2
4’、可変増幅率アンプ144、A/Dコンバータ14
6から成る処理系)の検出感度が設定される。FIG. 17A shows a circuit configuration in which a silicon photodiode (SPD) 24 ′ is used as an optical sensor and the gain of a variable gain amplifier (variable gain amplifier) 144 is set by main controller 20. Is shown in FIG. In this case, main controller 20
The gain of the variable gain amplifier 144 is calculated and set in the same manner as the setting of the applied voltage V to the PMT in the above-described embodiment. As a result, the photoelectric conversion signal from the SPD 24 'is amplified by the variable gain amplifier 144 with the gain according to the set gain, and the A / D converter 1
The digital signal digitally converted at 46 is input to main controller 20 as an aerial image intensity signal. Also in this case, the signal processing system (SPD2) is used so that the dynamic range of the A / D converter 146 can be utilized as effectively as possible.
4 ', variable gain amplifier 144, A / D converter 14
6) is set.
【0189】可変増幅率アンプ144としては、例えば
図17(B)に示されるような、オペアンプ148と、
可変帰還抵抗152とから成る反転増幅アンプが用いら
れる。この図17(B)の反転増幅アンプ(可変増幅率
アンプ)では、オぺアンプ148の非反転入力はグラウ
ンド(G)されている。また、反転入力にはSPDから
の入力信号(In)と可変帰還抵抗152を介したフィ
ードバック信号が入力される。ここで、可変帰還抵抗1
52としては、例えば16ビット程度の精度のラダー式
D/Aコンバータを用いることが望ましい。ラダー式D
/Aコンバータは、スイッチと抵抗とを有し、16ビッ
トのダイナミックレンジと精度により抵抗値を可変する
能力を有する。As the variable gain amplifier 144, for example, an operational amplifier 148 as shown in FIG.
An inverting amplifier composed of a variable feedback resistor 152 is used. In the inverting amplifier (variable gain amplifier) of FIG. 17B, the non-inverting input of the operational amplifier 148 is grounded (G). The input signal (In) from the SPD and the feedback signal via the variable feedback resistor 152 are input to the inverting input. Here, the variable feedback resistor 1
As 52, it is desirable to use a ladder type D / A converter with an accuracy of, for example, about 16 bits. Ladder type D
The / A converter has a switch and a resistor, and has a capability of changing a resistance value with a 16-bit dynamic range and accuracy.
【0190】なお、上記実施形態では、最適な電圧指令
値(印加電圧V)、及び基準強度値が、露光条件毎に予
め求められ、これらが記憶装置51に記憶されているも
のとしたが、本発明がこれに限定されるものではなく、
記憶装置には、少なくとも1つの露光条件についての基
準強度値等が記憶されていれば良い。In the above embodiment, the optimal voltage command value (applied voltage V) and the reference intensity value are obtained in advance for each exposure condition, and these are stored in the storage device 51. The present invention is not limited to this,
The storage device only needs to store a reference intensity value or the like for at least one exposure condition.
【0191】また、上記実施形態では、投影光学系PL
のベストフォーカス位置の照射変動に応じて焦点検出系
(60a,60b)の検出オフセットを補正するため、
受光系60b内のプレーンパラレル74の傾斜角を調整
することにより、フォーカスキャリブレーションを行う
場合について説明したが、これに限らず、焦点検出系
(60a,60b)の検出信号に電気的なオフセットを
加えても良い。あるいは、焦点検出系(60a,60
b)の検出値そのものを演算により補正しても良い。要
は、結果的に焦点検出系(60a,60b)の検出オフ
セットが補正された状態で露光が行われれば良い。In the above embodiment, the projection optical system PL
To correct the detection offset of the focus detection system (60a, 60b) according to the irradiation variation of the best focus position of
The case where focus calibration is performed by adjusting the inclination angle of the plane parallel 74 in the light receiving system 60b has been described. However, the present invention is not limited to this, and an electrical offset is added to the detection signal of the focus detection system (60a, 60b). May be added. Alternatively, a focus detection system (60a, 60
The detection value itself in b) may be corrected by calculation. The point is that the exposure may be performed in a state where the detection offset of the focus detection systems (60a, 60b) is corrected as a result.
【0192】また、上記実施形態では、計測マークが孤
立線や、擬似孤立線から成るマークである場合にも精度
良くベストフォーカス位置を計測するためには、計測マ
ークの空間像の光電変換信号の所定の面積比を評価基準
としてベストフォーカス位置を検出する手法を採用した
が、本発明がこれに限定されないことは勿論である。例
えば計測マークがデューティ比1:1のL/Sマークで
ある場合などには、光電変換信号をフーリエ変換した1
次成分と0次成分との振幅比であるコントラスト、その
他を評価基準とするベストフォーカス位置の検出方法を
採用することは可能である。Further, in the above embodiment, even when the measurement mark is a mark composed of an isolated line or a pseudo isolated line, in order to accurately measure the best focus position, the photoelectric conversion signal of the spatial image of the measurement mark is required. Although a method of detecting the best focus position using a predetermined area ratio as an evaluation criterion is adopted, it is a matter of course that the present invention is not limited to this. For example, when the measurement mark is an L / S mark having a duty ratio of 1: 1 and the like, the photoelectric conversion signal is subjected to Fourier transform.
It is possible to adopt a method of detecting the best focus position using the contrast, which is the amplitude ratio between the next component and the zero-order component, and other evaluation criteria.
【0193】なお、上記実施形態では、本発明がステッ
プ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に適用された
場合について説明したが、これに限らず、マスクと基板
とを静止した状態でマスクのパターンを基板に転写する
とともに、基板を順次ステップ移動させるステップ・ア
ンド・リピート型の露光装置にも本発明は適用すること
ができる。In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the projection exposure apparatus of the step-and-scan method has been described. However, the present invention is not limited to this. The present invention can be applied to a step-and-repeat type exposure apparatus in which the substrate is transferred stepwise while the substrate is sequentially moved.
【0194】また、上記実施形態では、本発明が半導体
製造用の露光装置に適用された場合について説明した
が、これに限らず、例えば、角型のガラスプレートに液
晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、薄
膜磁気へッド、撮像素子、マイクロマシン、DNAチッ
プ、及びレチクルやマスクなどを製造するための露光装
置などにも本発明は広く適用できる。In the above embodiment, the case where the present invention is applied to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor has been described. However, the present invention is not limited to this. The present invention can be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing, a thin film magnetic head, an image sensor, a micromachine, a DNA chip, and an exposure apparatus for manufacturing a reticle, a mask, and the like.
【0195】また、上記実施形態では、露光用照明光と
してKrFエキシマレーザ光(248nm)、ArFエ
キシマレーザ光(193nm)などを用いる場合につい
て説明したが、これに限らず、g線(436nm)、i
線(365nm)、F2レーザ光(157nm)、銅蒸
気レーザ、YAGレーザの高調波等を露光用照明光とし
て用いることができる。Further, in the above embodiment, the case where KrF excimer laser light (248 nm), ArF excimer laser light (193 nm), or the like is used as the exposure illumination light has been described. i
A line (365 nm), an F 2 laser beam (157 nm), a harmonic of a copper vapor laser, a YAG laser, or the like can be used as exposure illumination light.
【0196】また、上記実施形態では、投影光学系とし
て縮小系かつ屈折系を用いる場合について説明したが、
これに限らず、投影光学系として等倍あるいは拡大系を
用いても良いし、屈折系、反射屈折系、あるいは反射系
のいずれを用いても良い。Further, in the above embodiment, the case where the reduction system and the refraction system are used as the projection optical system has been described.
The invention is not limited to this, and an equal magnification or magnification system may be used as the projection optical system, and any of a refraction system, a catadioptric system, and a reflection system may be used.
【0197】なお、複数のレンズから構成される照明光
学系、投影光学系PLを露光装置本体に組み込み光学調
整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルス
テージRSTやウエハステージWSTを露光装置本体に
取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整(電気調
整、動作確認等)をすることにより本実施形態の露光装
置100を製造することができる。なお、露光装置の製
造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルーム
で行うことが望ましい。The illumination optical system and the projection optical system PL composed of a plurality of lenses are incorporated in the main body of the exposure apparatus for optical adjustment, and the reticle stage RST and the wafer stage WST composed of a number of mechanical parts are mounted on the main body of the exposure apparatus. The exposure apparatus 100 of the present embodiment can be manufactured by attaching and connecting wires and pipes, and further performing overall adjustment (electric adjustment, operation confirmation, and the like). It is desirable that the manufacture of the exposure apparatus be performed in a clean room in which the temperature, cleanliness, and the like are controlled.
【0198】《デバイス製造方法》次に上述した露光装
置100をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造
方法の実施形態について説明する。<< Device Manufacturing Method >> Next, an embodiment of a device manufacturing method using the above-described exposure apparatus 100 in a lithography process will be described.
【0199】図18には、デバイス(ICやLSI等の
半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、
マイクロマシン等)の製造例のフローチャートが示され
ている。図18に示されるように、まず、ステップ20
1(設計ステップ)において、デバイスの機能・性能設
計(例えば、半導体デバイスの回路設計等)を行い、そ
の機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続
き、ステップ202(マスク製作ステップ)において、
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一
方、ステップ203(ウエハ製造ステップ)において、
シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。FIG. 18 shows devices (semiconductor chips such as ICs and LSIs, liquid crystal panels, CCDs, thin-film magnetic heads,
The flowchart of the example of manufacture of a micromachine etc. is shown. As shown in FIG.
In 1 (design step), a function / performance design of a device (for example, a circuit design of a semiconductor device) is performed, and a pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step 202 (mask manufacturing step)
A mask on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step 203 (wafer manufacturing step)
A wafer is manufactured using a material such as silicon.
【0200】次に、ステップ204(ウエハ処理ステッ
プ)において、ステップ201〜ステップ203で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成
する。次いで、ステップ205(デバイス組立てステッ
プ)において、ステップ204で処理されたウエハを用
いてデバイス組立てを行う。このステップ205には、
ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージン
グ工程(チップ封入)等の工程が必要に応じて含まれ
る。Next, in step 204 (wafer processing step), using the mask and the wafer prepared in steps 201 to 203, an actual circuit or the like is formed on the wafer by a lithography technique or the like as described later. . Next, in step 205 (device assembly step), device assembly is performed using the wafer processed in step 204. In this step 205,
Steps such as a dicing step, a bonding step, and a packaging step (chip encapsulation) are included as necessary.
【0201】最後に、ステップ206(検査ステップ)
において、ステップ205で作成されたデバイスの動作
確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程
を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。Finally, step 206 (inspection step)
In step S205, inspections such as an operation check test and a durability test of the device created in step 205 are performed. After these steps, the device is completed and shipped.
【0202】図19には、半導体デバイスにおける、上
記ステップ204の詳細なフロー例が示されている。図
19において、ステップ211(酸化ステップ)におい
てはウエハの表面を酸化させる。ステップ212(CV
Dステップ)においてはウエハ表面に絶縁膜を形成す
る。ステップ213(電極形成ステップ)においてはウ
エハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ214
(イオン打ち込みステップ)においてはウエハにイオン
を打ち込む。以上のステップ211〜ステップ214そ
れぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成して
おり、各段階において必要な処理に応じて選択されて実
行される。FIG. 19 shows a detailed flow example of step 204 in the semiconductor device. In FIG. 19, in step 211 (oxidation step), the surface of the wafer is oxidized. Step 212 (CV
In step D), an insulating film is formed on the wafer surface. In step 213 (electrode formation step), electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. Step 214
In the (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Each of the above steps 211 to 214 constitutes a pre-processing step in each stage of wafer processing, and is selected and executed according to a necessary process in each stage.
【0203】ウエハプロセスの各段階において、上述の
前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程
が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ2
15(レジスト形成ステップ)において、ウエハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップ216(露光ステッ
プ)において、上で説明したリソグラフィシステム(露
光装置)及び露光方法によってマスクの回路パターンを
ウエハに転写する。次に、ステップ218(エッチング
ステップ)において、レジストが残存している部分以外
の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そし
て、ステップ219(レジスト除去ステップ)におい
て、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除
く。In each stage of the wafer process, when the above-mentioned pre-processing step is completed, the post-processing step is executed as follows. In this post-processing step, first, in step 2
In 15 (resist forming step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step 216 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred onto the wafer by the lithography system (exposure apparatus) and the exposure method described above. Next, in step 218 (etching step), the exposed members other than the portion where the resist remains are removed by etching. Then, in step 219 (resist removing step), unnecessary resist after etching is removed.
【0204】これらの前処理工程と後処理工程とを繰り
返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。By repeating these pre-processing and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
【0205】以上説明した本実施形態のデバイス製造方
法を用いれば、露光工程(ステップ216)において上
記実施形態の露光装置が用いられるので、デフォーカ
ス、及び目標露光量の不正確な設定などが発生すること
が殆どなく、これらに起因する露光不良の発生を防止し
て、精度良くレチクルのパターンをウエハ上に転写する
ことができる。この結果、高集積度のデバイスの生産性
(歩留まりを含む)を向上させることが可能になる。If the device manufacturing method of this embodiment described above is used, the exposure apparatus of the above embodiment is used in the exposure step (step 216), so that defocusing and inaccurate setting of the target exposure amount occur. The reticle pattern can be transferred onto the wafer with high accuracy by preventing the occurrence of exposure failure due to these. As a result, it is possible to improve the productivity (including the yield) of a highly integrated device.
【0206】[0206]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の露光量設
定方法、及び第1の露光装置によれば、簡易に適切な露
光量を設定することができるという効果がある。As described above, according to the exposure amount setting method and the first exposure apparatus of the present invention, there is an effect that an appropriate exposure amount can be easily set.
【0207】また、本発明の第2の露光装置によれば、
連続的に露光を繰り返し行う際に、デフォーカスによる
露光精度の低下を抑制することができるという効果があ
る。According to the second exposure apparatus of the present invention,
When repeating exposure continuously, there is an effect that a decrease in exposure accuracy due to defocus can be suppressed.
【0208】また、本発明のデバイス製造方法によれ
ば、デバイスの生産性を向上させることができるという
効果がある。According to the device manufacturing method of the present invention, there is an effect that the productivity of the device can be improved.
【図1】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概
略的に示す図である。FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】照明系の具体的構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of an illumination system.
【図3】図1の空間像計測器及びアライメント系の内部
構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an internal configuration of an aerial image measuring device and an alignment system of FIG. 1;
【図4】アライメント系によりウエハ上のアライメント
マークを検出している様子を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a state where an alignment mark on a wafer is detected by an alignment system.
【図5】焦点位置検出系、及び該焦点位置検出系の出力
信号を処理するとともに、プレーンパラレルを駆動する
処理駆動部の構成を概略的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a configuration of a focus position detection system and a processing drive unit that processes an output signal of the focus position detection system and drives a plane parallel.
【図6】プレーンパラレルとその駆動部との具体的な構
成を一部断面して示す図である。FIG. 6 is a diagram partially showing a specific configuration of a plane parallel and a driving unit thereof.
【図7】図7(A)は、空間像の計測に際してスリット
板上に空間像PM’が形成された状態の空間像計測器を
示す平面図、図7(B)はその空間像計測の際に得られ
る光電変換信号(光強度信号)Pの一例を示す線図であ
る。FIG. 7A is a plan view showing an aerial image measuring device in a state where an aerial image PM ′ is formed on a slit plate at the time of aerial image measurement, and FIG. FIG. 7 is a diagram showing an example of a photoelectric conversion signal (light intensity signal) P obtained at that time.
【図8】ベストフォーカス位置の検出のための第1の方
法を説明するための図であって、図8(A)は、シミュ
レーションの結果得られたベストフォーカス状態におけ
るスリット透過光強度を横軸をスリットのY位置として
示す図、図8(B)は1μmデフォーカスした状態にお
けるスリット透過光強度を横軸をスリットのY位置とし
て示す図である。8A and 8B are diagrams for explaining a first method for detecting a best focus position, and FIG. 8A is a graph showing the slit transmitted light intensity in the best focus state obtained as a result of simulation on the horizontal axis. FIG. 8B is a diagram illustrating the slit transmitted light intensity in a state where the focus is 1 μm defocused, with the horizontal axis as the Y position of the slit.
【図9】面積比を評価量として、ベストフォーカス位置
を求める方法を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a method of obtaining a best focus position using an area ratio as an evaluation amount.
【図10】ベストフォーカス位置の検出のための第2の
方法を説明するための図であって、図10(A)は、シ
ミュレーションの結果得られたベストフォーカス状態に
おけるスリット透過光強度を横軸をスリットのY位置と
して示す図、図10(B)は1μmデフォーカスした状
態におけるスリット透過光強度を横軸をスリットのY位
置として示す図である。10A and 10B are diagrams for explaining a second method for detecting a best focus position, and FIG. 10A is a graph showing the slit transmitted light intensity in the best focus state obtained as a result of simulation on the horizontal axis. FIG. 10B is a diagram showing the slit transmitted light intensity in a state where the focus is 1 μm defocused, with the horizontal axis as the Y position of the slit.
【図11】信号光(スリット透過光)を処理する信号処
理系の構成をブロック図にて簡略化して示す図である。FIG. 11 is a simplified block diagram showing the configuration of a signal processing system that processes signal light (slit transmitted light).
【図12】図12(A)〜図12(D)は、スリット幅
(2D)が十分に小さい(ほぼ無限小)場合に信号感度
を設定する方法を説明するための図である。FIGS. 12A to 12D are diagrams for explaining a method of setting signal sensitivity when the slit width (2D) is sufficiently small (substantially infinitely small).
【図13】図13(A)〜図13(C)は、スリット幅
(2D)が有限であり、マークの空間像の幅がスリット
幅より広い場合に、信号感度を設定する方法を説明する
ための図である。FIGS. 13A to 13C illustrate a method of setting signal sensitivity when the slit width (2D) is finite and the width of the aerial image of the mark is wider than the slit width. FIG.
【図14】図14(A)〜図14(C)は、スリット幅
(2D)が有限であり、マークの空間像の幅がスリット
幅より狭い場合に、信号感度を設定する方法を説明する
ための図である。FIGS. 14A to 14C illustrate a method of setting signal sensitivity when the slit width (2D) is finite and the width of the aerial image of the mark is smaller than the slit width. FIG.
【図15】第1の方法又は第2の方法で求められたベス
トフォーカス位置に対応する光電変換信号の一例を示す
図である。FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a photoelectric conversion signal corresponding to a best focus position obtained by the first method or the second method.
【図16】投影光学系のベストフォーカス位置の照射変
動特性を示す線図である。FIG. 16 is a diagram showing irradiation fluctuation characteristics at a best focus position of the projection optical system.
【図17】図17(A)は、信号感度(検出感度)の設
定手法をPMT以外の光電変換素子の検出感度の設定に
適用した場合の制御系の構成を簡略化して示す図であ
り、図17(B)は、図17(A)のゲイン可変増幅器
をより詳細に示す図である。FIG. 17 (A) is a diagram showing a simplified configuration of a control system when a signal sensitivity (detection sensitivity) setting technique is applied to the setting of the detection sensitivity of a photoelectric conversion element other than a PMT. FIG. 17B is a diagram showing the variable gain amplifier of FIG. 17A in more detail.
【図18】本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を
説明するためのフローチャートである。FIG. 18 is a flowchart illustrating an embodiment of a device manufacturing method according to the present invention.
【図19】図18のステップ204の詳細を示すフロー
チャートである。FIG. 19 is a flowchart showing details of step 204 in FIG. 18;
10…照明系(照明装置)、20…主制御装置(計測処
理装置、露光量設定装置、信号感度設定装置、補正装置
の一部)、22…スリット(計測用パターン)、24…
光センサ(光電変換素子)、42…信号処理回路、50
…信号処理系、51…記憶装置、60a…照射系(位置
検出系の一部)、60b…受光系(位置検出系の一
部)、81…駆動部(補正装置の一部)、90…スリッ
ト板(パターン形成部材)、100…露光装置、PL…
投影光学系、IL…照明光、PM…計測マーク、PM’
…空間像、W…ウエハ(基板)、R…レチクル(マス
ク)、WST…ウエハステージ(基板ステージ)。10: illumination system (illumination device), 20: main controller (measurement processing device, exposure amount setting device, signal sensitivity setting device, part of correction device), 22: slit (measurement pattern), 24 ...
Optical sensor (photoelectric conversion element), 42 ... signal processing circuit, 50
... Signal processing system, 51 ... Storage device, 60a ... Irradiation system (part of position detection system), 60b ... Light receiving system (part of position detection system), 81 ... Drive unit (part of correction device), 90 ... Slit plate (pattern forming member), 100 ... Exposure device, PL ...
Projection optical system, IL: illumination light, PM: measurement mark, PM '
... aerial image, W: wafer (substrate), R: reticle (mask), WST: wafer stage (substrate stage).
フロントページの続き (72)発明者 鍬田 旬美 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 近藤 尚人 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 高根 栄二 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 Fターム(参考) 5F046 DA02 DA13 DB01 DB05 DB10Continuing from the front page (72) Inventor, Harumi Shunmi 3-2-2, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nikon Corporation (72) Inventor Naoto Kondo 2-3-2, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Co., Ltd. Inside Nikon (72) Inventor Eiji Takane 3-2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term in Nikon Corporation (reference) 5F046 DA02 DA13 DB01 DB05 DB10
Claims (17)
基板上に転写する際の露光量を設定する露光量設定方法
であって、 所定の計測マークを照明光により照明し、前記計測マー
クの空間像を前記投影光学系を介して像面上に形成し、
前記空間像に対して前記投影光学系の像面側に配置され
た計測用パターンを相対的に走査するとともに、前記計
測用パターンを介した前記照明光の強度に応じた光電変
換信号を、前記計測用パターンの前記光軸方向の複数の
位置毎に得る実計測工程と;前記実計測工程で前記複数
の位置毎に得られた前記光電変換信号に基づいて前記投
影光学系のベストフォーカス位置を求め、そのベストフ
ォーカス位置に対応する前記光電変換信号に基づいて対
象強度値を算出する算出工程と;前記算出された対象強
度値を、予め求めた基準強度値と比較し、該比較結果に
基づいて、前記パターン転写時の露光量を設定する露光
量設定工程と;を含む露光量設定方法。1. An exposure amount setting method for setting an exposure amount when a mask pattern is transferred onto a substrate via a projection optical system, wherein a predetermined measurement mark is illuminated with illumination light, and the measurement mark Forming an aerial image on an image plane via the projection optical system,
While relatively scanning the measurement pattern arranged on the image plane side of the projection optical system with respect to the aerial image, a photoelectric conversion signal according to the intensity of the illumination light through the measurement pattern, An actual measurement step of obtaining a measurement pattern at each of a plurality of positions in the optical axis direction; and a best focus position of the projection optical system based on the photoelectric conversion signals obtained at the plurality of positions in the actual measurement step. Calculating and calculating a target intensity value based on the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position; comparing the calculated target intensity value with a reference intensity value obtained in advance; An exposure setting step of setting an exposure at the time of pattern transfer.
クについての目標光量に光量を設定した基準計測条件下
において予め計測された前記ベストフォーカス位置に対
応する前記光電変換信号のピーク値であることを特徴と
する請求項1に記載の露光量設定方法。2. The reference intensity value is a peak value of the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position measured in advance under a reference measurement condition in which a light amount is set to a target light amount for the predetermined measurement mark. 2. The exposure setting method according to claim 1, wherein:
クについての目標光量に光量を設定した基準計測条件下
において予め計測された前記ベストフォーカス位置に対
応する前記光電変換信号と、前記計測マークを構成する
ラインパターンの線幅とに基づいて設定される強度値で
あることを特徴とする請求項1に記載の露光量設定方
法。3. The photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position measured in advance under a reference measurement condition in which a light amount is set to a target light amount for the predetermined measurement mark, and the measurement mark 2. The exposure amount setting method according to claim 1, wherein the intensity value is set based on a line width of a line pattern constituting.
量に光量を設定した基準計測条件下で、前記照明光によ
って前記所定の計測マークを照明し、該計測マークの空
間像を前記投影光学系を介して像面上に形成し、前記計
測用パターンを前記空間像に対して相対的に走査すると
ともに、前記計測用パターンを介した前記照明光の強度
に応じた光電変換信号を、前記計測用パターンの前記光
軸方向の複数の位置毎に得る基準計測工程と;前記複数
の位置毎に得られた前記光電変換信号に基づいて前記基
準計測条件下における前記投影光学系のベストフォーカ
ス位置を求め、そのベストフォーカス位置に対応する前
記光電変換信号に基づいて前記基準強度値を定める基準
強度値決定工程と;を更に含み、 前記基準計測工程及び前記基準強度値決定工程は、異な
る複数の露光条件について繰り返し行われ、 前記実計測工程及び前記算出工程は、前記複数の露光条
件から選択された任意の1つの露光条件下で行われ、 前記露光量設定工程では、前記選択された露光条件に対
応する基準強度値と前記算出工程で算出された対象強度
値とが比較され、該比較結果に基づいて、前記パターン
転写時の露光量が設定されることを特徴とする請求項1
に記載の露光量設定方法。4. A method according to claim 1, wherein the predetermined measurement mark is illuminated by the illumination light under a reference measurement condition in which a light amount is set to a target light amount for the predetermined measurement mark. Formed on the image plane through the measurement pattern relative to the aerial image, the photoelectric conversion signal according to the intensity of the illumination light through the measurement pattern, for the measurement A reference measurement step for obtaining a plurality of positions in the optical axis direction of the pattern; and obtaining a best focus position of the projection optical system under the reference measurement conditions based on the photoelectric conversion signals obtained for the plurality of positions. A reference intensity value determining step of determining the reference intensity value based on the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position, the reference measuring step and the reference intensity value determining step. The step is repeatedly performed for a plurality of different exposure conditions, the actual measurement step and the calculation step are performed under any one exposure condition selected from the plurality of exposure conditions, In the exposure amount setting step, The reference intensity value corresponding to the selected exposure condition is compared with the target intensity value calculated in the calculation step, and the exposure amount at the time of pattern transfer is set based on the comparison result. Claim 1
Exposure amount setting method described in 1.
を前記投影光学系を介して基板上に転写して得られるレ
ジスト像の線幅がベストフォーカス時に所定の線幅とな
る光量として決定されていることを特徴とする請求項1
〜4のいずれか一項に記載の露光量設定方法。5. The target light amount is determined as a light amount at which a line width of a resist image obtained by transferring the predetermined measurement mark onto a substrate via the projection optical system becomes a predetermined line width at the time of best focus. 2. The method according to claim 1, wherein
The exposure amount setting method according to any one of items 1 to 4, above.
ターン種類、対象線幅、及び前記投影光学系の開口数の
少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項4に記載
の露光量設定方法。6. The exposure amount setting according to claim 4, wherein the exposure condition includes at least one of an illumination condition, a pattern type to be exposed, a target line width, and a numerical aperture of the projection optical system. Method.
基板上に転写する露光装置であって、 照明光により対象物を照明する照明装置と;前記投影光
学系の像面側に配置され、計測用パターンが形成された
パターン形成部材と;前記計測用パターンを介した前記
照明光の強度に応じた光電変換信号を出力する光電変換
素子と;前記マスクが配置される面とほぼ同一面上に配
置された計測マークを前記照明装置により照明し、前記
像面上に前記計測マークの空間像が形成された状態で、
前記空間像に対して前記計測用パターンが相対的に走査
されるよう前記パターン形成部材を走査するとともに、
前記光電変換素子からの光電変換信号に基づいて前記空
間像に対応する光強度分布を前記パターン形成部材の前
記光軸方向の複数の位置毎に計測する計測処理装置と;
前記計測処理装置により前記複数の位置毎に計測された
前記空間像に対応する光電変換信号に基づいて前記投影
光学系のベストフォーカス位置を求め、そのベストフォ
ーカス位置に対応する前記光電変換信号に基づいて対象
強度値を算出するとともに、該算出した対象強度値を所
定の基準強度値と比較し、該比較結果に基づいて、前記
パターン転写時の露光量を設定する露光量設定装置と;
を備える露光装置。7. An exposure apparatus for transferring a pattern of a mask onto a substrate via a projection optical system, comprising: an illumination device for illuminating an object with illumination light; A pattern forming member on which a measurement pattern is formed; a photoelectric conversion element that outputs a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the illumination light via the measurement pattern; Illuminate the measurement mark arranged in the by the illumination device, in a state where a spatial image of the measurement mark is formed on the image plane,
Scanning the pattern forming member so that the measurement pattern is scanned relative to the aerial image,
A measurement processing device that measures a light intensity distribution corresponding to the aerial image at each of a plurality of positions in the optical axis direction of the pattern forming member based on a photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element;
The best focus position of the projection optical system is obtained based on the photoelectric conversion signal corresponding to the aerial image measured for each of the plurality of positions by the measurement processing device, and based on the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position. An exposure amount setting device that calculates the target intensity value, calculates the target intensity value, compares the calculated target intensity value with a predetermined reference intensity value, and sets the exposure amount at the time of pattern transfer based on the comparison result;
An exposure apparatus comprising:
クについての目標光量に光量を設定した基準計測条件下
における前記ベストフォーカス位置に対応する前記光電
変換信号のピーク値であることを特徴とする請求項7に
記載の露光装置。8. The method according to claim 8, wherein the reference intensity value is a peak value of the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position under a reference measurement condition in which a light amount is set to a target light amount for the predetermined measurement mark. The exposure apparatus according to claim 7,
クについての目標光量に光量を設定した基準計測条件下
における前記ベストフォーカス位置に対応する前記光電
変換信号と、前記計測マークを構成するラインパターン
の線幅とに基づいて設定される強度値であることを特徴
とする請求項7に記載の露光装置。9. The photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position under a reference measurement condition in which a light amount is set to a target light amount for the predetermined measurement mark, and a line forming the measurement mark. The exposure apparatus according to claim 7, wherein the intensity value is set based on a line width of the pattern.
光量を設定した基準計測条件下で、前記パターン形成部
材の前記光軸方向の複数の位置毎に前記計測マークの空
間像に対応する光強度分布の計測が、異なる複数の露光
条件下でそれそれ行われ、該計測結果に基づいて決定さ
れた前記基準計測条件下における前記投影光学系のベス
トフォーカス位置に対応する前記光電変換信号に基づい
て決定される各露光条件についての基準強度値がそれぞ
れ記憶された記憶装置を更に備え、 前記計測処理装置は、前記複数の露光条件のうちの設定
された露光条件下において、前記計測を行い、 前記露光量設定装置は、前記計測処理装置により前記複
数の位置毎に計測された前記空間像に対応する対象強度
値を算出するとともに、該算出した対象強度値を前記設
定された露光条件に対応する基準強度値と比較するとと
もに、該比較結果に基づいて、前記パターン転写時の露
光量を設定することを特徴とする請求項7に記載の露光
装置。10. A light intensity distribution corresponding to an aerial image of the measurement mark at each of a plurality of positions in the optical axis direction of the pattern forming member under a reference measurement condition in which a light amount is set to a target light amount for the measurement mark. Is measured under a plurality of different exposure conditions, and is determined based on the photoelectric conversion signal corresponding to the best focus position of the projection optical system under the reference measurement condition determined based on the measurement result. The measurement processing device further performs a measurement under a set exposure condition of the plurality of exposure conditions, the storage device storing a reference intensity value for each exposure condition to be performed. The amount setting device calculates a target intensity value corresponding to the aerial image measured for each of the plurality of positions by the measurement processing device, and calculates the calculated target intensity value. Together with a reference intensity value corresponding to the set exposure conditions, based on the comparison result, the exposure apparatus according to claim 7, characterized in that setting the exposure amount at the time of the pattern transfer.
記投影光学系を介して基板上に転写して得られるレジス
ト像の線幅がベストフォーカス時に所定の線幅となる光
量として決定されていることを特徴とする請求項7〜1
0のいずれか一項に記載の露光装置。11. The target light amount is determined as a light amount at which a line width of a resist image obtained by transferring the measurement mark onto the substrate via the projection optical system becomes a predetermined line width at the time of best focus. 7. The method according to claim 7, wherein
The exposure apparatus according to any one of items 0 to 10.
パターン種類、対象線幅、及び前記投影光学系の開口数
の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項10に
記載の露光装置。12. The exposure apparatus according to claim 10, wherein the exposure condition includes at least one of an illumination condition, an exposure target pattern type, a target line width, and a numerical aperture of the projection optical system.
ナミックレンジを有する信号処理系を構成する前記光電
変換信号が入力される信号処理回路を更に備え、 前記計測処理装置は、前記信号処理系の信号感度を設定
する信号感度設定装置を含み、該信号感度設定装置は、
光電変換信号に基づいて前記空間像に対応する光強度分
布を計測する際に、前記光電変換信号の積分値に基づい
て、前記信号処理系のダイナミックレンジを最大限有効
に活用できるように前記信号処理系の信号感度を設定す
ることを特徴とする請求項7〜12のいずれか一項に記
載の露光装置。13. A signal processing circuit for receiving the photoelectric conversion signal constituting a signal processing system having a predetermined dynamic range together with the photoelectric conversion element, wherein the measurement processing device has a signal sensitivity of the signal processing system. Including a signal sensitivity setting device, the signal sensitivity setting device,
When measuring the light intensity distribution corresponding to the aerial image based on the photoelectric conversion signal, based on the integral value of the photoelectric conversion signal, the signal so that the dynamic range of the signal processing system can be utilized most effectively. 13. The exposure apparatus according to claim 7, wherein a signal sensitivity of a processing system is set.
スクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写する
露光装置であって、 照明光により対象物を照明する照明装置と;前記投影光
学系の像面側に配置され、計測用パターンが形成された
パターン形成部材と;前記計測用パターンを介した前記
照明光の強度に応じた光電変換信号を出力する光電変換
素子と;前記マスクが配置される面とほぼ同一面上に配
置された計測マークを前記照明装置により照明し、前記
像面上に前記空間像が形成された状態で、前記空間像に
対して前記計測用パターンが相対的に走査されるよう前
記パターン形成部材を走査するとともに、前記光電変換
素子からの光電変換信号に基づいて前記空間像に対応す
る光強度分布を前記パターン形成部材の前記光軸方向の
複数の位置毎に計測する計測処理装置と;前記基板の前
記投影光学系の光軸方向に関する位置を検出する位置検
出系と;前記投影光学系に対する前記照明光の照射量の
変化と、前記投影光学系のベストフォーカス位置の変化
との関係が前記計測処理装置を用いて予め計測され、前
記関係の情報が記憶された記憶装置と;前記関係の情報
に基づいて前記マスクパターンの転写時の前記位置検出
系の検出オフセットを補正する補正装置と;を備える露
光装置。14. An exposure apparatus for illuminating a mask with illumination light and transferring a pattern of the mask onto a substrate via a projection optical system, wherein the illumination apparatus illuminates an object with the illumination light; A pattern forming member disposed on the image plane side of the system and having a measurement pattern formed thereon; a photoelectric conversion element that outputs a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the illumination light via the measurement pattern; The measurement mark arranged on substantially the same plane as the surface to be arranged is illuminated by the illumination device, and the measurement pattern is positioned relative to the aerial image in a state where the aerial image is formed on the image plane. While scanning the pattern forming member so as to be scanned, the light intensity distribution corresponding to the aerial image based on the photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion element is set in the optical axis direction of the pattern forming member. A measurement processing device that measures each of a plurality of positions; a position detection system that detects a position of the substrate in the optical axis direction of the projection optical system; a change in an irradiation amount of the illumination light to the projection optical system; A storage device in which a relationship with a change in the best focus position of the optical system is measured in advance using the measurement processing device, and a storage device in which the information on the relationship is stored; and a storage device that transfers the mask pattern based on the information on the relationship. A correction device for correcting a detection offset of the position detection system.
スクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写する
露光装置であって、 照明光により対象物を照明する照明装置と;前記投影光
学系の像面側に配置され、計測用パターンが形成された
パターン形成部材と;前記計測用パターンを介した前記
照明光の強度に応じた光電変換信号を出力する光電変換
素子と、該光電変換素子からの前記光電変換信号が入力
される信号処理回路とを含む信号処理系と;前記信号処
理系の出力に基づいて前記投影光学系の光学特性を計測
する計測装置と;前記信号処理系の信号感度を、異なる
複数の露光条件毎に設定する信号感度設定装置と;を備
える露光装置。15. An exposure apparatus for illuminating a mask with illumination light and transferring a pattern of the mask onto a substrate via a projection optical system, wherein the illumination apparatus illuminates an object with the illumination light; A pattern forming member disposed on the image plane side of the system and having a measurement pattern formed thereon; a photoelectric conversion element that outputs a photoelectric conversion signal corresponding to the intensity of the illumination light via the measurement pattern; A signal processing system including a signal processing circuit to which the photoelectric conversion signal is input from an element; a measuring device that measures optical characteristics of the projection optical system based on an output of the signal processing system; A signal sensitivity setting device for setting signal sensitivity for each of a plurality of different exposure conditions.
複数の露光条件に対応して前記信号処理系の信号感度情
報を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項
15に記載の露光装置。16. The exposure apparatus according to claim 15, wherein the signal sensitivity setting device has storage means for storing signal sensitivity information of the signal processing system in accordance with the plurality of different exposure conditions. .
方法であって、 前記リソグラフィ工程で、請求項7〜16のいずれか一
項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とす
るデバイス製造方法。17. A device manufacturing method including a lithography step, wherein in the lithography step, exposure is performed using the exposure apparatus according to any one of claims 7 to 16. .
Priority Applications (1)
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JP2000398889A JP2002203762A (en) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | Exposure amount setting method, exposure system and device manufacturing method |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016111197A (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-20 | 株式会社オーク製作所 | Exposure equipment |
JP2016111200A (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-20 | 株式会社オーク製作所 | Exposure equipment |
JP2016191923A (en) * | 2006-09-01 | 2016-11-10 | 株式会社ニコン | Exposure apparatus, exposure method and device production method |
TWI671796B (en) * | 2014-12-05 | 2019-09-11 | 日商奧克製作所股份有限公司 | Exposure device |
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2000
- 2000-12-27 JP JP2000398889A patent/JP2002203762A/en active Pending
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