[go: up one dir, main page]

JPH0982620A - Method for detection of best focus position - Google Patents

Method for detection of best focus position

Info

Publication number
JPH0982620A
JPH0982620A JP7241652A JP24165295A JPH0982620A JP H0982620 A JPH0982620 A JP H0982620A JP 7241652 A JP7241652 A JP 7241652A JP 24165295 A JP24165295 A JP 24165295A JP H0982620 A JPH0982620 A JP H0982620A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
measurement pattern
mark
pattern image
measurement
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7241652A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Irie
信行 入江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP7241652A priority Critical patent/JPH0982620A/en
Publication of JPH0982620A publication Critical patent/JPH0982620A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To compute the size of mask for measurement of focal point in a highly precise manner. SOLUTION: When computing the size (L) of the measurement pattern image (M) which is exposed to a photosensitive substrate for the purpose of determining the best focus position of a projection optical system (PL), first, the output signal of the pattern detecting system, with which the measurement pattern image on the substrate is detected, is sliced by a plurality of slice levels (S108), and the size of the measurement pattern image of each slice level is computed (S109). Then, the size of the obtained measurement pattern image is approximated by the function having the slice level as a variable (S110), and the size of the measurement pattern image is computed based on said approximate function (S111). As a result, the affection of the noise of the detection signal can be mitigated, and the size of the measurement pattern image can be computed in a highly precise manner.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッドなどをリソグラフ
ィ工程で製造する際に用いられる投影露光装置におい
て、投影光学系のベストフォーカス位置を算出する方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for calculating the best focus position of a projection optical system in a projection exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, a thin film magnetic head or the like in a lithography process. .

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば半導体素子、液晶表示素子又は薄
膜磁気ヘッドなどをリン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。)のパターンの像を投影光学系を介して感光基板上
に露光する投影露光装置が使用されている。かかる投影
露光装置を用いてレチクルのパターン像を高い解像度で
感光基板上に露光するためには、感光基板の露光面を投
影光学系の光軸方向において最良の結像面が得られる位
置(ベストフォーカス位置)に合わせる必要がある。そ
のためには、何等かの方法で投影光学系のベストフォー
カス位置を予め求めておく必要がある。
2. Description of the Related Art For example, when manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, a thin film magnetic head or the like in a linography process,
2. Description of the Related Art A projection exposure apparatus is used that exposes a pattern image of a photomask or a reticle (hereinafter collectively referred to as “reticle”) onto a photosensitive substrate via a projection optical system. In order to expose the pattern image of the reticle on the photosensitive substrate with high resolution by using such a projection exposure apparatus, the exposure surface of the photosensitive substrate is located at the position (best position) where the best image plane is obtained in the optical axis direction of the projection optical system. It is necessary to adjust the focus position). For that purpose, it is necessary to obtain the best focus position of the projection optical system in advance by some method.

【0003】従来のベストフォーカス位置の計測方法と
して、例えば特開平1−187817号公報に開示され
ているように、レチクルに形成された焦点計測用のマー
クm(図2)をフォーカス位置を変えて感光基板上に露
光する、いわゆるテストプリントにより、ベストフォー
カス位置を求める方法が知られている。具体的には、例
えば図2に示すように、4個の細長い菱形のパターンを
幅方向に所定ピッチP1で並べたパターン群をさらに別
の所定ピッチP2で複数個並べた焦点計測用のマークm
を、感光基板(例えば、感光材が塗布されたウェハ)上
にフォーカス位置を変えて露光する(図3(a))。
As a conventional best focus position measuring method, for example, as disclosed in JP-A-1-187817, the focus measuring mark m (FIG. 2) formed on the reticle is changed in focus position. A method is known in which the best focus position is obtained by so-called test printing in which a photosensitive substrate is exposed. Specifically, for example, as shown in FIG. 2, a focus measurement mark m is formed by arranging a plurality of pattern groups in which four elongated rhombic patterns are arranged at a predetermined pitch P1 in the width direction at a further predetermined pitch P2.
Are exposed on a photosensitive substrate (for example, a wafer coated with a photosensitive material) while changing the focus position (FIG. 3A).

【0004】その後、ウェハの現像を行ってそれら焦点
計測用のマーク像Mを凹凸のあるレジストパターンに変
換して、各マーク像Mの長さ(マーク長)が計測され
る。この場合、ウェハの露光面がベストフォーカス位置
にあると、その焦点計測用のマーク像Mの長さLが最大
になることから、そのマーク像MのマークLを計測する
ことによりベストフォーカス位置を求めることができ
る。
Thereafter, the wafer is developed to convert the mark image M for focus measurement into a resist pattern having irregularities, and the length of each mark image M (mark length) is measured. In this case, when the exposure surface of the wafer is at the best focus position, the length L of the mark image M for focus measurement becomes maximum, so that the best focus position can be determined by measuring the mark L of the mark image M. You can ask.

【0005】そのマーク長Lを計測するために、従来
は、各マーク像Mの近傍に、例えばHe−Neレーザ
を、図3(a)に示すように、縦長のスリット状のビー
ムSBとして照射する。そして、レーザ干渉計でウェハ
が載置されたウェハステージの位置を観測しながらその
ウェハステージを駆動して、各マーク像Mとそのレーザ
ビームSBとを相対的に走査する。その際、レーザビー
ムSBがマーク像M上に在るときには、そのマーク像M
から所定の方向に回折光又は散乱光が発生するので、そ
れら回折光又は散乱光を検出することにより、図3
(b)に示すように、横軸にステージ位置(X)、縦軸
に信号強度(S)という波形(プロファイル)を得るこ
とができる。そして、得られた信号波形をボトムに近い
スライスレベルでスライスしたときの交点間距離を、当
該フォーカス位置におけるマーク像Mのマーク長Lとし
て計測していた。
In order to measure the mark length L, conventionally, for example, a He-Ne laser is irradiated in the vicinity of each mark image M as a vertically long slit-shaped beam SB as shown in FIG. 3 (a). To do. Then, while observing the position of the wafer stage on which the wafer is placed by the laser interferometer, the wafer stage is driven to relatively scan each mark image M and its laser beam SB. At this time, when the laser beam SB is on the mark image M, the mark image M
Since diffracted light or scattered light is generated in a predetermined direction from FIG.
As shown in (b), a waveform (profile) of the stage position (X) on the horizontal axis and the signal intensity (S) on the vertical axis can be obtained. Then, the distance between the intersections when the obtained signal waveform is sliced at a slice level close to the bottom is measured as the mark length L of the mark image M at the focus position.

【0006】このようにして、従来は、各フォーカス位
置で計測マーク像Mのマーク長Lを求め、それらの計測
マーク像Mのマーク長Lをフォーカス位置の関数とし
て、例えば最小自乗法により曲線近似する。そして、求
めた近似曲線が所定範囲内で最大値を示すマーク長Lの
フォーカス位置を求め、その最大値よりも所定の値だけ
小さいスライスレベルで近似曲線をスライスし、その時
得られる2つの交点の中点をベストフォーカス位置とし
ていた。
In this way, conventionally, the mark length L of the measurement mark image M is obtained at each focus position, and the mark length L of these measurement mark images M is used as a function of the focus position, for example, curve approximation by the least square method. To do. Then, the focus position of the mark length L in which the obtained approximate curve shows the maximum value within a predetermined range is obtained, and the approximate curve is sliced at a slice level that is smaller than the maximum value by a predetermined value. The midpoint was the best focus position.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法で
は、計測用マークを走査するためのレーザビームとし
て、短波長のHe−Neレーザを用いているため、計測
用マーク像Mからの回折光又は散乱光は干渉の影響を受
けやすく、計測用マーク像Mのマーク長Lの計測値に誤
差が含まれ、従って、算出されたベストフォーカス位置
がラインアンドスペースマーク(以下、L/Sマークと
称する。)のベストフォーカス位置に対してオフセット
誤差を持つことがあった。
However, in the conventional method, since the He--Ne laser having a short wavelength is used as the laser beam for scanning the measuring mark, the diffracted light from the measuring mark image M is used. Alternatively, scattered light is easily affected by interference, and an error is included in the measurement value of the mark length L of the measurement mark image M. Therefore, the calculated best focus position is the line and space mark (hereinafter referred to as L / S mark). There is a case in which there is an offset error with respect to the best focus position of (.

【0008】また、各フォーカス位置にて求められる計
測用マークMの実際の長さLは、信号波形(信号のプロ
ファイル)をボトムに近いスライスレベルでスライスし
たときの交点間距離に近いものとなるが、ボトム部分で
はノイズ等の影響を受けやすいため、測定にあたり、あ
まり低いスライスレベルで信号波形をスライスすること
ができず、従って、計測用マーク像Mの実際の長さLを
求められないという問題があった。
Further, the actual length L of the measuring mark M obtained at each focus position is close to the distance between the intersections when the signal waveform (signal profile) is sliced at a slice level close to the bottom. However, since the bottom portion is easily affected by noise or the like, the signal waveform cannot be sliced at a very low slice level in measurement, and therefore the actual length L of the measurement mark image M cannot be obtained. There was a problem.

【0009】また画像処理技法を用いて、計測用マーク
のマーク長を計測する手法も提案されているが、計測用
マークとして、図3(a)に示すように、両端が細くな
った菱形マークを用いた場合には、両端の細い部分まで
の長さを高い精度で測定することは困難であった。本発
明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであ
り、計測用マーク像のマーク長を計測する際に生じる、
He−Neレーザなどの干渉に起因する計測誤差を最小
に抑え、計測精度を向上させるとともに、干渉の影響に
より発生するL/Sマークのベストフォーカス位置と計
測用マークのベストフォーカス位置との差を解消し、フ
ォーカス管理を容易に行うことができるベストフォーカ
ス位置の検出方法を提供することである。
A method of measuring the mark length of the measurement mark by using an image processing technique has also been proposed. However, as the measurement mark, as shown in FIG. When using, it was difficult to measure the length up to the narrow parts at both ends with high accuracy. The present invention has been made in view of the above problems, and occurs when measuring the mark length of the measurement mark image,
The measurement error caused by the interference of He-Ne laser and the like is minimized to improve the measurement accuracy, and the difference between the best focus position of the L / S mark and the best focus position of the measurement mark caused by the interference is reduced. It is an object of the present invention to provide a method of detecting the best focus position that can be solved and focus management can be performed easily.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、マスク(R)上のパターンの像(m)を
所定面上に投影する投影光学系(PL)の光軸方向の複
数の位置の各々に感光性の基板(W)を配置して計測用
パターンの像(M)を投影し、基坂(W)上に形成され
た複数の計測用パターン像(M)の大きさ(L)に基づ
いて、投影光学系(PL)のベストフォーカス位置を検
出するに際して、基坂(W)上の計測用パターン像
(M)を検出するパターン検出系(120)の出力信号
を複数のスライスレベルでスライスし、各スライスレベ
ルにおける計測用パターン像(M)の大きさ(L)を求
める第1工程と、その第1工程で求められた計測用パタ
ーン像(M)の大きさ(L)をスライスレベルを変数と
する関数で近似し、この近似された関数に基づいて計測
用パターン像(M)の大きさ(L)を算出する第2工程
とを行うことを特徴としている。従って、本発明によれ
ば、計測用パターン像の大きさを近似された関数に基づ
いて間接的に計測するので、干渉の影響を受けにくく、
より精度の高い計測を行うことができる。
In order to solve the above problems, the present invention provides an optical axis direction of a projection optical system (PL) for projecting an image (m) of a pattern on a mask (R) onto a predetermined surface. Of the plurality of measurement pattern images (M) formed on the base hill (W) by projecting the measurement pattern image (M) by disposing the photosensitive substrate (W) at each of the plurality of positions. An output signal of a pattern detection system (120) for detecting the measurement pattern image (M) on the base slope (W) when the best focus position of the projection optical system (PL) is detected based on the size (L). Is sliced at a plurality of slice levels and the size (L) of the measurement pattern image (M) at each slice level is obtained, and the size of the measurement pattern image (M) obtained at the first process (L) is approximated by a function with the slice level as a variable, It is characterized by performing a second step of calculating the size of the (L) of the measurement pattern image based on the approximated function (M). Therefore, according to the present invention, since the size of the measurement pattern image is indirectly measured based on the approximated function, it is less likely to be affected by interference,
More accurate measurement can be performed.

【0011】この場合、計測用パターンを少なくとも1
つの楔状マークから構成し、第2工程で算出される計測
用パターン像の長さが最大となる光軸方向の位置をベス
トフォーカス位置として決定しても良い。また、計測用
パターンを複数の楔状マークからなる回折格子として構
成し、パターン検出系(120)を、計測用パターン像
と光ビームとの相対走査によって計測用パターン像から
発生する回折光を受光し、その回折光の強度に応じた光
電信号を出力するように構成しても良い。
In this case, at least one measurement pattern is used.
It is also possible to determine the position in the optical axis direction, which is composed of three wedge-shaped marks and has the maximum length of the measurement pattern image calculated in the second step, as the best focus position. In addition, the measurement pattern is configured as a diffraction grating including a plurality of wedge-shaped marks, and the pattern detection system (120) receives diffracted light generated from the measurement pattern image by relative scanning between the measurement pattern image and the light beam. Alternatively, the photoelectric signal may be output according to the intensity of the diffracted light.

【0012】また、第2工程において、近似された関数
を用いてスライスレベルがほぼ零のときの計測用パター
ンの像の大きさを算出することが好ましい。さらに、第
1工程において、パターン検出系の出力信号を平滑化処
理しても良い。また、第2工程において、近似された関
数により求められた計測用パターン像の大きさと第1工
程で求められた計測用パターン像の大きさとの差の自乗
と、スライスレベルに応じた重みとの積の、スライスレ
ベルごとの和を最小とする最小自乗法により近似された
関数の最適化を図っても良い。その際に、スライスレベ
ルが低い程大きな重みを与えても良い。
Further, in the second step, it is preferable to calculate the size of the image of the measurement pattern when the slice level is substantially zero using the approximated function. Further, in the first step, the output signal of the pattern detection system may be smoothed. In the second step, the square of the difference between the size of the measurement pattern image obtained by the approximated function and the size of the measurement pattern image obtained in the first step, and the weight corresponding to the slice level The function approximated by the least squares method that minimizes the sum of the products for each slice level may be optimized. At this time, a lower slice level may be given a greater weight.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明によるベストフォー
カス位置の検出方法の実施の一形態について、図1〜図
9を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態は、縮
小投影型露光装置(ステッパ)において投影光学系のベ
ストフォーカス位置を求める際に本発明を適用したもの
である。図1は、本実施例が適用されるステッパの構成
を示し、この図1において、露光用光源としての水銀放
電灯102からの光(g線、i線等)は楕円鏡104で
集光された後、露光量制御用のシャッタ106を通過す
る。そのシャッタ106を通過した光が、オプティカル
インテグレータ108で照度均一化された後、主コンデ
ンサレンズ110を介してレチクルRを照明する。放電
灯102から主コンデンサレンズ110までは、いわゆ
る露光用照明光学系を構成し、放電灯102の発光強度
がほぼ一定であるとすると、シャッタ106の開時間を
シャッタコントローラ112で制御することで、常に一
定の露光量が得られる。レチクルRは2次元平面内で
(X、Y、回転方向に)微動されるレチクルステージR
S上に保持され、レチクルRのパターン領域に形成され
た各種パターンを透過した光は、像側(又は両側)テレ
セントリックな投影光学系PLによってウェハW上へ結
像投影される。ウェハWはウェハステージST上に載置
されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a method for detecting a best focus position according to the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. In the present embodiment, the present invention is applied when obtaining the best focus position of the projection optical system in the reduction projection type exposure apparatus (stepper). FIG. 1 shows the configuration of a stepper to which this embodiment is applied. In FIG. 1, light (g line, i line, etc.) from a mercury discharge lamp 102 as a light source for exposure is condensed by an elliptical mirror 104. After that, the light passes through the exposure amount control shutter 106. The light passing through the shutter 106 is made uniform in illuminance by the optical integrator 108, and then the reticle R is illuminated via the main condenser lens 110. From the discharge lamp 102 to the main condenser lens 110, a so-called exposure illumination optical system is configured, and assuming that the emission intensity of the discharge lamp 102 is substantially constant, the shutter controller 112 controls the opening time of the shutter 106. A constant exposure amount can always be obtained. The reticle R is a reticle stage R that is finely moved in the two-dimensional plane (in the X, Y and rotation directions).
The light held on S and transmitted through various patterns formed in the pattern area of the reticle R is image-projected onto the wafer W by the image-side (or both-side) telecentric projection optical system PL. The wafer W is placed on the wafer stage ST.

【0014】レチクルRの初期設定は、レチクルR周辺
のアライメントマークを光電検出するレチクルアライメ
ント系114からのマーク検出信号に基づいて、レチク
ルステージRSを微動することによって行われる。一
方、ウェハステージSTは、ウェハWを載置して一定量
ずつX方向及びY方向にステッピングして、ウェハW上
のショット領域(部分領域)毎に、レチクルRのパター
ン領域の像を焼き付けるように移動する。またウェハス
テージSTは、ウェハW上の各種パターン(アライメン
トマークやレジストパターン)を光電検出する際にも移
動する。このウェハステージSTの動作はステージコン
トローラ116によって制御される。このステージコン
トローラ116には駆動用のモータ(不図示)と、ウェ
ハステージSTの座標値を遂次計測するレーザ干渉計
(不図示)とが設けられている。
Initialization of the reticle R is performed by finely moving the reticle stage RS based on a mark detection signal from a reticle alignment system 114 that photoelectrically detects an alignment mark around the reticle R. On the other hand, the wafer stage ST mounts the wafer W and steps it in a fixed amount in the X and Y directions to print an image of the pattern area of the reticle R for each shot area (partial area) on the wafer W. Move to. The wafer stage ST also moves when photoelectrically detecting various patterns (alignment marks and resist patterns) on the wafer W. The operation of the wafer stage ST is controlled by the stage controller 116. The stage controller 116 is provided with a driving motor (not shown) and a laser interferometer (not shown) for sequentially measuring the coordinate values of the wafer stage ST.

【0015】さらに、この種のステッパには、ウェハW
上の各種パターン(アライメントマーク等)を検出する
ためのウェハアライメント系が設けられている。本実施
の形態では、投影光学系PLを介してウェハW上にスリ
ット状のスポット光を投射し、このスポット光に照射さ
れたマークパターンからの光情報、特に回折光や散乱光
を再び投影光学系PLを介して検出するTTL(スルー
・ザ・レンズ)方式のウェハアライメント系120が設
けられている。
Further, this type of stepper includes a wafer W
A wafer alignment system for detecting the above various patterns (alignment marks, etc.) is provided. In the present embodiment, slit-shaped spot light is projected onto the wafer W via the projection optical system PL, and optical information, particularly diffracted light or scattered light, from the mark pattern irradiated on the spot light is projected again. A TTL (through-the-lens) type wafer alignment system 120 for detecting through the system PL is provided.

【0016】ウェハアライメント系120において、H
e−Neレーザ光源又はArイオンレーザ光源等の短波
長のレーザ光源121からのレーザビームは、シリンド
リカルレンズ等を含むレンズ系122、ビームスプリッ
タ123及び対物レンズ124を介してミラー125で
折曲げられて投影光学系PLの入射瞳の中心を通るよう
に送光される。レーザビームは投影光学系PLの軸外部
分からウェハW上へ垂直に照射され、レンズ系126の
作用でウェハW上で一方向に伸びたスリット状のスポッ
ト光となる。
In the wafer alignment system 120, H
A laser beam from a short wavelength laser light source 121 such as an e-Ne laser light source or an Ar ion laser light source is bent by a mirror 125 via a lens system 122 including a cylindrical lens, a beam splitter 123 and an objective lens 124. The light is transmitted so as to pass through the center of the entrance pupil of the projection optical system PL. The laser beam is vertically irradiated onto the wafer W from the off-axis portion of the projection optical system PL, and becomes a slit-shaped spot light that extends in one direction on the wafer W by the action of the lens system 126.

【0017】また、ウェハWからの戻り光は、投影光学
系PLを逆進し、対物レンズ124を介してビームスプ
リッタ123で反射され、瞳リレー系126、空間フィ
ルタ127及び集光レンズ128を通って光電変換素子
129に受光される。なお、空間フィルタ127は投影
光学系PLの瞳面とほぼ共役な関係に配置され、ウェハ
Wからの戻り光のうち、正反射光を遮断して回折光と散
乱光を通す。光電変換素子129により光電変換された
信号は、信号処理系130に入力され、ここでマーク像
(パターン像)のプロファイルに対応した波形に基づい
て、マーク像の位置が検出される。このとき信号処理系
130は、ステージコントローラ116内のレーザ干渉
計からの位置計測パルス(例えば0.02μm毎に1パ
ルス)を使って、スポット光とウェハWとを相対移動さ
せたときに得られる光電変換素子129からの信号波形
をサンプリングする。本実施の形態では、このようなT
TL方式のウェハアライメント系120及び信号処理系
130を用いて、ウェハW上に形成されたレジストパタ
ーンIRの位置を自動計測するものとする。
The return light from the wafer W travels backward in the projection optical system PL, is reflected by the beam splitter 123 via the objective lens 124, and passes through the pupil relay system 126, the spatial filter 127 and the condenser lens 128. The light is received by the photoelectric conversion element 129. The spatial filter 127 is arranged in a substantially conjugate relationship with the pupil plane of the projection optical system PL, and blocks specularly reflected light of the return light from the wafer W and allows diffracted light and scattered light to pass through. The signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion element 129 is input to the signal processing system 130, where the position of the mark image is detected based on the waveform corresponding to the profile of the mark image (pattern image). At this time, the signal processing system 130 is obtained when the spot light and the wafer W are relatively moved using the position measurement pulse (for example, one pulse every 0.02 μm) from the laser interferometer in the stage controller 116. The signal waveform from the photoelectric conversion element 129 is sampled. In the present embodiment, such T
It is assumed that the position of the resist pattern IR formed on the wafer W is automatically measured using the TL type wafer alignment system 120 and the signal processing system 130.

【0018】ところで、レチクルRのパターンをウェハ
W上へ焼き付ける際、投影光学系PLの最良結像面、即
ちレチクルRのパターン像が最もコントラストよく結像
している面と、ウェハWのレジスト面とを正確に一致さ
せる必要がある。そのため本実施の形態では、レジスト
層に対して非感光性の光源140からの光を投射光学系
141によって結像光束にしてウェハW上へ斜め(ウェ
ハ面に対して5゜〜20゜)に投射し、その反射光を受
光光学系142及びスリット143を介して光電検出器
144で受光する斜入射式焦点検出系(AFセンサ)を
設けている。このAFセンサは、投影光学系PLの最良
結像面とウェハWの表面とが一致したとき、合焦である
ことを表す焦点信号を光電検出器144が出力し、最良
結像面に対してウェハ表面が上下(光軸)方向にずれて
いるときは、そのずれ量(例えば±数μm以内)に対応
した焦点信号を出力する。これら合焦や焦点ずれを表す
焦点信号は、焦点制御ユニット(以下「AFユニット」
という)145によって処理される。
When the pattern of the reticle R is printed on the wafer W, the best image plane of the projection optical system PL, that is, the plane on which the pattern image of the reticle R is imaged with the highest contrast, and the resist surface of the wafer W. And must match exactly. Therefore, in the present embodiment, the light from the light source 140 which is non-photosensitive to the resist layer is formed into an image-forming light beam by the projection optical system 141 and obliquely onto the wafer W (5 ° to 20 ° with respect to the wafer surface). An oblique incidence type focus detection system (AF sensor) is provided in which the reflected light is projected and received by the photoelectric detector 144 via the light receiving optical system 142 and the slit 143. In this AF sensor, when the best image plane of the projection optical system PL and the surface of the wafer W coincide with each other, the photoelectric detector 144 outputs a focus signal indicating that it is in focus, so that the best image plane is formed. When the wafer surface is vertically displaced (optical axis), a focus signal corresponding to the amount of displacement (for example, within ± several μm) is output. The focus signal indicating the focus and the defocus is the focus control unit (hereinafter referred to as “AF unit”).
145).

【0019】また、ウェハステージSTには、ウェハW
を投影光学系PLの光軸方向に微小移動させるZステー
ジ、及びウェハWをXY平面内で微小回転させるθステ
ージも設けられている。従って、上記の焦点信号に応答
してステージコントローラ116の制御のもとでZステ
ージを駆動することで、オートフォーカス動作を行うこ
とができる。なお、AFセンサの光学系内の一部又はA
Fユニット145内には、焦点信号が合焦を表す際のウ
ェハWの表面位置を、投影光学系PLの光軸方向にシフ
トさせるオフセット部も設けられており、このオフセッ
ト部には、主制御系134から任意のシフト量を設定す
ることができる。
Further, the wafer W is mounted on the wafer stage ST.
There is also provided a Z stage that makes a minute movement in the optical axis direction of the projection optical system PL, and a θ stage that makes a minute rotation of the wafer W in the XY plane. Therefore, by driving the Z stage under the control of the stage controller 116 in response to the focus signal, the autofocus operation can be performed. A part of the optical system of the AF sensor or A
The F unit 145 is also provided with an offset section that shifts the surface position of the wafer W when the focus signal indicates the focus in the optical axis direction of the projection optical system PL. An arbitrary shift amount can be set from the system 134.

【0020】以下、図5のフローチャートを参照して、
本実施の形態にかかる方法により、で投影光学系PLに
対するベストフォーカス位置を求める際の動作について
説明する。本実施の態様のレチクルRのパターン形成面
には焦点計測用のマークmが形成されている。この焦点
計測用のマークmは、図2に関連して従来例で説明した
ものと同様に、複数個(例えば、4個)の細長い菱形の
パターンを幅方向に所定ピッチP1で並べたパターン群
をさらに別の所定ピッチP2で複数個並べたものであ
る。そして、図3(a)はその焦点計測用のマークmを
ウェハW上に投影して得られるマーク像Mを示してい
る。本実施の形態によれば、ウェハWの露光面が投影光
学系PLの光軸に沿った方向のベストフォーカス位置に
あると、そのマーク像MのX方向の長さLが最大になる
ことを利用して、以下のようしてベストフォーカス位置
を求めることができる。
Hereinafter, with reference to the flowchart of FIG.
The operation of obtaining the best focus position with respect to the projection optical system PL by the method according to the present embodiment will be described. A mark m for focus measurement is formed on the pattern forming surface of the reticle R of the present embodiment. The focus measurement mark m is a pattern group in which a plurality of (for example, four) elongated rhombic patterns are arranged at a predetermined pitch P1 in the width direction, as in the case described in the conventional example with reference to FIG. Are arranged at another predetermined pitch P2. Then, FIG. 3A shows a mark image M obtained by projecting the mark m for the focus measurement on the wafer W. According to the present embodiment, when the exposure surface of the wafer W is at the best focus position in the direction along the optical axis of the projection optical system PL, the length L of the mark image M in the X direction becomes maximum. Using this, the best focus position can be obtained as follows.

【0021】まず、図5のステップS101において、
感光基板としてのウェハWのフォーカス位置を初期値に
設定する。例えばそれまでベストフォーカス位置とされ
ていたフォーカス位置を中心として、今回のテストプリ
ントでウェハWの露光面を移動させる範囲の下限位置又
は上限位置にその初期値が設定される。その後ステップ
S102において、感光基板としてのウェハW上にレチ
クルRの焦点計測用のマークmの像Mを露光する。この
際に、ウェハステージSTを投影光学系PLの光軸に垂
直な方向にステッピングさせてレチクルRのパターンを
露光することにより、同一フォーカス位置で、例えば3
箇所のショット領域にそれぞれ焦点計測用のマークmの
像Mの露光を行う。
First, in step S101 of FIG.
The focus position of the wafer W as a photosensitive substrate is set to an initial value. For example, the initial value is set to the lower limit position or the upper limit position of the range in which the exposure surface of the wafer W is moved in the test print this time around the focus position which has been the best focus position. Then, in step S102, the image M of the focus measurement mark m of the reticle R is exposed on the wafer W as a photosensitive substrate. At this time, the wafer stage ST is stepped in a direction perpendicular to the optical axis of the projection optical system PL to expose the pattern of the reticle R, so that, for example, at the same focus position, for example, 3
The image M of the mark m for focus measurement is exposed in each shot area.

【0022】その後、ステップS103からステップS
104に移行して、ウェハWの露光面のフォーカス位置
を所定のステップ量だけ変化させる。ウェハWの露光面
のフォーカス位置の初期値が移動範囲の下限のときに
は、フォーカス位置は次第に上昇し、その初期値が移動
範囲の上限のときには、フォーカス位置は次第に下降す
る。それから再びステップS102に移行して、感光基
板としてのウェハWの露光面上の未露光領域の複数箇所
(例えば、3箇所)のショット領域に、それぞれ焦点計
測用のマークmの像Mを露光する。そして、フォーカス
位置が移動範囲の下限又は上限に達するまで、ステップ
S104及びステップS102が繰り返され、フォーカ
ス位置が移動範囲の下限又は上限に達したときに、動作
はステップS103からステップS105に移行して、
ウェハWの現像が行われる。なお露光を行う際には、各
露光処理ごとに露光時間を若干変化させて露光時間を平
均化することができる。このように、露光時間を平均化
することにより、ある露光時間に特有の干渉の影響(例
えば、ある露光時間では菱形マークの先端から発する回
折光が極めて微少となり測定精度が落ちる場合)を除去
することが可能となり、ステップS106以下の測定精
度を高めることができる。
Then, from step S103 to step S
In step 104, the focus position on the exposure surface of the wafer W is changed by a predetermined step amount. When the initial value of the focus position on the exposure surface of the wafer W is the lower limit of the moving range, the focus position gradually rises, and when the initial value is the upper limit of the moving range, the focus position gradually lowers. Then, the process proceeds to step S102 again, and the images M of the marks m for focus measurement are exposed in shot areas at a plurality of locations (for example, three locations) in the unexposed area on the exposed surface of the wafer W as the photosensitive substrate. . Then, steps S104 and S102 are repeated until the focus position reaches the lower limit or the upper limit of the moving range, and when the focus position reaches the lower limit or the upper limit of the moving range, the operation shifts from step S103 to step S105. ,
The wafer W is developed. When performing exposure, the exposure time can be averaged by slightly changing the exposure time for each exposure process. By thus averaging the exposure times, the influence of interference peculiar to a certain exposure time (for example, when the diffracted light emitted from the tip of the rhombus mark becomes extremely small and the measurement accuracy deteriorates at a certain exposure time) is removed. This makes it possible to improve the measurement accuracy of step S106 and thereafter.

【0023】次に、ステップS106において、現像後
のウェハW上の焦点計測用のマーク像の長さであるマー
ク長の計測を行う。図3(a)は計測対象の焦点計測用
のマーク像Mを示し、この図3(a)において、図1の
ウェハアライメント系120の、例えばHe−Neレー
ザ光源121aから射出されたレーザビームが、投影光
学系PLを介して、ウェハW上の焦点計測用のマーク像
Mの近傍にY方向に長いスリット状の走査ビームSBと
して照射される。かかる状態で図1のウェハステージS
Tを−X方向に移動させると、スリット状の走査ビーム
SBが焦点計測用のマーク像Mを照射している間は、回
折格子として機能するマーク像Mから所定の方向に回折
光が射出する。そこで、図1の光電変換素子129でそ
の回折光を検出して、光電変換素子129から出力され
る検出信号SをウェハステージSTのX座標に対してプ
ロットすると、図3(b)に示すように、検出信号Sの
値はX方向においてマーク像Mが存在する領域で大きく
なるプロファイルを示す。従って、検出信号Sが所定の
閾値を超える範囲のX方向の長さを焦点計測用のマーク
像Mのマーク長とすることができる。
Next, in step S106, the mark length which is the length of the mark image for focus measurement on the wafer W after development is measured. FIG. 3A shows a mark image M for focus measurement of the measurement target. In FIG. 3A, the laser beam emitted from, for example, the He-Ne laser light source 121a of the wafer alignment system 120 of FIG. The scanning beam SB having a slit shape that is long in the Y direction is irradiated to the vicinity of the focus measurement mark image M on the wafer W via the projection optical system PL. In such a state, the wafer stage S of FIG.
When T is moved in the −X direction, while the slit-shaped scanning beam SB irradiates the mark image M for focus measurement, diffracted light is emitted from the mark image M functioning as a diffraction grating in a predetermined direction. . Therefore, when the diffracted light is detected by the photoelectric conversion element 129 of FIG. 1 and the detection signal S output from the photoelectric conversion element 129 is plotted with respect to the X coordinate of the wafer stage ST, as shown in FIG. 3B. In addition, the value of the detection signal S shows a profile that increases in the region where the mark image M exists in the X direction. Therefore, the length in the X direction of the range in which the detection signal S exceeds the predetermined threshold value can be set as the mark length of the mark image M for focus measurement.

【0024】なお、図1の信号処理系130では、図4
に示すように、検出信号Sに対して基準強度の位置を中
心としてX方向の幅2Gの範囲でゲートを設定し、その
ゲートの範囲内の検出信号Sのみを処理対象としてい
る。その検出信号Sは、マーク長がデフォーカス時でほ
ぼ0μm程度の長さになる曲線21で表される特性か
ら、マーク長がベストフォーカス位置で設計値程度の長
さになる曲線22で表される特性まで変化する。従っ
て、全ての状態に対応するために、信号処理時のゲート
のX方向の片側の幅Gは、信号強度が最大となる位置に
対して、0〜マーク長の1/2以上の範囲だけ開いてい
る必要がある。
The signal processing system 130 shown in FIG.
As shown in, the gate is set in the range of the width 2G in the X direction centering on the position of the reference intensity with respect to the detection signal S, and only the detection signal S within the range of the gate is processed. The detection signal S is represented by a curve 22 in which the mark length has a length of about 0 μm at the time of defocus and a mark length has a design value at the best focus position. Even the characteristics that change. Therefore, in order to deal with all the states, the width G on one side of the gate in the X direction at the time of signal processing is opened from the position where the signal intensity is maximum to a range of 0 to 1/2 or more of the mark length. Need to be.

【0025】このようにして図1の信号処理系130で
得られた各マーク長の計測結果は、対応するフォーカス
位置のデータと共に、図1の主制御系134に接続され
たディスク装置等の記憶装置内のファイルに格納され
る。その際に、ステップS107において、高周波ノイ
ズの影響で検出信号Sのプロファイル(特にボトム部分
のプロファイル)の信頼性が落ちる場合には、例えば所
定の設定値を超える飛びデータを無効化するような平滑
化処理を施しても良い。
The measurement result of each mark length thus obtained by the signal processing system 130 of FIG. 1 is stored in the disk device or the like connected to the main control system 134 of FIG. 1 together with the data of the corresponding focus position. It is stored in a file in the device. At that time, in step S107, if the reliability of the profile of the detection signal S (particularly the profile of the bottom portion) is deteriorated due to the influence of high frequency noise, for example, smoothing such as invalidating skipped data exceeding a predetermined set value is performed. You may give a conversion process.

【0026】次いで、ステップS108に進み、信号処
理系130において、検出信号Sのプロファイルに対し
て、複数のスライスレベルSi(i=1,2,3,…)
でスライス処理が施される。このスライス処理は、例え
ば図6に示すように、検出信号Sのもっとも大きな強度
を基準強度(100%)として、10%から90%まで
10%ステップでスライスする。そして、ステップS1
09に進み、検出信号Sが各スライスレベルSiを横切
るX方向の2カ所の座標X1i、X2iを求め、その2
カ所の座標の間隔|X1i−X2i|を、各スライスレ
ベルにおけるマーク長とする。なお、本実施の形態では
スライスレベルを10%刻みで設定したが、スライスレ
ベルは任意の値に設定できることは言うまでもない。ま
たスライスレベルは等間隔に設定する必要もなく、例え
ば検出信号のプロファイルのボトム付近ではより狭い間
隔のスライスレベルを設定することもできる。
Next, in step S108, the signal processing system 130 sets a plurality of slice levels Si (i = 1, 2, 3, ...) For the profile of the detection signal S.
The slice processing is performed with. In this slicing process, as shown in FIG. 6, for example, the largest intensity of the detection signal S is used as the reference intensity (100%) and sliced from 10% to 90% in 10% steps. Then, step S1
09, the coordinates X1i and X2i at two positions in the X direction where the detection signal S crosses each slice level Si are obtained, and
The interval | X1i-X2i | of the coordinates at one place is the mark length at each slice level. Although the slice level is set in 10% increments in the present embodiment, it goes without saying that the slice level can be set to any value. Further, it is not necessary to set the slice levels at equal intervals, and for example, the slice levels can be set at narrower intervals near the bottom of the profile of the detection signal.

【0027】このようにして求められた各スライスレベ
ルにおけるマーク長を、図7に点で示すようにプロット
し、さらにステップS110において、マーク長をスラ
イスレベルを変数とするn次関数で曲線近似する。例え
ば、近似曲線のモデル関数式を次式(1)で示される4
次関数とする。 y=ax4+bx3+cx2+dx+e …(1) そして、上記モデル関数式(1)を使用して、近似曲線
を最小自乗法により求めると、図7に実線で示す曲線の
ようにプロットすることができる。
The mark lengths at each slice level thus obtained are plotted as shown by dots in FIG. 7, and in step S110, the mark lengths are curve-approximated by an nth-order function having the slice level as a variable. . For example, the model function formula of the approximate curve is expressed by the following formula (1):
The next function. y = ax4 + bx3 + cx2 + dx + e (1) Then, when the approximate curve is obtained by the least square method using the above model function formula (1), it can be plotted as the curve shown by the solid line in FIG. 7.

【0028】次いで、ステップS111において、上記
のようにして求められた近似曲線より実際に露光された
像Mのマーク長Lを求める。具体的には、上記モデル関
数式(1)においてx=0のときのyの値(すなわち、
図7において、スライスレベルが0%でのyの値)が検
出信号Sのプロファイルのすその広がり(幅)を表すの
で、信号処理系130は、この値を実際に露光された像
Mのマーク長Lとして所定の記憶装置に格納する。この
ように、本実施の形態においては、従来のように干渉な
どの影響でノイズが乗りやすい検出信号からそのまま測
定用マークの像のマーク長を求めるのではなく、一旦マ
ーク長を信号強度に応じたスライスレベルを変数とする
関数により曲線近似し、その近似された関数に基づいて
マーク長を求めるので、短波長レーザの干渉などに起因
するノイズの影響を抑えることが可能となり、より精度
の高い測定が可能となる。
Then, in step S111, the mark length L of the actually exposed image M is obtained from the approximate curve obtained as described above. Specifically, in the model function expression (1), the value of y when x = 0 (that is,
In FIG. 7, the y value at a slice level of 0%) represents the spread (width) of the profile of the detection signal S, so the signal processing system 130 uses this value as the mark of the actually exposed image M. The length L is stored in a predetermined storage device. As described above, in the present embodiment, the mark length of the image of the measurement mark is not directly obtained from the detection signal in which noise is likely to be generated due to the influence of interference or the like as in the conventional case, but the mark length is once determined according to the signal strength. The curve length is approximated by a function that uses the slice level as a variable, and the mark length is calculated based on the approximated function, so it is possible to suppress the influence of noise caused by interference of short wavelength lasers, etc. It becomes possible to measure.

【0029】また、計測用マークの像の実際のsマーク
長Lはボトムに近い部分をスライスしたときの交点間距
離に相当するが、検出信号はボトムに近いほどノイズが
乗りやすいため、従来の方法では、ボトムに近い部分で
スライスすることができなかった。しかしながら、本実
施の形態によれば、特にボトム部分に乗ったノイズに拘
わらず、よりボトムに近い部分(例えば、スライスレベ
ル0%)でスライスしたときの交点間距離を求めること
ができ、より実際値に近いマーク長Lを算出することが
できる。
Further, the actual s mark length L of the image of the measurement mark corresponds to the distance between the intersections when the portion close to the bottom is sliced. With the method, it was not possible to slice at a portion close to the bottom. However, according to the present embodiment, it is possible to obtain the inter-intersection distance when slicing at a portion closer to the bottom (for example, slice level 0%), irrespective of noise particularly on the bottom portion. The mark length L close to the value can be calculated.

【0030】このようにして、あるフォーカス位置にお
ける計測用マークの像のマーク長が求められる。その
後、ステップS106〜S111が反復されて、ステッ
プS112において、すべてのフォーカス位置における
計測用マークの像のマーク長が算出されたと判断された
場合に、処理はステップS113以下に進み、例えば特
開平6−216004号公報に開示されているような方
法によりベストフォーカス位置が決定される。
In this way, the mark length of the image of the measurement mark at a certain focus position is obtained. After that, steps S106 to S111 are repeated, and when it is determined in step S112 that the mark lengths of the images of the measurement marks at all the focus positions have been calculated, the process proceeds to step S113 and subsequent steps, for example, Japanese Patent Laid-Open No. The best focus position is determined by the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 216004.

【0031】具体的には、ステップS113において、
各フォーカス位置Fi(i=0,1,2,…)における
マーク長Li(i=,0,1,2,…)に基づいて、最
小自乗法により、マーク長Liをフォーカス位置Fiを
変数とするn次関数(例えば、n=4,5,6)で近似
する。この場合、例えば、フォーカス位置Fiが7個以
上の場合にはフォーカス位置Fの6次関数で近似し、フ
ォーカス位置が6個の場合には5次関数で近似し、フォ
ーカス位置が5個の場合には4次関数で近似し、フォー
カス位置が4個以下の場合には、計測条件に問題がある
としてベストフォーカス位置の算出を中止することがで
きる。
Specifically, in step S113,
Based on the mark length Li (i = 0, 1, 2, ...) At each focus position Fi (i = 0, 1, 2, ...) By the method of least squares, the mark length Li is used as a focus position Fi as a variable. It is approximated by an n-order function (for example, n = 4, 5, 6). In this case, for example, when the number of focus positions Fi is 7 or more, it is approximated by a 6th order function of the focus position F, when it is 6, it is approximated by a 5th order function, and when the number of focus positions is 5, Is approximated by a quartic function, and when the number of focus positions is four or less, the calculation of the best focus position can be stopped because there is a problem with the measurement conditions.

【0032】図8には、ステップS113において最小
自乗法により得られた近似関数のプロファイルを曲線2
3として示している。そして、ステップS114におい
て、有効なマーク長のデータがあるフォーカス位置Fの
範囲内で、その近似曲線23の最大値M1、及びその近
似曲線23が最大値M1をとるときのフォーカス位置F
1を求める。次にステップS115において、その最大
値M1から予め設定しておいたスライス値Tだけ小さい
しきい値(M1−T)を設定し、その近似曲線がそのし
きい値(M1−T)を横切るときのフォーカス位置F1
から−側のフォーカス位置F2Aと、フォーカス位置F
1から+側のフォーカス位置F2Aとを求め、これらフ
ォーカス位置F2A及びF2Bの中間の(平均の)フォ
ーカス位置F2をベストフォーカス位置とする。このよ
うにして、本実施の形態により図2に示す投影光学系P
Lのベストフォーカス位置が決定される。なお、ベスト
フォーカス位置を決定する際に、各フォーカス位置に応
じた重み付けを加えても良い。
In FIG. 8, the profile of the approximate function obtained by the method of least squares in step S113 is shown by the curve 2
It is shown as 3. Then, in step S114, the maximum value M1 of the approximate curve 23 within the range of the focus position F having the effective mark length data, and the focus position F when the approximate curve 23 takes the maximum value M1.
Ask for 1. Next, in step S115, when a threshold value (M1-T) smaller than the maximum value M1 by a preset slice value T is set, and the approximated curve crosses the threshold value (M1-T), Focus position F1
From-side focus position F2A and focus position F
The focus position F2A on the + side is calculated from 1 and the intermediate (average) focus position F2 between these focus positions F2A and F2B is set as the best focus position. In this way, according to the present embodiment, the projection optical system P shown in FIG.
The best focus position of L is determined. When determining the best focus position, weighting according to each focus position may be added.

【0033】なお、上記実施の形態では、菱形のマーク
を計測用マークとして使用したが、例えば図9(a)に
示すように、連続的に線幅が変化する直線状パターン、
例えば楔形パターンを所定本数(例えば、3本)ずつ一
定周期で配したものを使用することができる。かかるパ
ターンの像Pを上記実施の形態と同様にスリット状のレ
ーザビームにより走査すれば、図9(b)に示すような
検出信号のプロファイルを得ることができるので、この
プロファイルの長さLyを求めるように構成することが
できる。この場合にも、検出信号のプロファイルを複数
のスライスレベルでスライスして、各スライスレベルに
おいて求められたパターンの長さをスライスレベルを変
数とする関数で曲線近似することにより、干渉などによ
るノイズの影響を軽減し、パターン長さの測定精度を高
めることができる。
In the above embodiment, the diamond-shaped mark is used as the measurement mark. However, as shown in FIG. 9A, for example, a linear pattern in which the line width changes continuously,
For example, it is possible to use a pattern in which a predetermined number (for example, 3) of wedge-shaped patterns are arranged at regular intervals. By scanning the image P of such a pattern with a slit-shaped laser beam as in the above-described embodiment, a profile of the detection signal as shown in FIG. 9B can be obtained. It can be configured to solicit. Also in this case, the profile of the detection signal is sliced at a plurality of slice levels, and the length of the pattern obtained at each slice level is curve-approximated by a function having the slice level as a variable, so that noise due to interference or the like It is possible to reduce the influence and improve the measurement accuracy of the pattern length.

【0034】また上記実施の形態では、スライスレベル
を変数とする計測用マークの大きさの近似曲線から実際
の計測用マークのマーク長を求める際に、そのモデル関
数において、x=0の時のyの値(スライスレベル0%
でのyの値)をマーク長と設定したが、本発明はかかる
例に限定されない。例えば、スライスレベル0%の近傍
で近似曲線の傾きが急激に変化し、正確なマーク長を求
めることができないような場合には、x=0に近い所定
値、例えばスライスレベル1%でのyの値をマーク長と
して設定しても良い。
Further, in the above embodiment, when the actual mark length of the measurement mark is obtained from the approximate curve of the measurement mark size with the slice level as a variable, when x = 0 in the model function, Value of y (slice level 0%
However, the present invention is not limited to such an example. For example, when the slope of the approximate curve changes rapidly near the slice level of 0% and an accurate mark length cannot be obtained, a predetermined value close to x = 0, for example, y at the slice level of 1%. The value of may be set as the mark length.

【0035】さらに上記実施の形態では、図5のステッ
プS107において平滑化処理が施された近似曲線を用
いてマーク長を求めているが、さらに信頼性を向上させ
るために近似曲線に対して重み付け処理を施しても良
い。具体的には、図5のステップS111において求め
たマーク長に対して各スライスレベルに応じて重みを設
定する。すでに説明したように、一般的に、スライスレ
ベルが低いほど(すなわち、検出信号のプロファイルの
ボトム付近であるほど)近似曲線との交点間の距離が真
のマーク長に近いと思われるので、大きな重みを与える
ようにする。ただし、スライスレベルが低いほどノイズ
の影響を受けやすいので、検出信号のS/N比によって
は、スライスレベルが低いほど重みを軽くしてもよい。
このようにして設定された重みを用いて、モデル関数に
対して重み付けの最小自乗法により、モデル関数の最適
化を図ることができる。すなわち、図5のステップS1
10において求めた近似関数に応じて算出されるマーク
長の値とステップS106において実際に計測されたマ
ーク長の値との差の自乗と、対応するフォーカス位置の
重みとの積の和が最小となるようにモデル関数のパラメ
ータを設定する。このようにして重み付け最小自乗法に
より最適化されたモデル関数に基づいてマーク長を求め
ることにより、特にボトム付近のノイズの影響を軽減
し、測定精度をさらに高めることが可能となる。
Further, in the above embodiment, the mark length is obtained by using the approximation curve smoothed in step S107 of FIG. 5, but the approximation curve is weighted to further improve the reliability. You may give a process. Specifically, a weight is set for the mark length obtained in step S111 of FIG. 5 according to each slice level. As described above, in general, the lower the slice level (that is, the closer to the bottom of the profile of the detection signal), the closer the distance between the points of intersection with the approximated curve and the true mark length is. Try to give weight. However, since the lower the slice level is, the more susceptible it is to noise, depending on the S / N ratio of the detection signal, the lower the slice level, the lighter the weight may be.
Using the weights set in this way, the model function can be optimized by the least squares method of weighting the model function. That is, step S1 in FIG.
The sum of the products of the square of the difference between the mark length value calculated according to the approximation function obtained in step 10 and the mark length value actually measured in step S106, and the weight of the corresponding focus position is the minimum. Set the parameters of the model function so that By thus determining the mark length based on the model function optimized by the weighted least squares method, it is possible to reduce the influence of noise particularly near the bottom and further improve the measurement accuracy.

【0036】前述の実施の形態では、スポット光を使用
するウェハアライメント系の出力信号を複数のスライス
レベルでスライスするものとしたが、例えば撮像素子
(CCD等)を備えたウェハアライメント系の出力信号
を複数のスライスレベルでスライスしてもよい。また計
測用マークは回折格子状である必要はなく、少なくとも
1つのマークであればよい。さらに、計測用マークはく
さび状でなくてもよく、例えば直線状マーク(バーマー
ク等)であってもよい。
In the above-described embodiment, the output signal of the wafer alignment system using spot light is sliced at a plurality of slice levels. However, for example, the output signal of the wafer alignment system equipped with an image pickup device (CCD or the like). May be sliced at multiple slice levels. The measurement mark does not have to be in the shape of a diffraction grating, and may be at least one mark. Furthermore, the measurement mark does not have to be wedge-shaped, and may be, for example, a linear mark (bar mark or the like).

【0037】以上、本発明の好適な実施の形態について
添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる実
施の形態に限定されないことは言うまでもない。当業者
であれば特許請求の範囲に記載された発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々の変更または修正に想到することは明
らかであり、それらについても本発明の技術的範囲に属
するものと了解される。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such embodiments. It is clear that those skilled in the art will come up with various changes or modifications without departing from the scope of the invention described in the claims, and it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention. It

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パターン検出系により検出された検出信号からそのまま
測定用パターン像の大きさを求めるのではなく、検出信
号を複数のスライスレベルでスライスして、各スライス
レベルでのパターン像の大きさを求めてから、各スライ
スレベルを変数とするパターン像の大きさのモデル関数
により曲線近似を行い、求められた近似曲線から実際に
基板に露光されたパターン像の大きさを算出する。この
ように、本発明では、曲線近似処理により、短波長のH
e−Neレーザなどの干渉の影響などに起因する検出信
号のノイズの影響を軽減することができるので、パター
ン像の大きさをより高い精度で算出することができる。
また干渉の影響により発生するL/Sマーク(レチクル
上のデバイスパターン)のベストフォーカスと菱形マー
クのベストフォーカスとの差がなくなるので、フォーカ
ス管理を効率的に行うことができる。
As described above, according to the present invention,
Instead of directly obtaining the size of the measurement pattern image from the detection signal detected by the pattern detection system, the detection signal is sliced at a plurality of slice levels, and then the size of the pattern image at each slice level is obtained. Curve approximation is performed using a model function of the size of the pattern image with each slice level as a variable, and the size of the pattern image actually exposed on the substrate is calculated from the obtained approximation curve. As described above, according to the present invention, the short wavelength H
Since it is possible to reduce the influence of the noise of the detection signal due to the influence of the interference of the e-Ne laser or the like, it is possible to calculate the size of the pattern image with higher accuracy.
Further, since there is no difference between the best focus of the L / S mark (device pattern on the reticle) and the best focus of the rhombus mark caused by the influence of interference, focus management can be efficiently performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明にかかるベストフォーカス位置の検出方
法を適用可能なステッパの一例を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a stepper to which a method for detecting a best focus position according to the present invention can be applied.

【図2】レチクル上に付される焦点計測用マークの一例
を示す略平面図である。
FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of a focus measurement mark provided on a reticle.

【図3】(a)は感光基板上に投影露光された焦点計測
用マーク像とスリット状ビームとを示す略平面図であ
り、(b)は図3(a)のマーク像から得られる検出信
号のプロファイルを示す波形図である。
3A is a schematic plan view showing a focus measurement mark image and a slit-shaped beam projected and exposed on a photosensitive substrate, and FIG. 3B is a detection result obtained from the mark image of FIG. 3A. It is a wave form diagram which shows the profile of a signal.

【図4】焦点計測用マーク像から得られる検出信号にゲ
ートを設定する様子を説明する波形図である。
FIG. 4 is a waveform diagram illustrating how a gate is set in a detection signal obtained from a focus measurement mark image.

【図5】本発明にかかるベストフォーカス位置の検出方
法の一例を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing an example of a best focus position detection method according to the present invention.

【図6】焦点計測用マーク像から得られる検出信号波形
を複数のスライスレベルでスライス処理を施す様子を説
明する波形図である。
FIG. 6 is a waveform diagram illustrating how a detection signal waveform obtained from a focus measurement mark image is sliced at a plurality of slice levels.

【図7】各スライスレベルでのマーク像の長さを各スラ
イスレベルを変数とする関数で曲線近似する様子を説明
するグラフである。
FIG. 7 is a graph illustrating how the length of the mark image at each slice level is curve-fitted by a function having each slice level as a variable.

【図8】各フォーカス位置でのマーク長に基づいてベス
トフォーカス位置を決定する様子を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing how the best focus position is determined based on the mark length at each focus position.

【図9】本発明に適用可能な別の焦点計測用マークを示
しており、(a)は、レチクル上に付されるマーク形状
を示し、(b)は図9(a)のマークを感光基板上に投
影露光したマーク像から得られる信号波形を示す波形図
である。
9A and 9B show another focus measurement mark applicable to the present invention, in which FIG. 9A shows a mark shape applied on a reticle, and FIG. 9B shows the mark of FIG. It is a waveform diagram which shows the signal waveform obtained from the mark image which carried out the projection exposure on the board | substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

R レチクル RS レチクルステージ PL 投影光学系 W ウェハ m レチクル上の焦点計測用マーク M 感光基板上の焦点計測用マーク像 SB スリット状ビーム 120 ウェハアライメント系 121 He−Neレーザ光源 129 光電変換素子 130 信号処理系 R reticle RS reticle stage PL projection optical system W wafer m focus measurement mark on reticle M focus measurement mark image on photosensitive substrate SB slit beam 120 wafer alignment system 121 He-Ne laser light source 129 photoelectric conversion element 130 signal processing system

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G03F 9/02 G03B 3/00 A H01L 21/30 516A 526A ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location G03F 9/02 G03B 3/00 A H01L 21/30 516A 526A

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マスク上のパターンの像を所定面上に投
影する投影光学系の光軸方向の複数の位置の各々に感光
性の基板を配置して計測用パターンの像を投影し、前記
基坂上に形成された複数の計測用パターン像の大きさに
基づいて、前記投影光学系のベストフォーカス位置を検
出する方法において、 前記基坂上の前記計測用パターン像を検出するパターン
検出系の出力信号を複数のスライスレベルでスライス
し、各スライスレベルにおける前記計測用パターン像の
大きさを求める第1工程と;前記第1工程で求められた
前記計測用パターン像の大きさを前記スライスレベルを
変数とする関数で近似し、該近似された関数に基づいて
前記計測用パターン像の大きさを算出する第2工程とを
含むことを特徴とするベストフォーカス位置の検出方
法。
1. A photosensitive substrate is arranged at each of a plurality of positions in the optical axis direction of a projection optical system that projects an image of a pattern on a mask onto a predetermined surface, and an image of a measurement pattern is projected. A method of detecting the best focus position of the projection optical system based on the sizes of a plurality of measurement pattern images formed on a base slope, the output of a pattern detection system detecting the measurement pattern image on the base slope. A first step of slicing a signal at a plurality of slice levels and obtaining the size of the measurement pattern image at each slice level; and the slice level of the size of the measurement pattern image obtained in the first step. A second step of approximating with a function as a variable and calculating the size of the measurement pattern image based on the approximated function. .
【請求項2】 前記計測用パターンは少なくとも1つの
楔状マークからなり、前記第2工程で算出される前記計
測用パターン像の長さが最大となる前記光軸方向の位置
をベストフォーカス位置として決定することを特徴とす
る請求項1に記載の方法。
2. The measurement pattern includes at least one wedge-shaped mark, and the position in the optical axis direction where the length of the measurement pattern image calculated in the second step is maximum is determined as the best focus position. The method according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記計測用パターンは複数の楔状マーク
からなる回折格子であり、前記パターン検出系は、前記
計測用パターン像と光ビームとの相対走査によって前記
計測用パターン像から発生する回折光を受光し、該回折
光の強度に応じた光電信号を出力することを特徴とする
請求項1又は2に記載の方法。
3. The measurement pattern is a diffraction grating made up of a plurality of wedge-shaped marks, and the pattern detection system causes diffracted light generated from the measurement pattern image by relative scanning between the measurement pattern image and a light beam. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the light is received and a photoelectric signal corresponding to the intensity of the diffracted light is output.
【請求項4】 前記第2工程において、前記近似された
関数を用いて前記スライスレベルがほぼ零のときの前記
計測用パターン像の大きさを算出することを特徴とする
請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
4. The size of the measurement pattern image when the slice level is substantially zero is calculated in the second step by using the approximated function. The method described in either.
【請求項5】 前記第1工程は、前記パターン検出系の
出力信号を平滑化処理する工程を含むことを特徴とする
請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
5. The method according to claim 1, wherein the first step includes a step of smoothing an output signal of the pattern detection system.
【請求項6】 前記第2工程において、前記近似された
関数により求められた計測用パターン像の大きさと前記
第1工程で求められた計測用パターン像の大きさとの差
の自乗と、前記スライスレベルに応じた重みとの積の、
前記スライスレベルごとの和を最小とする最小自乗法に
より前記関数を最適化することを特徴とする請求項1〜
5のいずれかに記載の方法。
6. The square of the difference between the size of the measurement pattern image obtained by the approximated function in the second step and the size of the measurement pattern image obtained in the first step, and the slice. Of the product with the weight according to the level,
The function is optimized by a least squares method that minimizes the sum for each slice level.
5. The method according to any one of 5 above.
【請求項7】 前記スライスレベルが低い程大きな重み
を与えることを特徴とする請求項6に記載の方法。
7. The method according to claim 6, wherein the lower the slice level, the greater the weight.
JP7241652A 1995-09-20 1995-09-20 Method for detection of best focus position Pending JPH0982620A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7241652A JPH0982620A (en) 1995-09-20 1995-09-20 Method for detection of best focus position

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7241652A JPH0982620A (en) 1995-09-20 1995-09-20 Method for detection of best focus position

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0982620A true JPH0982620A (en) 1997-03-28

Family

ID=17077509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7241652A Pending JPH0982620A (en) 1995-09-20 1995-09-20 Method for detection of best focus position

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0982620A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5943638A (en) * 1996-07-16 1999-08-24 Nec Corporation Position detecting method by reflected scattered light of a laser beam applied to a position-detected object
WO2005124834A1 (en) * 2004-06-22 2005-12-29 Nikon Corporation Best focus detecting method, exposure method and exposure equipment
KR20190106711A (en) * 2018-03-09 2019-09-18 캐논 가부시끼가이샤 Determination method, exposure method, exposure apparatus, method of manufacturing article, and computer program
CN114688993A (en) * 2022-06-01 2022-07-01 江苏匠岭半导体有限公司 Method for rapidly focusing three-dimensional morphology based on wafer bearing table

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5943638A (en) * 1996-07-16 1999-08-24 Nec Corporation Position detecting method by reflected scattered light of a laser beam applied to a position-detected object
WO2005124834A1 (en) * 2004-06-22 2005-12-29 Nikon Corporation Best focus detecting method, exposure method and exposure equipment
JPWO2005124834A1 (en) * 2004-06-22 2008-04-17 株式会社ニコン Best focus detection method, exposure method, and exposure apparatus
US7566893B2 (en) 2004-06-22 2009-07-28 Nikon Corporation Best focus detection method, exposure method, and exposure apparatus
JP4873242B2 (en) * 2004-06-22 2012-02-08 株式会社ニコン Best focus detection method, exposure method, and exposure apparatus
KR20190106711A (en) * 2018-03-09 2019-09-18 캐논 가부시끼가이샤 Determination method, exposure method, exposure apparatus, method of manufacturing article, and computer program
CN114688993A (en) * 2022-06-01 2022-07-01 江苏匠岭半导体有限公司 Method for rapidly focusing three-dimensional morphology based on wafer bearing table
CN114688993B (en) * 2022-06-01 2022-08-16 江苏匠岭半导体有限公司 Method for rapidly focusing three-dimensional morphology based on wafer bearing table

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3265668B2 (en) How to calculate the best focus position
US6057908A (en) Exposure condition measurement method
US7081948B2 (en) System for automated focus measuring of a lithography tool
JPH07111233A (en) Exposure method
US5898480A (en) Exposure method
US6657725B1 (en) Scanning type projection exposure apparatus and device production method using the same
JP3271348B2 (en) Leveling mating surface measuring method and exposure apparatus
JPH118194A (en) Exposure condition measuring method, and evaluation method and lithography system for projection optical system
JPH11295056A (en) Position detecting method, positioning method, and exposing method
JPH0982620A (en) Method for detection of best focus position
JPH10254123A (en) Reticle formed with test patterns
JP2712330B2 (en) Exposure condition measurement method
CN108333880B (en) Photoetching exposure device and focal plane measuring device and method thereof
US20220137522A1 (en) Exposure apparatus, exposure method, and article manufacturing method
KR100601661B1 (en) Method and apparatus for measuring linear spot or position variations in a scanning system
JP3219217B2 (en) Positioning method and apparatus, and exposure method and apparatus
JP2001185474A (en) Alignment method, alignment device, substrate, mask, and exposure device
JPH06267824A (en) Exposure
JPH10284414A (en) Imaging position detecting apparatus and manufacture of semiconductor device
JPH1038514A (en) Position detecting device
JPH10106937A (en) Position detecting method, its equipment and projection aligner
JP2002100552A (en) Scan projection aligner and surface position detection method used therefor
JP3289333B2 (en) Projection exposure apparatus and method
JP2899026B2 (en) Mark detection device
JPH06314648A (en) Aligning method