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JPH10284415A - Imaging position detecting apparatus and manufacture of semiconductor device - Google Patents

Imaging position detecting apparatus and manufacture of semiconductor device

Info

Publication number
JPH10284415A
JPH10284415A JP9110483A JP11048397A JPH10284415A JP H10284415 A JPH10284415 A JP H10284415A JP 9110483 A JP9110483 A JP 9110483A JP 11048397 A JP11048397 A JP 11048397A JP H10284415 A JPH10284415 A JP H10284415A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
projection optical
pattern
reticle
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
JP9110483A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Nagayama
匡 長山
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 JP9110483A priority Critical patent/JPH10284415A/en
Publication of JPH10284415A publication Critical patent/JPH10284415A/en
Pending legal-status Critical Current

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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
    • 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)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging position detecting apparatus which can obtain a measured result sufficiently coinciding with a position and shape of a focusing plane caused by test exposure. SOLUTION: A reference pattern 24a is positioned on a conjugate plane of a projection optical system 11 of a reticle 9 pattern, the reference pattern 24a is illuminated from a side opposite to the optical system 11. The apparatus measures a quantity of light flux passed through light transmission regions of the reference pattern, reflected by the reticle pattern, and returned to the light transmission regions of the reference pattern; moves the reference pattern to a plurality of heights in the optical axial direction to measure quantities of light at the respective heights; and finds a best focus height of an image in the projection optical system of the reticle pattern on the basis of light quantity distributions in the optical axial direction. The apparatus includes a means for finding average height of the distributed quantity of light.

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、投影光学系の結像
面の位置及び形状を求める結像面検出装置に関し、特
に、ウエハへのテスト露光を行ったときに得られるであ
ろう結像面の位置及び形状を、テスト露光を行うことな
く求めることができる結像面検出装置及び結像面検出方
法を用いた半導体デバイスの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image plane detecting apparatus for determining the position and shape of an image plane of a projection optical system, and more particularly to an image forming apparatus that can be obtained when a test exposure is performed on a wafer. The present invention relates to an imaging surface detection apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device using an imaging surface detection method, which can determine the position and shape of a surface without performing test exposure.

【0002】[0002]

【従来の技術】投影露光装置は、半導体素子または液晶
表示素子等をリソグラフィー工程で製造する際に使用さ
れており、一括露光によるものと走査型露光によるもの
とがある。投影露光装置においては、装置を起動する際
に、投影光学系の像面形状及び位置を高精度に求める必
要があり、すなわち、レチクル下面(パターン面)に対
するウエハ上面のベストフォーカス位置を初期化する必
要がある。ベストフォーカス位置を決める方法は、ウエ
ハ焼き付けによる方法と2重結像による空間像コントラ
ストを検出する方法とがある。
2. Description of the Related Art A projection exposure apparatus is used when a semiconductor element or a liquid crystal display element is manufactured by a lithography process, and there are a projection exposure apparatus and a scanning exposure method. In the projection exposure apparatus, when starting the apparatus, it is necessary to determine the image plane shape and position of the projection optical system with high accuracy, that is, initialize the best focus position of the upper surface of the wafer with respect to the lower surface of the reticle (pattern surface). There is a need. The method of determining the best focus position includes a method of burning a wafer and a method of detecting a spatial image contrast by double imaging.

【0003】また、投影露光装置においては、ほぼ平坦
なレチクル下面(パターン面)をほぼ平坦なウエハ上面
に焼き付けるため、投影光学系の結像面形状が常に平坦
であることが要求される。よって、経時変化やその他の
要因により結像面の平坦性が変化していないことを確認
する手段が必要である。また、平坦性が悪化している場
合には補整手段がなければならない。結像面の形状と
は、露光領域内の各点における焦点位置を結んだ面のこ
とである。よって、結像面の形状を求めるには、露光領
域内の複数の点での焦点位置を求めることが不可欠であ
る。現在、結像面の位置及び形状を求める方法は、ウエ
ハ焼き付けによる方法で行われている。
Further, in a projection exposure apparatus, since an almost flat reticle lower surface (pattern surface) is printed on a substantially flat wafer upper surface, it is required that the image forming surface of the projection optical system is always flat. Therefore, it is necessary to provide a means for confirming that the flatness of the imaging surface has not changed due to aging or other factors. If the flatness is degraded, compensation means must be provided. The shape of the imaging surface is a surface connecting the focal positions at each point in the exposure area. Therefore, in order to determine the shape of the imaging plane, it is essential to determine the focal positions at a plurality of points in the exposure area. At present, the method of obtaining the position and the shape of the imaging plane is performed by a method using wafer printing.

【0004】ウエハ焼き付けによる方法の1つとして、
レチクル上数ヵ所に配置されたテストマークを、ウエハ
ピント位置及び露光位置を変えて焼き付け、現像処理を
行い、光学顕微鏡にてレジスト像が解像しているデフォ
ーカス範囲の中点を求め、各位置のテストマークで求め
られた値を各位置での焦点位置とし、露光領域内各点の
焦点位置から決まる面を像面としその形状を求め、さら
に露光領域内の各点での焦点位置を平均してベストフォ
ーカスとする方法がある。
One of the methods by baking a wafer is as follows.
Test marks placed at several places on the reticle are printed by changing the wafer focus position and exposure position, developed, and the optical microscope is used to determine the midpoint of the defocus range where the resist image is resolved, The focus position at each position is determined by the value obtained from the test mark, the surface determined by the focus position at each point in the exposure area is used as the image plane, its shape is determined, and the focus positions at each point in the exposure area are averaged. There is a way to make it the best focus.

【0005】さらに厳密な方法として、光学顕微鏡の代
わりに電子顕微鏡でベストフォーカス位置を求めるCD
フォーカス法がある。CDフォーカス法によるベストフ
ォーカス位置決めは、孤立マークやライン・アンド・ス
ペースといったレチクル上のテストマークを、ウエハピ
ント位置及び露光位置を変えて焼き付け、現像後残存し
たレジスト像の線幅を電子顕微鏡で計測し、正しい焼き
付け線幅に対して例えば±10%の範囲内にあるデフォ
ーカス範囲を求め、その中点を各測定点での焦点位置と
し、露光領域内各点の焦点位置から決まる面を像面とし
その形状を求め、さらに露光領域内の各点での焦点位置
を平均してベストフォーカスとする方法である。
As a stricter method, a CD for finding the best focus position using an electron microscope instead of an optical microscope
There is a focus method. Best focus positioning by the CD focus method is to print test marks on a reticle such as an isolated mark or line and space by changing the wafer focus position and exposure position, and measure the line width of the resist image remaining after development with an electron microscope. A defocus range within a range of, for example, ± 10% with respect to a correct printing line width is obtained, a middle point thereof is set as a focal position at each measurement point, and a plane determined from the focal position of each point in the exposure area is defined as an image plane. Then, the shape is obtained, and the focus positions at each point in the exposure area are averaged to obtain the best focus.

【0006】ここで、従来から行われているCDフォー
カス法による結像面形状の計測、及びべストフォーカス
値の測定法の1例について詳細に説明する。投影光学系
の露光フィールド内の任意の点におけるべストフォーカ
ス値の確認は、1例として次のように行われる。まず、
レチクル上の任意の位置に設置されたライン・アンド・
スペース・パターンを、ポジレジストを塗布したウエハ
上に焼き付ける。焼き付けの度に焦点方向に位置をずら
し(その位置はオートフォーカス系によって正確に把握
される)、かつパターンが重ならないように光軸垂直面
内にも位置をずらして焼き付け、現像処理を行う。ライ
ン・アンド・スペース・パターンの向きは、0,45,
90,135度のものが一般的である。また露光領域内
の計測位置も、光軸を中心として0,45,90,13
5度方向にそれそれ数点ずつというのが一般的である。
このようなパターンを用いると、パターン方向による像
面形状の違いも計測できる。
Here, an example of a conventional method of measuring the image plane shape by the CD focus method and a method of measuring the best focus value will be described in detail. The confirmation of the best focus value at an arbitrary point in the exposure field of the projection optical system is performed as follows as an example. First,
Line-and-line installed anywhere on the reticle
A space pattern is printed on the wafer coated with the positive resist. Each time printing is performed, the position is shifted in the focal direction (the position is accurately grasped by the autofocus system), and the position is also shifted in the plane perpendicular to the optical axis so that the patterns do not overlap. The direction of the line and space pattern is 0, 45,
90 and 135 degrees are common. The measurement positions in the exposure area are also 0, 45, 90, 13 around the optical axis.
In general, it is several points each in the direction of 5 degrees.
When such a pattern is used, the difference in the image plane shape depending on the pattern direction can also be measured.

【0007】このとき、焦点方向のある位置でのレジス
ト像の断面形状は図7の様になる。各焦点位置でのレジ
スト像のボトム線幅を電子顕微鏡により計測し、データ
処理により多項式近似を行う。前記ボトム線幅が、レチ
クル上ライン・アンド・スペースのウエハ投影線幅(レ
チクル上での線幅に投影光学系の倍率を乗じた値)の±
10%となる様な2点のフォーカス位置を求め、その中
点をその任意の位置での焦点位置とする。ここで、その
焦点位置でのボトム線幅が、レチクル上ライン・アンド
・スペースのウエハ投影線幅程度になっているように、
露光量は設定されなければならない(図8参照)。この
ような過程により、パターン方向ごとに像面形状が測定
される。その中で、各測定位置において、光軸を通る直
線上に位置しその直線に対して垂直方向に伸びるパター
ンであるメリジオナル方向パターンと、光軸を通る直線
上に位置しその直線に対して平行方向に伸びるパターン
であるサジタル方向パターンにわけ、それぞれの像面形
状であるメリジオナル像面形状、サジタル像面形状を求
め、その平均した像面形状(これ以後一般的な投影光学
系の像面形状と呼ぶことにする)を求めることができ
る。
At this time, the cross-sectional shape of the resist image at a certain position in the focal direction is as shown in FIG. The bottom line width of the resist image at each focal position is measured by an electron microscope, and a polynomial approximation is performed by data processing. The bottom line width is ± the wafer projection line width of the line and space on the reticle (the value obtained by multiplying the line width on the reticle by the magnification of the projection optical system).
Two focus positions such as 10% are obtained, and the middle point is set as the focus position at an arbitrary position. Here, the bottom line width at the focal position is approximately equal to the wafer projection line width of the line and space on the reticle.
The exposure must be set (see FIG. 8). Through such a process, the image plane shape is measured for each pattern direction. Among them, at each measurement position, a meridional direction pattern which is a pattern located on a straight line passing through the optical axis and extending in a direction perpendicular to the straight line, and a meridional direction pattern located on a straight line passing through the optical axis and parallel to the straight line It is divided into sagittal direction patterns that extend in the direction, and the meridional image surface shape and sagittal image surface shape that are the respective image surface shapes are obtained, and the averaged image surface shape (hereinafter, the image surface shape of a general projection optical system) Will be called).

【0008】また、空間像コントラストによるベストフ
ォーカス計測法として、特開平4−348019号公報
にて開示された焦点位置初期化機構(フォーカスキャリ
ブレーション。以下FCと記す。)がある。以下に簡単
に説明する。ウエハ面とほぼ同じ高さに設定されたウエ
ハステージ上の透光性指標板を下方より露光波長で照明
し、そこに刻まれた任意パターンを透過した光が投影光
学系を介し共役のレチクル下面にて反射し、再び投影光
学系を介し共役の前記指標板上の同じパターン上に再結
像し、そのパターンを透過した光の強度を、ウエハステ
ージを投影光学系のフォーカス方向に移動しながら検出
することにより(フォーカス方向の位置はオートフォー
カス系で計測)、その強度ピーク位置を検出し、一定の
装置オフセットを加算してベストフォーカス位置として
検出するものである。
As a best focus measurement method using aerial image contrast, there is a focus position initialization mechanism (focus calibration, hereinafter referred to as FC) disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-34819. This will be briefly described below. The translucent indicator plate on the wafer stage, which is set at approximately the same height as the wafer surface, is illuminated from below with the exposure wavelength, and the light transmitted through the arbitrary pattern engraved therethrough passes through the projection optical system and the lower surface of the conjugate reticle Reflected again on the same pattern on the conjugate index plate via the projection optical system, and the intensity of light transmitted through the pattern is moved while moving the wafer stage in the focus direction of the projection optical system. By detecting (the position in the focus direction is measured by an autofocus system), the intensity peak position is detected, and a certain device offset is added to detect the position as the best focus position.

【0009】このFC機構を露光領域内任意の場所にス
テージにて移動させフォーカス検出することにより、原
理的には像面検出も行える。このような計測法は、焼き
付け工程が不要なため、大変簡便な方法として大いに期
待されている。従来のFC機構は、レジスト厚やオート
フォーカス機構の検出位置オフセット等の投影光学系に
依らない要因により、ベストフォーカス位置に対するオ
フセット管理が必要である。
By moving the FC mechanism to an arbitrary position in the exposure area on a stage and detecting focus, an image plane can be detected in principle. Since such a measurement method does not require a printing step, it is greatly expected as a very simple method. The conventional FC mechanism requires offset management for the best focus position due to factors not depending on the projection optical system, such as the resist thickness and the detection position offset of the autofocus mechanism.

【0010】これは、FC用の指標板にレジストが塗布
されていないことや、ウエハと反射率の差があること等
により、オートフォーカスに計測オフセットが発生する
ことに起因するものである。しかし、実際にはCDフォ
ーカス法により像面位置を計測しその平均値をべストフ
ォーカスとした後、そのときのFC検出値との差をオフ
セット量としてあらかじめ計測しておけば、常にFCの
計測値に対して一定のオフセット量が加算されるため、
その後の装置初期化の際にはべストフォーカスの検出が
可能である。
This is because measurement offset occurs in autofocus due to the fact that the resist is not applied to the FC index plate or the difference in reflectance with the wafer. However, in actuality, if the image plane position is measured by the CD focus method and the average value is used as the best focus, and the difference from the FC detection value at that time is measured in advance as an offset amount, the FC measurement is always performed. Because a constant offset amount is added to the value,
During subsequent device initialization, detection of the best focus is possible.

【0011】また、投影光学系に依らない前記2つのオ
フセット要因以外に、投影光学系に依存したオフセット
要因として、投影光学系の残存縦収差が挙げられる。残
存縦収差があると、CDフォーカス法によるフォーカス
計測とFCによる計測結果にはさらに乖離が生じ、結果
としてフォーカスオフセット量を増減させる。しかし、
べストフォーカス検出に関しては、そのオフセット量の
経時変化がなければ特に誤差要因にはならない。また、
像面全体の平均としてのべストフォーカスに対しオフセ
ット管理するため、ベストフォーカスを求めるFCの計
測は、オフセット量が既知である露光領域内の任意の1
カ所で行えば十分である。
In addition to the two offset factors independent of the projection optical system, the remaining longitudinal aberration of the projection optical system can be cited as an offset factor depending on the projection optical system. If there is residual longitudinal aberration, the focus measurement by the CD focus method and the measurement result by FC are further deviated, and as a result, the focus offset amount is increased or decreased. But,
Regarding the best focus detection, if there is no change with time of the offset amount, it does not particularly cause an error. Also,
In order to manage the offset with respect to the best focus as the average of the entire image plane, the FC measurement for finding the best focus is performed by using any one of the values in the exposure area whose offset amount is known.
It is enough to go in several places.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところが、FC機能を
使って正確な像面形状を検出するためには、露光領域内
の複数の点での計測が必要となるが、投影光学系の露光
領域内に一様でない残存縦収差が分布していると、CD
フォーカス等によるウエハ焼き付けによって計測した像
面と、FC機構による空間像コントラストによって検出
した像面とでは、その位置及び形状が異なってしまうこ
とが指摘されている。そこで本発明は、テスト露光によ
る結像面の結像特性として、結像面の位置及び形状等が
十分に一致した測定結果を得ることができる結像位置検
出装置及び結像位置検出方法を用いた半導体デバイスの
製造方法を提供することを課題とする。
However, in order to detect an accurate image plane shape using the FC function, measurement at a plurality of points in the exposure area is required. Distribution of non-uniform residual longitudinal aberration within
It has been pointed out that the position and shape of the image plane measured by wafer printing by focusing or the like differ from the image plane detected by aerial image contrast by the FC mechanism. Therefore, the present invention uses an imaging position detection device and an imaging position detection method capable of obtaining a measurement result in which the position and shape of the imaging surface sufficiently match as the imaging characteristics of the imaging surface by the test exposure. It is an object to provide a method for manufacturing a semiconductor device.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、レチクル上に形成されたパターンの像を
形成する投影光学系と;該投影光学系に関して前記レチ
クルと共役な位置に配置された基準パターンと;該基準
パターンを照明する照明系と;該照明系により照明され
た基準パターン像を前記投影光学系を介して前記レチク
ルのパターン面に投影し、前記基準パターンの投影像か
らの反射光を前記投影光学系及び前記基準パターンを介
して受光して、該受光された光束の光量を検出する検出
系と;前記基準パターンを前記投影光学系の光軸方向に
沿って移動させる移動装置と;該移動装置を介して前記
基準パターンを前記投影光学系の光軸方向の複数の位置
に沿って移動させながら、前記検出系にて検出される各
位置における前記光量に基づいて、前記光軸方向の光量
分布を求め、前記光軸方向の光量分布に基づいて前記レ
チクルパターンの前記投影光学系による像のベストフォ
ーカス位置を求める処理系とを有する結像位置検出装置
において、前記光軸方向の光量分布に基づいて前記レチ
クルパターンの前記投影光学系による像のベストフォー
カス位置を求めるに際して、前記処理系は、前記投影光
学系に残存する収差による計測誤差成分を補正するため
に、前記光量分布の形状を所望の形状に変形する補正処
理部を有する構成としたものである。
According to the present invention, there is provided a projection optical system for forming an image of a pattern formed on a reticle; and a projection optical system which is located at a position conjugate with the reticle with respect to the projection optical system. An illumination system for illuminating the reference pattern; projecting a reference pattern image illuminated by the illumination system onto a pattern surface of the reticle via the projection optical system; A detection system for receiving the reflected light from the projector via the projection optical system and the reference pattern and detecting the amount of the received light beam; and moving the reference pattern along the optical axis of the projection optical system. A moving device that moves the reference pattern through the moving device along a plurality of positions in the optical axis direction of the projection optical system, and moves the reference pattern at each position detected by the detection system. A light quantity distribution in the optical axis direction based on the quantity, and a processing system for finding a best focus position of an image of the reticle pattern by the projection optical system based on the light quantity distribution in the optical axis direction. In the apparatus, when obtaining a best focus position of an image of the reticle pattern by the projection optical system based on the light amount distribution in the optical axis direction, the processing system corrects a measurement error component due to aberration remaining in the projection optical system. In order to achieve this, a configuration is provided that includes a correction processing unit that deforms the shape of the light amount distribution into a desired shape.

【0014】また、本発明は、レチクル上に形成された
パターンの像を形成する投影光学系と;該投影光学系の
結像面の光学特性を光電的に検出する検出系と、該検出
系からの検出信号に基づいて、前記投影光学系による像
のべストフォーカス位置を求める処理系とを有し、前記
処理系は、前記投影光学系による像のベストフォーカス
位置を求めるに際して、前記投影光学系に残存する収差
による計測誤差成分を補正するために、前記検出信号の
形状を所望の形状に変形する補正処理部を有する構成と
したものである。
Further, the present invention provides a projection optical system for forming an image of a pattern formed on a reticle; a detection system for photoelectrically detecting an optical characteristic of an image forming surface of the projection optical system; And a processing system for obtaining a best focus position of the image by the projection optical system based on the detection signal from the projection optical system. In order to correct a measurement error component due to residual aberration in the system, a configuration is provided that includes a correction processing unit that deforms the shape of the detection signal into a desired shape.

【0015】また、本発明は、レチクル上に形成された
パターンを投影光学系を介して感光性基板上に投影露光
する投影露光工程を有する半導体デバイスの製造方法に
おいて、前記投影露光に先立って、前記投影光学系の結
像面特性を検出する結像面特性検出工程と;該検出工程
後に、前記投影光学系を調整する調整工程とを有し、前
記検出工程は、前記投影光学系に関して前記レチクルと
共役な位置に配置された基準パターンからの光束を前記
投影光学系を介して前記レチクルのパターン面に投影
し、前記基準パターンの投影像からの反射光を前記投影
光学系及び前記基準パターンを介して受光し、該受光さ
れた光束の光量を検出する光量検出工程と;前記基準パ
ターンを前記投影光学系の光軸方向の複数の位置に沿っ
て移動させながら、前記光量検出工程にて得られた情報
に基づいて、前記光軸方向の光量分布を求め、前記光軸
方向の光量分布に基づいて前記レチクルのパターンの前
記投影光学系による像のベストフォーカス位置を求める
処理工程と;を有し、該処理工程は、前記光軸方向の光
量分布に基づいて前記レチクルパターンの前記投影光学
系による像のベストフォーカス位置を求めるに際して、
前記投影光学系に残存する収差による計測誤差成分を補
正するために、前記光量分布の形状を所望の形状に変形
する補正処理工程を有するようにしたものである。
Further, according to the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device having a projection exposure step of projecting and exposing a pattern formed on a reticle onto a photosensitive substrate via a projection optical system, prior to the projection exposure, An imaging plane characteristic detection step of detecting an imaging plane characteristic of the projection optical system; and an adjustment step of adjusting the projection optical system after the detection step, wherein the detection step is performed with respect to the projection optical system. A light beam from a reference pattern disposed at a position conjugate with a reticle is projected onto the pattern surface of the reticle via the projection optical system, and reflected light from a projected image of the reference pattern is projected onto the projection optical system and the reference pattern. And a light amount detecting step of detecting the light amount of the received light beam; and while moving the reference pattern along a plurality of positions in the optical axis direction of the projection optical system, Based on the information obtained in the recording light amount detection step, the light amount distribution in the optical axis direction is obtained, and based on the light amount distribution in the optical axis direction, the best focus position of the image of the reticle pattern by the projection optical system is determined. Calculating a best focus position of an image of the reticle pattern by the projection optical system based on the light amount distribution in the optical axis direction.
In order to correct a measurement error component due to the aberration remaining in the projection optical system, a correction processing step of changing the shape of the light quantity distribution to a desired shape is provided.

【0016】また、本発明は、レチクル上に形成された
パターンを投影光学系を介して感光性基板上に投影露光
する投影露光工程を有する半導体デバイスの製造方法に
おいて、前記投影露光に先立って、前記投影光学系の結
像面特性を検出する結像面特性検出工程と;該検出工程
後に、前記投影光学系を調整する調整工程とを有し、前
記検出工程は、投影光学系の結像面の光学特性を光電的
に検出する光電検出工程と;前記投影光学系に残存する
収差による計測誤差成分を補正するために、前記光電検
出により光電検出された検出信号の形状を所望の形状に
変形する補正処理工程とを有するようにしたものであ
る。
Further, according to the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device having a projection exposure step of projecting and exposing a pattern formed on a reticle onto a photosensitive substrate via a projection optical system, An imaging plane characteristic detecting step of detecting an imaging plane characteristic of the projection optical system; and an adjusting step of adjusting the projection optical system after the detecting step. A photoelectric detection step of photoelectrically detecting the optical characteristics of the surface; and correcting the shape of the detection signal photoelectrically detected by the photoelectric detection into a desired shape in order to correct a measurement error component due to aberration remaining in the projection optical system. And a deforming correction processing step.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明の実施例として、半導体露
光装置の投影光学系の像面位置検出装置に適用した例を
図1に示す。本実施例の構成は、露光領域内の各点にお
ける焦点位置計測にFC機構を用い、適切な信号処理系
を加えて正確な像面形状を得られるようにしたものであ
り、FC機構自体については、従来例と同様の構成であ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of the present invention applied to an image plane position detecting device of a projection optical system of a semiconductor exposure apparatus. The configuration of the present embodiment uses an FC mechanism to measure the focal position at each point in the exposure area, and adds an appropriate signal processing system so that an accurate image plane shape can be obtained. Has the same configuration as the conventional example.

【0018】半導体素子又は液晶表示素子等を製造する
際に、レチクル(又はフォトマスク)を露光光で照明
し、そのレチクルのパターンを投影光学系を介してフォ
トレジストが塗布されたウエハ(又はガラスプレート
等)上に結像投影する投影露光装置が使用されている。
その露光光源としては、水銀ランプの輝線(g線、i線
等)、又はエキシマレーザ(KrF、ArF等)が使用
されている。本実施例では、水銀ランプを使用した例に
ついて記述する。また以下の説明では、投影光学系の光
軸方向にZ軸を取り、Z軸と直交し互いに直交する2方
向をX軸及びY軸としている。
When manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display device, a reticle (or photomask) is illuminated with exposure light, and the pattern of the reticle is exposed to a wafer (or glass) coated with a photoresist via a projection optical system. A projection exposure apparatus that forms an image on a plate or the like is used.
As the exposure light source, a bright line (g-line, i-line, etc.) of a mercury lamp or an excimer laser (KrF, ArF, etc.) is used. In this embodiment, an example using a mercury lamp will be described. In the following description, the Z axis is set in the optical axis direction of the projection optical system, and two directions orthogonal to the Z axis and orthogonal to each other are defined as an X axis and a Y axis.

【0019】図1は投影露光装置を示し、水銀ランプ1
から射出された光は楕円反射鏡2によってその第2焦点
付近に集光される。この集光点の近傍には入射側の表面
を反射面に形成したミラーシャッター3が配置されてお
り、露光時にはミラーシャッター3は水銀ランプ1から
の光を反射しない位置に退避され、したがって楕円反射
鏡2からの光はミラーシャッター3を通過する。その後
光束は、インプットレンズ4によりほぼ平行光束に変換
され、このほぼ平行な光束のうちバンドパスフィルタ
(不図示)により選択された波長を持つ露光光(例えば
波長365nmのi線、または波長436nmのg線
等)がフライアイレンズ5に入射し、フライアイレンズ
5の射出側の焦点面に多数の2次光源が形成される。
FIG. 1 shows a projection exposure apparatus, and a mercury lamp 1
Is emitted by the elliptical reflecting mirror 2 and collected near the second focal point. A mirror shutter 3 having a surface on the incident side formed as a reflecting surface is disposed near the light condensing point. At the time of exposure, the mirror shutter 3 is retracted to a position where the light from the mercury lamp 1 is not reflected. Light from the mirror 2 passes through the mirror shutter 3. Thereafter, the light beam is converted by the input lens 4 into a substantially parallel light beam, and exposure light having a wavelength selected by a band-pass filter (not shown) (for example, an i-line having a wavelength of 365 nm or a light beam having a wavelength of 436 nm) among the substantially parallel light beams. g-line or the like) is incident on the fly-eye lens 5, and a number of secondary light sources are formed on the exit-side focal plane of the fly-eye lens 5.

【0020】フライアイレンズ5の射出側の焦点面には
開口絞り6が配置され、開口絞り6の開口内の多数の2
次光源からの露光光が、コンデンサレンズ7及び光路折
り曲げ用のミラー8を経て、レチクル9上のパターン領
域を重畳して照明する。レチクル9はレチクルステージ
10上に保持され、露光光のもとでレチクル9のパター
ンが投影光学系11を介してウエハ12上の各ショット
領域に投影露光される。レチクルステージ10は、不図
示のレチクル干渉計によりレチクル位置が計測されてい
る。
An aperture stop 6 is arranged on the focal plane on the exit side of the fly-eye lens 5, and a large number of 2 apertures in the aperture of the aperture stop 6 are provided.
Exposure light from the next light source passes through the condenser lens 7 and the mirror 8 for bending the optical path, and illuminates the pattern area on the reticle 9 in a superimposed manner. The reticle 9 is held on a reticle stage 10, and a pattern of the reticle 9 is projected and exposed to each shot area on a wafer 12 via a projection optical system 11 under exposure light. The reticle position of the reticle stage 10 is measured by a reticle interferometer (not shown).

【0021】また、ウエハ12はウエハホルダ13を介
してウエハステージ14上に載置され、ウエハステージ
14は、XY平面内でウエハ12の位置決めを行うXY
ステージ(不図示)、及びZ方向にウエハ12の位置決
めを行うZステージ(不図示)、及びウエハ12の傾斜
角の補正を行うレベリングステージ(不図示)等から構
成されている。また、ウエハステージ14のXY座標
は、常時不図示のレーザ干渉計により計測されており、
ウエハステージ14のZ座標は、不図示のエンコーダ等
で計測されている。
The wafer 12 is placed on a wafer stage 14 via a wafer holder 13, and the wafer stage 14 is used for positioning the wafer 12 in an XY plane.
It comprises a stage (not shown), a Z stage (not shown) for positioning the wafer 12 in the Z direction, a leveling stage (not shown) for correcting the tilt angle of the wafer 12, and the like. The XY coordinates of the wafer stage 14 are always measured by a laser interferometer (not shown).
The Z coordinate of the wafer stage 14 is measured by an encoder (not shown) or the like.

【0022】また、ウエハステージ14のXY方向への
移動、Z方向への移動及び傾斜は、駆動系32の駆動に
より行われる。このため、ウエハステージ14中のXY
ステージは、駆動系32の駆動によりXY方向へ移動
し、ウエハステージ14中のZステージは、駆動系32
の駆動によりZ方向へ移動する。さらに、ウエハステー
ジ14中のレベリングステージは、駆動系32の駆動に
より傾斜する。なお、駆動系32の制御は、後述する処
理系27によって行われる。
The movement of the wafer stage 14 in the XY directions, the movement in the Z direction, and the tilt are performed by driving the drive system 32. Therefore, XY in the wafer stage 14
The stage is moved in the X and Y directions by driving the drive system 32, and the Z stage in the wafer stage 14 is driven by the drive system 32.
Is moved in the Z direction by the drive of. Further, the leveling stage in the wafer stage 14 is tilted by the drive of the drive system 32. The drive system 32 is controlled by a processing system 27 described later.

【0023】また、ウエハステージ14の上方には、ウ
エハ12の表面の位置又は後述する基準板24の位置を
検出する焦点検出装置が設けられている。この焦点検出
装置は、ウエハ12の表面又は基準板24の表面に光を
照射する照射系30と、ウエハ12の表面又は基準板2
4の表面で反射する照射系30からの光の位置を検出す
る焦点検出系31とで構成されている。そして、焦点検
出系31は、ウエハ12の表面又は基準板24の表面で
反射する光の位置を検出することにより、ウエハ12の
表面又は基準板24の表面の位置を求めている。なお、
焦点検出系31からの検出信号は、後述する処理系27
へ入力される。
Above the wafer stage 14, a focus detecting device for detecting the position of the surface of the wafer 12 or the position of a reference plate 24 described later is provided. This focus detection device includes an irradiation system 30 for irradiating light to the surface of the wafer 12 or the surface of the reference plate 24,
4 and a focus detection system 31 for detecting the position of light from the irradiation system 30 reflected on the surface. Then, the focus detection system 31 obtains the position of the surface of the wafer 12 or the surface of the reference plate 24 by detecting the position of the light reflected on the surface of the wafer 12 or the surface of the reference plate 24. In addition,
A detection signal from the focus detection system 31 is sent to a processing system 27 described later.
Is input to

【0024】ウエハステージ14上のウエハホルダ13
の近傍には、基準板としての指標板24が取り付けられ
ている。指標板24の上面には、光透過域と遮光域とを
有する基準パターン24aが形成されている。本実施例
の基準パターン24aは図2に示すように、レチクル9
に任意パターンがある場合の計測誤差を減少させるた
め、4種類の方向を持ったライン・アンド・スペース・
パターンを用いている。なお図2において、黒線部分が
光透過領域であり、白色部分が遮光域である。また、本
例では、基準板24上には、光透過域と遮光域とを有す
る強度格子型の基準パターン24aを設けた例を示して
いるが、本発明の基準パターン24aとしては、段差を
持つ凹凸パターン、即ち位相格子型のパターンを用いて
も良い。
Wafer holder 13 on wafer stage 14
An index plate 24 as a reference plate is attached in the vicinity of. On the upper surface of the index plate 24, a reference pattern 24a having a light transmitting area and a light shielding area is formed. As shown in FIG. 2, the reference pattern 24a of this embodiment
Line and space with four types of directions to reduce measurement errors when there is an arbitrary pattern
Uses a pattern. In FIG. 2, the black line part is a light transmitting area, and the white part is a light shielding area. Further, in this example, an example is shown in which an intensity grid type reference pattern 24a having a light transmitting area and a light shielding area is provided on the reference plate 24, but the reference pattern 24a of the present invention has a step. It is also possible to use a concavo-convex pattern, that is, a phase grating type pattern.

【0025】レチクル9上のパターンの結像位置を計測
するときには、ミラーシャッター3を光路内に挿入す
る。この結果、メイン照明系と共用光源の水銀ランプ1
から放射された光は、楕円鏡2での反射により集光さ
れ、ミラーシャッター3によって反射し、レンズ系20
を介して2分岐ライトガイド21に入射する。この際、
2分岐ライトガイドの入射端には、十分なNA及び光径
をもつ光源像が形成されていて、2分岐ライトガイド2
1から射出された照明光は、ミラー22で垂直上方に反
射された後、コンデンサレンズ23を経て指標板24上
の基準パターン24aを下方よりケーラー照明する。こ
の際に、基準パターン24aのあるステージ上指標板2
4の中心と投影光学系11の光軸は一致しており、照明
光は露光光と同じ波長であるため、基準パターン24a
を透過した光束は投影光学系11を介し共役であるレチ
クル9下面により反射され、再び投影光学系11を介し
共役である指標板24上の基準パターン24aの同一位
置に再結像する。さらに、基準パターン24aを下方に
透過した光束は、指標板24の直下に配置されたコンデ
ンサレンズ23とミラー22を介して2分岐ライトガイ
ド21に入射する。その2分岐ライトガイド22により
分岐されて、光束は受光センサ25ヘと導かれて受光さ
れる。そして、受光センサ25にて検出された検出信号
は、処理系27に入力されて所定の信号処理が行われ
る。
When measuring the image forming position of the pattern on the reticle 9, the mirror shutter 3 is inserted into the optical path. As a result, the main lighting system and the mercury lamp 1
The light emitted from the lens system 20 is collected by reflection on the elliptical mirror 2, reflected by the mirror shutter 3, and
And enters the two-branch light guide 21. On this occasion,
At the entrance end of the two-branch light guide, a light source image having a sufficient NA and light diameter is formed.
The illumination light emitted from 1 is reflected vertically upward by the mirror 22, and then Koehler-illuminates the reference pattern 24a on the index plate 24 from below through the condenser lens 23. At this time, the on-stage index plate 2 having the reference pattern 24a
4 and the optical axis of the projection optical system 11, the illumination light has the same wavelength as the exposure light.
Are reflected by the lower surface of the conjugate reticle 9 via the projection optical system 11 and again form an image at the same position of the reference pattern 24a on the conjugate index plate 24 via the projection optical system 11. Further, the light beam transmitted downward through the reference pattern 24a enters the two-branch light guide 21 via the condenser lens 23 and the mirror 22 disposed immediately below the index plate 24. The light beam is branched by the two-branch light guide 22 and guided to the light receiving sensor 25 to be received. Then, the detection signal detected by the light receiving sensor 25 is input to the processing system 27, and predetermined signal processing is performed.

【0026】本実施例のFC機構は以上のように構成さ
れている。なお本実施例では、稼動するステージ14上
にFC機構のミラー22、コンデンサレンズ23及び指
標板24を設置しているため、可とう性のある2分岐ラ
イトガイド21を用いた例を示している。しかし照明光
を導く手段としては、1本の2分岐ライトガイドに限定
されるものではなく、リレー光学系により照明光を導い
ても良いし、複数のライトガイドと光学系の組み合わせ
等、同等な性能が得られるものであれば差し支えない。
送光光束と受光光束を分岐する方法としても、2分岐ラ
イトガイドでなくビームスプリッタ等によっても差し支
えない。
The FC mechanism of this embodiment is configured as described above. In this embodiment, since the mirror 22, the condenser lens 23, and the index plate 24 of the FC mechanism are installed on the stage 14 to be operated, an example using the flexible two-branch light guide 21 is shown. . However, the means for guiding the illumination light is not limited to one two-branch light guide, and the illumination light may be guided by a relay optical system, or a combination of a plurality of light guides and an optical system may be used. It does not matter if the performance can be obtained.
As a method of splitting the transmitted light beam and the received light beam, a beam splitter or the like may be used instead of the two-branch light guide.

【0027】駆動系32を介してウエハステージ14の
高さを投影光学系11の光軸方向に移動させたときに変
化する受光光量の様子を図3に表す。この図3のグラフ
の光量最大の位置は、基準パターンの像がちょうど指標
板24の位置で再結像した状態であり、コントラストが
もっともよい状態、つまり基準パターンの再結像した空
間像の焦点位置となる。この焦点位置は、必ずしもCD
フォーカス法による焦点位置と一致しない。
FIG. 3 shows how the amount of received light changes when the height of the wafer stage 14 is moved in the optical axis direction of the projection optical system 11 via the drive system 32. The position where the amount of light is maximum in the graph of FIG. 3 is a state where the image of the reference pattern is re-imaged exactly at the position of the index plate 24, and the state where the contrast is the best, that is, the focus of the re-imaged space image of the reference pattern. Position. This focus position is not necessarily CD
It does not match the focus position by the focus method.

【0028】さて、FC機構による焦点計測では、露光
領域内の各位置に依存しない要因、すなわちレジスト厚
やオートフォーカス機構の検出位置オフセット等の要因
については、テスト露光による焦点位置との差を予めオ
フセットとして保有し、以降はFC機構によって焦点を
計測するたびに、そのオフセット分を補正することによ
り、CDフォーカス法によって得られたであろうベスト
フォーカス位置に位置合わせすることができる。
In the focus measurement by the FC mechanism, factors that do not depend on each position in the exposure area, that is, factors such as the resist thickness and the detection position offset of the autofocus mechanism, are determined in advance by the difference from the focus position by the test exposure. By holding the offset as an offset and thereafter correcting the offset each time the focus is measured by the FC mechanism, it is possible to adjust the position to the best focus position that would have been obtained by the CD focus method.

【0029】他方、FC機構により得られたフォーカス
信号は、投影光学系に残存収差がある場合には、その残
存収差に依存した信号形状の変形を受ける。すなわち投
影光学系の残存収差に起因する要因は、露光領域内の各
位置に依存して2次元的に分布する。この要因について
は、テスト露光による焦点位置との差を予め2次元マト
リックスとして保有したとしても、実際にそのオフセッ
ト分を補正することができない。しかも、もしも2次元
的に分布するオフセットが残存するときには、FC機構
による焦点計測は投影光学系の残存収差を反映していな
いのであるから、投影光学系の残存収差が変わってもこ
れに正しく追従しないことを意味する。したがって露光
領域内の各位置に依存して2次元的に分布する要因につ
いては、極力解消しておく必要がある。
On the other hand, if there is residual aberration in the projection optical system, the focus signal obtained by the FC mechanism undergoes signal shape deformation depending on the residual aberration. That is, the factors caused by the residual aberration of the projection optical system are two-dimensionally distributed depending on each position in the exposure area. Regarding this factor, even if the difference from the focus position by the test exposure is stored as a two-dimensional matrix in advance, the offset cannot be actually corrected. In addition, if the two-dimensionally distributed offset remains, the focus measurement by the FC mechanism does not reflect the residual aberration of the projection optical system. Means not. Therefore, it is necessary to eliminate factors that are two-dimensionally distributed depending on each position in the exposure area as much as possible.

【0030】以下に、FC機構の光量信号に適切な処理
を処理系27内の信号補正処理部27aにて施すことに
より、CDフォーカス法により計測された像面形状とほ
ぼ同じ像面形状が測定可能な方法を記述する。まず、処
理系27は、駆動系32を駆動させて露光領域内の各点
i(i=1〜N)毎に、指標板24のZ軸方向の高さ
jをずらしながら、各高さzj(j=1〜M)での光量
i,jを受光センサ25を介して計測する。すなわち、
現実的にはウエハステージのフォーカス方向の移動に対
し、ある一定のピッチ(時間間隔)で信号を処理系27
が取り込むことになるため、受光光量信号分布はとびと
びの離散的な値になる。この光量分布曲線Ii(j)
が、最良焦点位置を定めるためのフォーカス曲線であ
る。
In the following, by performing appropriate processing on the light quantity signal of the FC mechanism in the signal correction processing section 27a in the processing system 27, an image plane shape substantially the same as the image plane shape measured by the CD focus method is measured. Describe possible ways. First, the processing system 27 drives the driving system 32 to shift the height z j of the index plate 24 in the Z-axis direction for each point P i (i = 1 to N) in the exposure region, and The light quantity I i, j at the distance z j (j = 1 to M) is measured via the light receiving sensor 25. That is,
In reality, a signal is processed at a certain pitch (time interval) with respect to the movement of the wafer stage in the focus direction.
Is received, the received light quantity signal distribution has discrete discrete values. This light quantity distribution curve I i (j)
Is a focus curve for determining the best focus position.

【0031】このとき、ウエハステージ14をフォーカ
ス方向へ移動させた時の位置は、焦点検出装置の焦点検
出系31にて検出され、この検出信号は、処理系27に
入力されている。従って、処理系27にて得られる光量
曲線分布Ii(j)における各高さzjでの位置は、焦点
検出装置の焦点検出系31からの検出信号に基づいて対
応付けられている。なお図1に示すように、光源1の光
量変化をモニターするためのセンサ26を取り付け、処
理系27において受光センサ25の受光信号をセンサ2
6の受光光量で割り算処理することにより、光源1の光
量変化による誤差要因を減らすことがより好ましい。
At this time, the position when the wafer stage 14 is moved in the focus direction is detected by the focus detection system 31 of the focus detection device, and this detection signal is input to the processing system 27. Therefore, the position at each height z j in the light amount curve distribution I i (j) obtained by the processing system 27 is associated with each other based on the detection signal from the focus detection system 31 of the focus detection device. As shown in FIG. 1, a sensor 26 for monitoring a change in the light amount of the light source 1 is attached, and a light receiving signal of the light receiving
It is more preferable to reduce the error factor due to the change in the light amount of the light source 1 by performing the division process by the received light amount of No. 6.

【0032】次いで処理系27内の信号補正処理部27
aは、ノイズの低減のために、各高さzjでの離散的な
フォーカス曲線Ii(j)を、2次曲線近似やスプライ
ン補間法等によってスムージング処理する。スムージン
グ処理したグラフの例を図4に点線で示す。信号補正処
理部27aは、得られた連続的なフォーカス曲線I
i(z)について、Z方向の各高さzでの光量を、ある
一定の幅Δzで移動平均処理し、さらに信号補正処理部
27aにてスムージング処理されたフォーカス曲線I* i
(z)は、最終的に図4の実線に示すようなものとな
る。信号補正処理部27aにて行われる移動平均処理と
は、各高さzを中心とした(z−Δz/2,z+Δz/
2)の範囲内にある計測点の光量を平均した値を、その
高さzでの値と置き換えるものである。移動平均後得ら
れたフォーカス曲線I* i(z)の最大値を与える高さz
=BFが、移動平均幅がΔzのときの当該各点Piでの
焦点位置BFi(Δz)である。
Next, the signal correction processing unit 27 in the processing system 27
In a, a discrete focus curve I i (j) at each height z j is smoothed by a quadratic curve approximation or a spline interpolation method in order to reduce noise. An example of the graph subjected to the smoothing process is shown by a dotted line in FIG. The signal correction processing section 27a calculates the obtained continuous focus curve I
For i (z), the light amount at each height z in the Z direction is subjected to moving average processing with a certain width Δz, and furthermore, the focus curve I * i which is smoothed by the signal correction processing unit 27a.
(Z) finally becomes as shown by the solid line in FIG. The moving average processing performed by the signal correction processing unit 27a is defined as (z−Δz / 2, z + Δz /
The value obtained by averaging the light amounts of the measurement points within the range 2) is replaced with the value at the height z. Height z that gives the maximum value of focus curve I * i (z) obtained after moving average
= BF is the focal position BF i (Δz) at each point P i when the moving average width is Δz.

【0033】以上のように、信号補正処理部27aは、
投影光学系11の露光領域(結像面)内の各点Pi(i
=1〜N)毎に、移動平均処理して得られた各フォーカ
ス曲線I* i(z)を求める。その後、処理系27内部の
フォーカス位置検出部27bは、信号補正処理部27a
にて得られた各フォーカス曲線I* i(z)に基づいて、
各フォーカス曲線I* i(z)の最大値を与える高さz=
BFをベストフォーカス位置としてそれぞれ求める。こ
れにより、投影光学系11の露光領域(結像面)内の各
点Pi(i=1〜N)でのベストフォーカス位置が求め
られる。そして、フォーカス位置検出部27bは、投影
光学系11の露光領域(結像面)内の各点P i(i=1
〜N)でのベストフォーカス位置を求めた後、投影光学
系11によらない所定のオフセット量を各ベストフォー
カス位置に加算し、最終的なベストフォーカス位置をそ
れぞれ算出する。これにより、フォーカス位置検出部2
7bは、最終的に投影光学系11の像面形状を算出す
る。
As described above, the signal correction processing unit 27a
Each point P in the exposure area (imaging plane) of the projection optical system 11i(I
= 1 to N), each focus obtained by moving average processing
Curve I* iFind (z). Then, the processing system 27
The focus position detection unit 27b includes a signal correction processing unit 27a
Each focus curve I obtained by* iBased on (z),
Each focus curve I* iHeight z = maximum value of (z)
BF is determined as the best focus position. This
As a result, each of the projection optical systems 11 within the exposure area (imaging plane)
Point PiFind the best focus position at (i = 1 to N)
Can be Then, the focus position detection unit 27b
Each point P in the exposure area (imaging plane) of the optical system 11 i(I = 1
After determining the best focus position in (1) to (N), the projection optical
A predetermined offset amount that does not depend on the
Adds the position to the scum position to determine the final best focus position.
Each is calculated. Thereby, the focus position detection unit 2
7b finally calculates the image plane shape of the projection optical system 11.
You.

【0034】その後、このフォーカス位置検出部27b
により得られた結果は、CRTモニタ等の表示部28に
て表示される。なお、投影光学系11の像面形状の算出
は、フォーカス位置検出部27bにおいて行う必要はな
く、フォーカス位置検出部27bとは独立に像面形状算
出部を処理系27の内部に設けても良い。
Thereafter, the focus position detecting section 27b
Are displayed on a display unit 28 such as a CRT monitor. The calculation of the image plane shape of the projection optical system 11 need not be performed by the focus position detection unit 27b, and an image plane shape calculation unit may be provided inside the processing system 27 independently of the focus position detection unit 27b. .

【0035】さて、以上のフォーカス位置検出部27b
により得られた結果が良好でない場合、即ち、投影光学
系11の結像面での像面特性(あるいは結像特性)とし
ての像面形状が悪化している場合には、フォーカス位置
検出部27bにより得られた結果に基づいて、処理系2
7内部に設けられた補正量算出部27cは、投影光学系
11の結像面での像面特性(あるいは結像特性)を補正
するために、投影光学系11を構成するレンズ素子等の
光学素子(L1、L2)の補正量を算出する。そして、こ
の補正量算出部27cは、算出した結果に基づき、駆動
系33を介して投影光学系11中の光学素子(L1
2)を投影光学系11の光軸方向へ移動、または光学
素子(L1、L2)を投影光学系11の光軸と直交する面
内に沿って移動、あるいは光学素子(L1、L2)を傾斜
するように移動させて、投影光学系11の結像面におけ
る像面特性(あるいは結像特性)を補正する。
Now, the above focus position detecting section 27b
If the result obtained by the above is not good, that is, if the image plane shape as the image plane characteristic (or the image formation characteristic) on the image formation plane of the projection optical system 11 is deteriorated, the focus position detection unit 27b Processing system 2 based on the result obtained by
A correction amount calculation unit 27c provided inside the projection optical system 7 corrects an image plane characteristic (or an imaging characteristic) of the projection optical system 11 on an image plane, such as an optical element such as a lens element constituting the projection optical system 11. The correction amount of the element (L 1 , L 2 ) is calculated. Then, based on the calculated result, the correction amount calculation unit 27c transmits an optical element (L 1 ,
Move L 2) along the optical axis of the projection optical system 11 or the optical element (L 1, L 2) passed along a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system 11 moves, or the optical element (L 1,, By moving L 2 ) so as to be inclined, the image plane characteristic (or the image forming characteristic) on the image forming plane of the projection optical system 11 is corrected.

【0036】以上のように、本例においては、信号補正
処理部27aにて行われる移動平均処理によって、投影
光学系11の露光領域(結像面)内の各点Pi(i=1
〜N)毎に求められるフォーカス曲線I* i(z)は、投
影光学系11の残存する収差による計測誤差成分が実質
的に除去されたものとなる。この結果、フォーカス位置
検出部27bにて最終的に得られる投影光学系11の露
光領域(結像面)内の各点Pi(i=1〜N)でのベス
トフォーカス位置に基づく像面形状の結果は、CDフォ
ーカス法により得られる投影光学系11の像面形状の結
果とほぼ一致させることが可能となる。
As described above, in this example, each point P i (i = 1) in the exposure area (imaging plane) of the projection optical system 11 is obtained by the moving average processing performed by the signal correction processing section 27a.
Focusing curves I * i (z) obtained for each of the steps (.about.N) are obtained by substantially eliminating measurement error components due to residual aberration of the projection optical system 11. As a result, the image plane shape based on the best focus position at each point P i (i = 1 to N) in the exposure area (imaging plane) of the projection optical system 11 finally obtained by the focus position detection unit 27b Can substantially match the result of the image plane shape of the projection optical system 11 obtained by the CD focusing method.

【0037】以上のように、投影光学系11の結像面に
おける像面特性(あるいは結像特性)が補正される工程
が完了すると、次に、露光の工程(フォトリソグラフィ
工程)に移行する。感光性基板としてのウエハ12が投
影光学系11の結像面に設定されると、照明光学系(1
〜8)によって、レチクル9が照明される。そして、レ
チクル9のパターンが投影光学系11を介してウエハ1
2上に転写(露光)される。
As described above, when the step of correcting the image plane characteristic (or the image forming characteristic) on the image forming plane of the projection optical system 11 is completed, the process proceeds to the exposure step (photolithography step). When the wafer 12 as a photosensitive substrate is set on the image forming plane of the projection optical system 11, the illumination optical system (1
8), the reticle 9 is illuminated. Then, the pattern of the reticle 9 is transferred to the wafer 1 via the projection optical system 11.
2 (exposed).

【0038】以上の露光の工程(フォトリソグラフィ工
程)を経たウエハ12は、現像する工程を経てから現像
したレジスト以外の部分を除去するエッチングの工程、
エッチングの工程後の不要なレジストを除去するレジス
ト除去の工程等を経る。そして、露光、エッチング、レ
ジスト除去の工程を繰り返して、ウエハプロセスが終了
する。その後、ウエハプロセスが終了すると、実際の組
立工程にて、焼き付けられた回路毎にウエハを切断して
チップ化するダイシング、各チップに配線等を付与する
ボンディイング、各チップ毎にパッケージングするパッ
ケージング等の各工程を経て、最終的にLSI等の半導
体デバイスが製造される。なお、以上には、露光装置を
用いたウエハプロセスでのフォトリソグラフィ工程によ
りLSI等の半導体デバイスを製造する例を示したが、
露光装置を用いたフォトリソグラフィ工程によって、液
晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)等
の半導体デバイスも製造することができる。
The wafer 12 that has undergone the above-described exposure process (photolithography process) is subjected to a development process, followed by an etching process for removing portions other than the developed resist,
After the etching step, a step of removing unnecessary resist is performed. Then, the steps of exposure, etching, and resist removal are repeated to complete the wafer process. After that, when the wafer process is completed, in the actual assembling process, dicing is performed to cut and divide the wafer into chips for each baked circuit, bonding for providing wiring and the like to each chip, and package for packaging each chip Finally, a semiconductor device such as an LSI is manufactured through the respective steps such as ringing. In the above, an example of manufacturing a semiconductor device such as an LSI by a photolithography process in a wafer process using an exposure apparatus has been described.
A semiconductor device such as a liquid crystal display element, a thin film magnetic head, and an image pickup element (CCD or the like) can be manufactured by a photolithography process using an exposure apparatus.

【0039】ここで、信号補正処理部27aにてノイズ
低減のために行われるスムージング処理は、移動平均処
理の前後の一方で、または両方で行っても構わない。移
動平均をとる幅Δzをレジスト条件や照明条件により変
えると、投影光学系に残存する収差がFC機構による像
面形状の計測に与える影響を変えることができる。よっ
て、移動平均をとる幅Δzを最適化すれば、CDフォー
カス法による像面形状の計測値との誤差をより減らすこ
とができる。
Here, the smoothing processing performed by the signal correction processing section 27a for noise reduction may be performed before or after the moving average processing, or both. If the width Δz for taking the moving average is changed depending on the resist condition and the illumination condition, the influence of the aberration remaining in the projection optical system on the measurement of the image plane shape by the FC mechanism can be changed. Therefore, by optimizing the width Δz for taking the moving average, it is possible to further reduce the error from the measured value of the image plane shape by the CD focusing method.

【0040】近年のシミュレーション技術の進歩によ
り、収差が残存しているときのレジスト像シミュレーシ
ョンや空間像強度分布シミュレーションは容易に実施可
能であり、その精度も相当高い。投影レンズの露光領域
内で発生している収差のサンプルや像面内で任意に与え
た収差を多数用意し、それらを元にして前記2種類のシ
ミュレーションを行い、露光領域内任意の位置での焦点
位置、さらには像面形状を求め相関関係を調べることが
できる。
Due to recent advances in simulation technology, a resist image simulation and an aerial image intensity distribution simulation when aberrations remain can be easily performed, and their accuracy is considerably high. A sample of aberrations generated in the exposure area of the projection lens and a large number of arbitrarily given aberrations in the image plane are prepared, and the two types of simulations are performed based on the samples, and the simulation is performed at an arbitrary position in the exposure area. The focal position and further the image plane shape can be determined and the correlation can be examined.

【0041】これまでの検討によると、フォーカス曲線
i(j)又はIi(z)の移動平均をとる幅Δzを、レ
ジスト条件や照明条件に合わせて最適化し像面形状を計
測すれば、前記各条件毎に一定の投影光学系に依存しな
いオフセット(オートフォーカスに起因するオフセッ
ト)のみが生じるだけで十分実用的な像面形状の計測精
度が得られた。その手法の一例を次に説明する。
According to the previous studies, if the width Δz for taking the moving average of the focus curve I i (j) or I i (z) is optimized according to the resist conditions and the illumination conditions, and the image plane shape is measured, A sufficiently practical measurement accuracy of the image plane shape was obtained simply by generating only an offset (offset due to autofocus) independent of the projection optical system for each of the above conditions. An example of the method will be described below.

【0042】移動平均幅がΔzのときの各点Piでの焦
点位置BFi(Δz)と、その点PiでのCDフォーカス
法により求めた焦点位置CDiとの差、 は、その点Piでの焦点位置のオフセット量である。し
たがってすべての点についての平均オフセット量OFM
(Δz)は、 となる。
The difference of the movement between the focal position at each point P i at the average width of Δz BF i (Δz), the focal position CD i determined by CD focus method at that point P i, Is an offset amount of the focal position at that point P i. Therefore, the average offset amount OF M for all points
(Δz) is Becomes

【0043】各点のオフセット量OFi(Δz)のばら
つきを最も小さくするためには、以下に示す分散S2
最小にすればよい。 分散S2は、多数用意された投影レンズの露光領域内で
発生している収差のサンプルや像面内で任意に与えた収
差に対し、Δzを最適化することにより最小にすること
ができる。また、もちろん実際の投影レンズを用い測定
を行ってデータを得ても構わない。その最適化された値
をΔz*とすると、そのときの平均オフセット量 OFM(Δz*) が、投影光学系の収差に依存しないオフセット量であ
る。また、なおも各点に残るオフセット量 OFi(Δz*)−OFM(Δz*) は、本移動平均法によっても残存する、CDiに対する
最適化不能量である。つまり、CDフォーカス法による
各像点でのベストフォーカスを本移動平均法により予測
できない量である。しかし、前記分散S2が十分小さけ
れば、この最適化不能量は実質無視して差し支えない。
実際、投影レンズのように僅かな収差しか残存していな
い場合においては、この分散S2は小さい値となりう
る。
In order to minimize the variation of the offset amount OF i (Δz) at each point, the variance S 2 shown below may be minimized. The dispersion S 2 can be minimized by optimizing Δz with respect to a sample of aberration occurring in the exposure area of a large number of projection lenses or an aberration arbitrarily given in the image plane. Alternatively, data may be obtained by performing measurement using an actual projection lens. Assuming that the optimized value is Δz * , the average offset OFM (Δz * ) at that time is an offset that does not depend on the aberration of the projection optical system. Further, the offset amount OF i (Δz * ) − OF M (Δz * ) still remaining at each point is a non-optimizable amount for CD i remaining by the present moving average method. That is, the best focus at each image point by the CD focus method cannot be predicted by the present moving average method. However, if the variance S 2 is sufficiently small, this non-optimizable amount can be substantially ignored.
In fact, in the case where only a small aberration as the projection lens does not remain, the variance S 2 can be a small value.

【0044】ここで、本実施例の構成による応用例とし
て、前記移動平均幅ΔzとBFiの関係から投影レンズ
の残存収差発生量を判断する方法を説明する。移動平均
処理前のフォーカス曲線I(z)に関して、その最大値
BF0の像面からのずれと最大値BF0を中心とした信号
曲線左右の対称性とは、縦収差の発生状況に大きく依存
している。球面収差(メリディオナル方向とサジタル方
向で発生量が異なるものも含めて)が残存している場合
には図3のように左右非対称となるが、逆に0ならば完
全対称形となる。一方縦収差として像面湾曲(メリディ
オナル方向とサジタル方向で発生量が異なるものも含め
て)だけが発生している場合には前記対称性は完全対称
を維持し、その最大値の位置は光軸上と軸外でずれるこ
とになる。
[0044] Here, as an application example of the configuration of the present embodiment, a method of determining the residual aberration amount of the projection lens from the relationship of the moving average width Δz and BF i. Regard the moving average processing before the focus curve I (z), its maximum value BF deviation and the maximum value BF 0 to the center signal curves left and right symmetry of the image plane 0 and is largely dependent on the occurrence of longitudinal aberration doing. In the case where the spherical aberration (including that in which the amount of generation is different between the meridional direction and the sagittal direction) remains, the left-right asymmetry is obtained as shown in FIG. 3; On the other hand, when only the field curvature (including a difference in the amount of generation between the meridional direction and the sagittal direction) occurs as the longitudinal aberration, the symmetry maintains perfect symmetry, and the position of the maximum value is the optical axis. It will be off-axis from above.

【0045】よって、縦収差が0ならば移動平均幅Δz
によってBFi(Δz)が変化することはなく、BF
i(Δz)は像面内で一定になる。さらに、CDフォー
カス法と移動平均法のオフセット要因は投影光学系に依
存しない成分のみとなる。よって、本実施何の構成によ
り移動平均幅ΔzとBFi(Δz)との関係を求めれ
ば、その関数(曲線)は縦収差を反映したものとなる。
投影レンズの調整においては、その曲線を直線に近づけ
ることが球面収差を0に近づけることに相当し、全体の
BFiの値を光軸上の値に近づけることが像面湾曲を0
に近づけることとなる。
Therefore, if the longitudinal aberration is 0, the moving average width Δz
BF i (Δz) does not change due to
i (Δz) becomes constant in the image plane. Further, the offset factors of the CD focus method and the moving average method are only components that do not depend on the projection optical system. Therefore, if the relationship between the moving average width Δz and BF i (Δz) is obtained by any configuration of the present embodiment, the function (curve) reflects longitudinal aberration.
In the adjustment of the projection lens, bringing the curve closer to a straight line corresponds to bringing the spherical aberration closer to 0, and bringing the value of the entire BF i closer to the value on the optical axis reduces the field curvature to 0.
Will be approached.

【0046】本実施例では、移動平均を取る場合につい
て説明したが、この移動平均をとる方法は、Z方向に一
定の幅を持ち強度値1の強度分布(所定の矩形関数)と
畳み込み積分をしたものと結果的には同等である(スリ
ットスキャン処理)。その他、離散的なフォーカス曲線
i(j)を単にスムージングした連続的なフォーカス
曲線Ii(z)について、その光量分布の最大値よりも
小さい光量値となる2カ所の高さの中点により、各点P
iでの焦点位置BFiを定めることもできる。その際、光
量値のスライスレベルは、各レジスト条件や照明条件に
より適切な値を選択する。また、このようにして求めら
れた相関関係の確認のために、実際に焼き付けを行った
レジスト像により像面形状を計測し、FC機構で計測し
た像面形状と比較することは容易である。
In this embodiment, the case where the moving average is calculated has been described. The method of calculating the moving average is such that the convolution integral with the intensity distribution (predetermined rectangular function) having a certain width in the Z direction and an intensity value of 1 is obtained. The result is equivalent to the result (slit scan processing). In addition, with respect to a continuous focus curve I i (z) obtained by simply smoothing the discrete focus curve I i (j), the center point of the two heights at which the light amount becomes smaller than the maximum value of the light amount distribution. , Each point P
It is also possible to determine the focus position BF i of by i. At this time, the slice level of the light amount is selected to be appropriate according to each resist condition and illumination condition. Further, in order to confirm the correlation thus obtained, it is easy to measure the image surface shape using the actually printed resist image and compare it with the image surface shape measured by the FC mechanism.

【0047】本実施例の指標板の基準パターンは、レチ
クルパターンの方向性による影響を軽減するために、4
種類の方向を持ったライン・アンド・スペース・パター
ンを用いており、この結果、測定される光量信号はメリ
ジオナル像面とサジタル像面との平均の像面形状とな
る。しかし、例えばメリジオナル像面形状とサジタル像
面形状の違いといった、任意の方向のパターンによる像
面形状を求めたい場合も考えられる。この場合には、単
純にFC機構を複数用意し、それぞれのFC機構にパタ
ーン方向の異なる基準パターンを取り付けるというよう
に、光学系等を重複させて設ける方法が考えられる。し
かし、より無駄のない方法として、任意の方向のパター
ンによる像面形状を、1つのFC機構だけを用いて次の
ようにして求めることができる。
The reference pattern of the index plate according to the present embodiment has four patterns in order to reduce the influence of the directionality of the reticle pattern.
A line-and-space pattern having different directions is used. As a result, the measured light quantity signal has an average image plane shape of the meridional image plane and the sagittal image plane. However, there may be a case where it is desired to obtain an image plane shape by a pattern in an arbitrary direction, such as a difference between a meridional image plane shape and a sagittal image plane shape. In this case, a method is conceivable in which a plurality of FC mechanisms are simply prepared and optical systems and the like are provided so as to overlap each other, such that a reference pattern having a different pattern direction is attached to each FC mechanism. However, as a less wasteful method, an image plane shape by a pattern in an arbitrary direction can be obtained as follows using only one FC mechanism.

【0048】すなわち、指標板の基準パターンについて
は図5(a)に示すように、それぞれ0,45,90,
135度の方向に配列方向を向けたライン・アンド・ス
ペースLS0,LS45,LS90,LS135を、それぞれ基
準パターンの第1,2,3,4象限に配置する。他方、
レチクルパターンについては図5(b)に示すように、
基準パターンの全体の共役領域を十分にカバーする反射
領域を中央に設け、基準パターンの個々のライン・アン
ド・スペース・パターンの共役領域を十分にカバーする
透過領域をその周囲に設ける。
That is, as shown in FIG. 5A, the reference patterns of the index plate are 0, 45, 90,
Line-and-spaces LS 0 , LS 45 , LS 90 , and LS 135 oriented in the direction of 135 degrees are arranged in the first, second, third, and fourth quadrants of the reference pattern, respectively. On the other hand,
As for the reticle pattern, as shown in FIG.
A reflection region that sufficiently covers the entire conjugate region of the reference pattern is provided at the center, and a transmission region that sufficiently covers the conjugate region of each line and space pattern of the reference pattern is provided therearound.

【0049】焦点位置検出時には図6に示すように、測
定したい方向のマーク領域がレチクル面の反射領域によ
って反射されるように、レチクルステージ又はウエハス
テージの位置を設定する。すなわち平均像面形状を測る
ときには、基準パターンの全体の共役領域がレチクルパ
ターンの反射領域によって完全にカバーされるように、
図6のeの位置にずらして計測を行う。また例えば0度
方向の像面形状を測るときには、0度の方向に配列方向
を向けたライン・アンド・スペースLS0の共役領域だ
けがレチクルパターンの反射領域によってカバーされ、
他のライン・アンド・スペースLS45,LS90,LS
135の共役領域はレチクルパターンの透過領域によって
完全にカバーされるように、図6のaの位置にずらして
計測を行う。同様に45,90,135度方向の像面形
状を測るときには、それぞれ図6のb,c,dの位置に
ずらして計測を行う。
At the time of detecting the focal position, as shown in FIG. 6, the position of the reticle stage or wafer stage is set so that the mark area in the direction to be measured is reflected by the reflection area on the reticle surface. That is, when measuring the average image plane shape, so that the entire conjugate region of the reference pattern is completely covered by the reflection region of the reticle pattern,
The measurement is performed by shifting to the position of e in FIG. Also, for example, when measuring the image plane shape in the 0-degree direction, only the conjugate area of the line and space LS 0 oriented in the arrangement direction in the 0-degree direction is covered by the reflection area of the reticle pattern,
Other line and space LS 45 , LS 90 , LS
The measurement is performed by shifting to the position of FIG. 6A so that the conjugate area 135 is completely covered by the transmission area of the reticle pattern. Similarly, when measuring the image plane shapes in the 45, 90, and 135 degree directions, the measurement is performed by shifting to the positions of b, c, and d in FIG. 6, respectively.

【0050】なお、使用する4種類のパターンのL
0,LS45,LS90,LS135はその場所が異なるが、
投影レンズの露光領域に比べ十分小さいから、露光領域
内のほぼ一点で計測しているとして扱うことができる。
このような方法により、メリジオナル像面とサジタル像
面の位置と形状を求めることができ、したがってその平
均像面を求めることもできるし、露光領域全体でのパタ
ーン方向による非点隔差(アス)の発生量を求めること
もできる。
The L of the four types of patterns used
The locations of S 0 , LS 45 , LS 90 and LS 135 are different,
Since it is sufficiently smaller than the exposure area of the projection lens, it can be treated as being measured at almost one point in the exposure area.
By such a method, the positions and shapes of the meridional image plane and the sagittal image plane can be obtained, and therefore, the average image plane can be obtained, and the astigmatic difference (as) due to the pattern direction in the entire exposure area can be obtained. The amount generated can also be determined.

【0051】さらに、このような4種類のパターンによ
り、移動平均幅ΔzとBFi(Δz)との関係を求めれ
ば、その関数(曲線)は各パターン方向の縦収差を反映
したものとなる。よって、各パターン方向に対し、その
曲線を直線に近づけることが球面収差を0に近づけるこ
とに相当し、全体のBFiの値を光軸上の値に近づける
ことが像面湾曲を0に近づけることとなり、パターン方
向による差を含めた投影レンズの調整の指標として用い
ることができる。
Further, when the relationship between the moving average width Δz and BF i (Δz) is obtained from these four types of patterns, the function (curve) reflects the longitudinal aberration in each pattern direction. Therefore, for each pattern direction, bringing the curve closer to a straight line is equivalent to bringing the spherical aberration closer to 0, and bringing the overall BFi value closer to the value on the optical axis makes the field curvature closer to 0. And can be used as an index for adjusting the projection lens including the difference due to the pattern direction.

【0052】なお、本特許では移動平均処理を各高さz
を中心とした(z−Δz/2,z+Δz/2)の範囲内
にある計測点のコントラストを平均した値を、その高さ
zでの値と置き換えるものと定義し十分な精度が得られ
るとしている。しかし、今後のレジスト特性によって
は、さらに精度を高めるために前記平均をとる際の各計
測点に対し最適な重み付けをしてももちろん良い。また
同様に、Z方向に任意の幅を持ち強度値1の強度分布と
畳み込み積分をしたものについても、Z方向の任意幅内
の強度値に最適な重み付けをしても良い。
In this patent, the moving average processing is performed for each height z.
It is defined that the value obtained by averaging the contrast of the measurement points within the range of (z−Δz / 2, z + Δz / 2) with the value at the height z is sufficient to obtain sufficient accuracy. I have. However, depending on the resist characteristics in the future, it is a matter of course that optimum weighting may be applied to each measurement point when the average is taken in order to further improve the accuracy. Similarly, with respect to an intensity distribution having an arbitrary width in the Z direction and convolution integration with an intensity distribution having an intensity value of 1, the intensity value within an arbitrary width in the Z direction may be optimally weighted.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明によって、ウエハへのテスト露光
を行ったときに得られるであろう結像面の位置及び形状
を、テスト露光を行うことなく精度良く求めることがで
きる結像面検出装置が得られた。したがって実際に露光
することなく投影光学系の像面形状の良否を判定でき
る。しかも、本発明の結像位置検出装置による結像位置
検出方法を用いて、最終的にレチクルのパターンを投影
光学系を介して感光性基板上に転写すれば、良好なる半
導体デバイスを製造することができる。
According to the present invention, an image plane detecting apparatus which can accurately determine the position and shape of an image plane which would be obtained when test exposure is performed on a wafer without performing test exposure. was gotten. Therefore, the quality of the image plane shape of the projection optical system can be determined without actually performing exposure. Moreover, if the pattern of the reticle is finally transferred onto the photosensitive substrate via the projection optical system by using the image position detecting method by the image position detecting apparatus of the present invention, a good semiconductor device can be manufactured. Can be.

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

【図1】本発明の一実施例を示す断面図FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of the present invention.

【図2】基準パターンを示す平面図FIG. 2 is a plan view showing a reference pattern.

【図3】光量信号によるフォーカス曲線を示す図FIG. 3 is a diagram showing a focus curve based on a light amount signal;

【図4】移動平均処理前と処理後のフォーカス曲線を示
す図
FIG. 4 is a diagram showing focus curves before and after moving average processing;

【図5】別の実施例による(a)基準パターンと、
(b)レチクルパターンを示す平面図
FIG. 5 shows (a) a reference pattern according to another embodiment;
(B) Plan view showing reticle pattern

【図6】別の実施例においてレチクルパターン上に結像
した基準パターンを示す平面図
FIG. 6 is a plan view showing a reference pattern imaged on a reticle pattern in another embodiment.

【図7】CDフォーカス法によるレチクル断面を示す断
面図
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a reticle cross-section by a CD focus method.

【図8】CDフォーカス法によるボトム線幅分布曲線を
示す図
FIG. 8 is a diagram showing a bottom line width distribution curve by a CD focus method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…水銀ランプ 2…楕円反射鏡 3…ミラーシャッター 4…インプットレン
ズ 5…フライアイレンズ 6…開口絞り 7…コンデンサレンズ 8…光路折り曲げ用
ミラー 9…レチクル 10…レチクルステ
ージ 11…投影光学系 12…ウエハ 13…ウエハホルダ 14…ウエハステー
ジ 20…レンズ系 21…2分岐ライト
ガイド 22…ミラー 23…コンデンサレ
ンズ 24…指標板 24a…基準パター
ン 25…受光センサ 26…センサ 27…処理系 27a…信号補正処
理部 27b…フォーカス位置検出部 27c…補正量算出
部 28…表示部 30…照射系 31…焦点検出系 32、33…駆動系 L1、L2…光学素子 LS0,LS45,LS90,LS135…ライン・アンド・ス
ペース・パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Mercury lamp 2 ... Elliptical reflecting mirror 3 ... Mirror shutter 4 ... Input lens 5 ... Fly-eye lens 6 ... Aperture stop 7 ... Condenser lens 8 ... Mirror for optical path bending 9 ... Reticle 10 ... Reticle stage 11 ... Projection optical system 12 ... Wafer 13 Wafer holder 14 Wafer stage 20 Lens system 21 Two-branch light guide 22 Mirror 23 Condenser lens 24 Index plate 24a Reference pattern 25 Light receiving sensor 26 Sensor 27 Processing system 27a Signal correction processing unit 27b ... focus position detecting section 27c ... correction amount calculating unit 28 ... display unit 30 ... illumination system 31 ... focus detection system 32, 33 ... driving system L 1, L 2 ... optical element LS 0, LS 45, LS 90 , LS 135 … Line and space pattern

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レチクル上に形成されたパターンの像を形
成する投影光学系と;該投影光学系に関して前記レチク
ルと共役な位置に配置された基準パターンと;該基準パ
ターンを照明する照明系と;該照明系により照明された
基準パターン像を前記投影光学系を介して前記レチクル
のパターン面に投影し、前記基準パターンの投影像から
の反射光を前記投影光学系及び前記基準パターンを介し
て受光して、該受光された光束の光量を検出する検出系
と;前記基準パターンを前記投影光学系の光軸方向に沿
って移動させる移動装置と;該移動装置を介して前記基
準パターンを前記投影光学系の光軸方向の複数の位置に
沿って移動させながら、前記検出系にて検出される各位
置における前記光量に基づいて、前記光軸方向の光量分
布を求め、前記光軸方向の光量分布に基づいて前記レチ
クルパターンの前記投影光学系による像のベストフォー
カス位置を求める処理系とを有する結像位置検出装置に
おいて、 前記光軸方向の光量分布に基づいて前記レチクルパター
ンの前記投影光学系による像のベストフォーカス位置を
求めるに際して、前記処理系は、前記投影光学系に残存
する収差による計測誤差成分を補正するために、前記光
量分布の形状を所望の形状に変形する補正処理部を有す
ることを特徴とする結像位置検出装置。
A projection optical system for forming an image of a pattern formed on a reticle; a reference pattern disposed at a position conjugate with the reticle with respect to the projection optical system; and an illumination system for illuminating the reference pattern. Projecting a reference pattern image illuminated by the illumination system onto the pattern surface of the reticle via the projection optical system, and reflecting light from the projection image of the reference pattern via the projection optical system and the reference pattern A detection system that receives light and detects the amount of the received light beam; a moving device that moves the reference pattern along the optical axis direction of the projection optical system; While moving along a plurality of positions in the optical axis direction of the projection optical system, the light amount distribution in the optical axis direction is obtained based on the light amount at each position detected by the detection system. A processing system for determining a best focus position of an image of the reticle pattern by the projection optical system based on a light amount distribution in a direction, wherein the reticle pattern of the reticle pattern is based on a light amount distribution in the optical axis direction. When obtaining the best focus position of the image by the projection optical system, the processing system corrects the shape of the light amount distribution to a desired shape in order to correct a measurement error component due to aberration remaining in the projection optical system. An imaging position detection device comprising a unit.
【請求項2】前記補正処理部は、前記光量分布の移動平
均を取る処理、または前記光量分布と所定の関数との畳
込み積分を行う処理を行うことを特徴とする請求項1記
載の結像位置検出装置。
2. The method according to claim 1, wherein the correction processing unit performs a process of obtaining a moving average of the light amount distribution or a process of performing convolution integration of the light amount distribution and a predetermined function. Image position detection device.
【請求項3】前記処理系は、前記光軸と直交する前記投
影光学系の結像面内の複数の位置で前記ベストフォーカ
ス高さを求めることにより、前記投影光学系の結像面の
形状を求めた、請求項1又は2記載の結像位置検出装
置。
3. The shape of the image plane of the projection optical system, wherein the processing system obtains the best focus height at a plurality of positions in the image plane of the projection optical system orthogonal to the optical axis. The imaging position detecting device according to claim 1, wherein:
【請求項4】前記基準パターンは、パターンの配列方向
を異にした複数方向のライン・アンド・スペース・パタ
ーンを有し、 前記レチクルパターンは、基準パターンの前記複数方向
のライン・アンド・スペース・パターンのうちの少なく
とも1方向のライン・アンド・スペース・パターンの前
記投影光学系に関する共役領域をカバーする反射領域
と、基準パターンの前記複数方向のライン・アンド・ス
ペース・パターンのうちの少なくとも1方向のライン・
アンド・スペース・パターンの前記投影光学系に関する
共役領域をカバーする透過領域とを有する、請求項1、
2又は3記載の結像位置検出装置。
4. The reference pattern has a plurality of line-and-space patterns in different directions of pattern arrangement, and the reticle pattern includes a plurality of line-and-space patterns of the reference pattern. A reflection area covering a conjugate area of the line and space pattern in at least one direction of the pattern with respect to the projection optical system; and at least one direction of the plurality of line and space patterns of the reference pattern The line
And a transmission area that covers a conjugate area of the projection optical system of an and space pattern.
4. The imaging position detecting device according to 2 or 3.
【請求項5】レチクル上に形成されたパターンの像を形
成する投影光学系と;該投影光学系の結像面の光学特性
を光電的に検出する検出系と、該検出系からの検出信号
に基づいて、前記投影光学系による像のベストフォーカ
ス位置を求める処理系とを有し、 前記処理系は、前記投影光学系による像のベストフォー
カス位置を求めるに際して、前記投影光学系に残存する
収差による計測誤差成分を補正するために、前記検出信
号の形状を所望の形状に変形する補正処理部を有するこ
とを特徴とする結像位置検出装置。
5. A projection optical system for forming an image of a pattern formed on a reticle; a detection system for photoelectrically detecting an optical characteristic of an image forming surface of the projection optical system; and a detection signal from the detection system. A processing system for determining a best focus position of the image by the projection optical system based on the above, wherein the processing system determines the best focus position of the image by the projection optical system, the aberration remaining in the projection optical system An imaging position detection device, comprising: a correction processing unit that deforms the shape of the detection signal into a desired shape in order to correct a measurement error component caused by the measurement.
【請求項6】レチクル上に形成されたパターンを投影光
学系を介して感光性基板上に投影露光する投影露光工程
を有する半導体デバイスの製造方法において、 前記投影露光に先立って、前記投影光学系の結像面特性
を検出する結像面特性検出工程と;該検出工程後に、前
記投影光学系を調整する調整工程とを有し、 前記検出工程は、前記投影光学系に関して前記レチクル
と共役な位置に配置された基準パターンからの光束を前
記投影光学系を介して前記レチクルのパターン面に投影
し、前記基準パターンの投影像からの反射光を前記投影
光学系及び前記基準パターンを介して受光し、該受光さ
れた光束の光量を検出する光量検出工程と;前記基準パ
ターンを前記投影光学系の光軸方向の複数の位置に沿っ
て移動させながら、前記光量検出工程にて得られた情報
に基づいて、前記光軸方向の光量分布を求め、前記光軸
方向の光量分布に基づいて前記レチクルのパターンの前
記投影光学系による像のべストフォーカス位置を求める
処理工程と;を有し、 該処理工程は、前記光軸方向の光量分布に基づいて前記
レチクルパターンの前記投影光学系による像のベストフ
ォーカス位置を求めるに際して、前記投影光学系に残存
する収差による計測誤差成分を補正するために、前記光
量分布の形状を所望の形状に変形する補正処理工程を有
することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
6. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a projection exposure step of projecting and exposing a pattern formed on a reticle onto a photosensitive substrate via a projection optical system, wherein the projection optical system is provided prior to the projection exposure. And an adjusting step of adjusting the projection optical system after the detecting step, wherein the detecting step is conjugate with the reticle with respect to the projection optical system. A light beam from a reference pattern disposed at a position is projected onto the pattern surface of the reticle via the projection optical system, and reflected light from a projected image of the reference pattern is received via the projection optical system and the reference pattern. Detecting a light amount of the received light beam; and moving the reference pattern along a plurality of positions in the optical axis direction of the projection optical system while detecting the light amount. Processing step of obtaining the light amount distribution in the optical axis direction based on the information obtained in step (a), and obtaining the best focus position of the image of the reticle pattern by the projection optical system based on the light amount distribution in the optical axis direction. And the processing step comprises: measuring a measurement error due to aberration remaining in the projection optical system when obtaining a best focus position of an image of the reticle pattern by the projection optical system based on the light amount distribution in the optical axis direction. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a correction processing step of correcting a shape of the light amount distribution to a desired shape in order to correct a component.
【請求項7】レチクル上に形成されたパターンを投影光
学系を介して感光性基板上に投影露光する投影露光工程
を有する半導体デバイスの製造方法において、 前記投影露光に先立って、前記投影光学系の結像面特性
を検出する結像面特性検出工程と;該検出工程後に、前
記投影光学系を調整する調整工程とを有し、 前記検出工程は、投影光学系の結像面の光学特性を光電
的に検出する光電検出工程と;前記投影光学系に残存す
る収差による計測誤差成分を補正するために、前記光電
検出により光電検出された検出信号の形状を所望の形状
に変形する補正処理工程とを有することを特徴とする半
導体デバイスの製造方法。
7. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a projection exposure step of projecting and exposing a pattern formed on a reticle onto a photosensitive substrate via a projection optical system, wherein the projection optical system is provided prior to the projection exposure. And an adjusting step of adjusting the projection optical system after the detecting step. The detecting step includes: an optical characteristic of an imaging surface of the projection optical system. And a correction process for deforming the shape of the detection signal photoelectrically detected by the photoelectric detection into a desired shape in order to correct a measurement error component due to aberration remaining in the projection optical system. And a method for manufacturing a semiconductor device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2005074015A1 (en) * 2004-01-29 2005-08-11 Nikon Corporation Method and device for supporting plate member, stage device, exposure device, and method of manufacturing device
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