JP2002323405A - Optical characteristic measurement method and device and exposing device - Google Patents

Optical characteristic measurement method and device and exposing device

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JP2002323405A
JP2002323405A JP2001128630A JP2001128630A JP2002323405A JP 2002323405 A JP2002323405 A JP 2002323405A JP 2001128630 A JP2001128630 A JP 2001128630A JP 2001128630 A JP2001128630 A JP 2001128630A JP 2002323405 A JP2002323405 A JP 2002323405A
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light
optical
optical system
spot
image
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Hiroyuki Tsukamoto
宏之 塚本
Toru Fujii
藤井  透
Katsura Otaki
桂 大滝
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Nikon Corp
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    • 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
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure optical characteristics of an optical system to be inspected. SOLUTION: A spot is photographed on a photographing surface 95S where the half width of a light intensity distribution of a spot image becomes smaller than an imaging surface CP of a wavefront splitting optical system constituted of a plurality of condensing elements with a small Fresnel number so that a cross-talk quantity between spot images is reduced in the photographed result. Based on the photographed result of the spots with reduced cross talk, the spot image position is accurately obtained and the optical characteristics of the optical system to be inspected is calculated using the accurately obtained spot image position. As the results, the optical characteristics of an optical system to be inspected can be accurately measured.

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、光学特性測定方
法、光学特性測定装置、及び露光装置に係り、より詳し
くは、被検光学系の光学特性を測定する光学特性測定方
法及び光学特性測定装置、並びに該光学特性測定装置を
備える露光装置、さらに前記光学特性測定装置によって
光学特性が測定された光学系、前記光学特性測定装置に
よって測定された光学特性に基づいて光学特性を調整す
る光学特性調整方法、前記露光装置の製造方法、及び前
記露光装置を用いて製造された半導体素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical characteristic measuring method, an optical characteristic measuring apparatus, and an exposure apparatus, and more particularly, to an optical characteristic measuring method and an optical characteristic measuring apparatus for measuring an optical characteristic of a test optical system. And an exposure apparatus including the optical property measuring apparatus, an optical system whose optical properties are measured by the optical property measuring apparatus, and an optical property adjustment apparatus that adjusts the optical properties based on the optical properties measured by the optical property measuring apparatus. The present invention relates to a method, a method for manufacturing the exposure apparatus, and a semiconductor device manufactured using the exposure apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレ
チクル(以下、「マスク」と総称する)に形成されたパ
ターン(以下、「レチクルパターン」とも呼ぶ)を投影
光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラ
スプレート等の基板(以下、適宜「基板」と総称する)
上に転写する露光装置が用いられている。こうした露光
装置としては、いわゆるステッパ等の静止露光型の露光
装置や、いわゆるスキャニング・ステッパ等の走査露光
型の露光装置が主として用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a lithography process for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, or the like, a pattern (hereinafter, referred to as a “reticle pattern”) formed on a mask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as a “mask”). Substrate) such as a wafer or a glass plate coated with a resist or the like via a projection optical system (hereinafter, collectively referred to as “substrate” as appropriate)
An exposure apparatus for transferring the image on the top is used. As such an exposure apparatus, a stationary exposure type exposure apparatus such as a so-called stepper and a scanning exposure type exposure apparatus such as a so-called scanning stepper are mainly used.

【0003】かかる露光装置においては、レチクルに形
成されたパターンを基板に、高い解像力で、忠実に投影
する必要がある。このため、投影光学系は、諸収差が十
分に抑制された良好な光学特性を有するように設計され
ている。
In such an exposure apparatus, it is necessary to faithfully project a pattern formed on a reticle onto a substrate with high resolution. For this reason, the projection optical system is designed to have good optical characteristics with various aberrations sufficiently suppressed.

【0004】しかし、完全に設計どおりに投影光学系を
製造することは困難であり、実際に製造された投影光学
系には様々な要因に起因する諸収差が残存してしまう。
このため、実際に製造された投影光学系の光学特性は、
設計上の光学特性とは異なるものとなってしまう。
[0004] However, it is difficult to manufacture a projection optical system completely as designed, and various aberrations due to various factors remain in an actually manufactured projection optical system.
Therefore, the optical characteristics of the actually manufactured projection optical system are as follows:
This is different from the designed optical characteristics.

【0005】そこで、実際に製造された投影光学系のよ
うな被検光学系の収差等の光学特性を測定するための様
々な技術が提案されている。かかる様々な提案技術の中
で、ピンホールを用いて発生させた球面波を被検光学系
に入射し、被検光学系を通過した光を平行光に変換した
後に波面分割をし、分割波面ごとにスポット像を形成
し、分割波面ごとのスポット像の形成位置に基づいて被
検光学系の波面収差を測定するシャック−ハルトマン
(Shack-Hartmann)方式の波面収差測定技術が注目され
ている。
Therefore, various techniques have been proposed for measuring optical characteristics such as aberrations of a test optical system such as an actually manufactured projection optical system. Among such various proposed technologies, a spherical wave generated by using a pinhole is incident on an optical system to be measured, and the light that has passed through the optical system to be tested is converted into parallel light, and then split into wavefronts. A Shack-Hartmann-based wavefront aberration measurement technique that forms a spot image for each of the divided wavefronts and measures the wavefront aberration of the optical system to be measured based on the formation position of the spot image for each divided wavefront has attracted attention.

【0006】こうしたシャック−ハルトマン方式を採用
する波面収差測定装置(あるいは波面測定装置)は、例
えば、入射光を波面分割して分割波面ごとにスポット像
を形成する波面分割素子として、平行光の波面と平行な
2次元平面に沿って集光素子としての微小なレンズ(マ
イクロレンズ)が多数配列されたマイクロレンズアレイ
を採用することにより、簡単に構成することができる。
そして、マイクロレンズアレイが形成した多数のスポッ
ト像をCCD等の撮像素子によって撮像し、各スポット
像の撮像波形の重心を重心法により求めたり、各スポッ
ト像の撮像波形とテンプレート波形との最大相関位置を
相関法により求めたりしてスポット像位置を検出する。
A wavefront aberration measuring device (or a wavefront measuring device) adopting the Shack-Hartmann method is, for example, a wavefront splitting device for splitting incident light into wavefronts and forming a spot image for each split wavefront. By employing a microlens array in which a large number of microlenses (microlenses) as light-collecting elements are arranged along a two-dimensional plane parallel to the above, the configuration can be simplified.
Then, a large number of spot images formed by the microlens array are picked up by an image pickup device such as a CCD, and the center of gravity of the picked-up waveform of each spot image is obtained by the centroid method. The position of the spot image is detected by obtaining the position by a correlation method.

【0007】こうして検出された各スポット像の位置
は、各マイクロレンズに入射した光の波面の局所的な傾
きを表している。そこで、その波面の局所的な傾きを積
分する等の演算を行うことによって、被検光学系の波面
形状を2次元的に再構成して波面収差を求めている。
[0007] The position of each spot image detected in this manner represents a local inclination of the wavefront of the light incident on each microlens. Therefore, by performing an operation such as integrating the local inclination of the wavefront, the wavefront aberration is obtained by two-dimensionally reconstructing the wavefront shape of the test optical system.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述のようなマイクロ
レンズアレイを用いた波面収差測定装置は、各分割波面
が形成する多数のスポット像を一挙に撮像することがで
きるので、迅速に波面収差を測定することができるとい
う観点からは、非常に優れたものである。
A wavefront aberration measuring apparatus using a microlens array as described above can capture a large number of spot images formed by each of the divided wavefronts at once, so that the wavefront aberration can be quickly reduced. It is very excellent from the viewpoint that it can be measured.

【0009】ところで、波面収差の測定は、各分割波面
においては波面が傾いているとしても、その傾きは線形
の傾きとみなすことができることが前提となっている。
したがって、精度良く波面収差を測定するためには、な
るべく細かく波面を分割することが好ましい。また、精
度良く波面収差を測定するためには、マイクロレンズア
レイの各マイクロレンズの焦点距離を長くして、分割波
面の傾き量に対するスポット位置の変位量を大きくする
ことが好ましい。
The measurement of the wavefront aberration is based on the premise that even if the wavefront is inclined in each divided wavefront, the inclination can be regarded as a linear inclination.
Therefore, in order to accurately measure the wavefront aberration, it is preferable to divide the wavefront as finely as possible. In order to accurately measure the wavefront aberration, it is preferable to increase the focal length of each microlens of the microlens array and increase the displacement of the spot position with respect to the tilt amount of the divided wavefront.

【0010】しかし、波面の分割を細かくすると、マイ
クロレンズアレイの各マイクロレンズによって形成され
る各スポット像の配列間隔が狭くなる。この結果、撮像
対象となる多数のスポットが形成された全体像におい
て、あるマイクロレンズによるスポット像の位置には、
そのマイクロレンズの周辺のマイクロレンズによるスポ
ット像の影響が表れることになる。すなわち、波面の分
割を細かくすると、各マイクロレンズによる各スポット
像間(特に、互いに隣接するスポット像間)では、いわ
ゆるクロストークが発生し易くなる。
However, if the division of the wavefront is made fine, the arrangement interval of each spot image formed by each microlens of the microlens array becomes narrow. As a result, in the entire image in which a large number of spots to be imaged are formed, the position of the spot image by a certain microlens is
The influence of the spot image by the micro lens around the micro lens appears. In other words, when the division of the wavefront is made fine, so-called crosstalk easily occurs between spot images formed by the microlenses (particularly, between adjacent spot images).

【0011】また、各マイクロレンズの焦点距離を長く
して、分割波面の傾き量に対するスポット位置の変位量
を大きくすると、各マイクロレンズによって形成される
スポット像の径が各マイクロレンズの焦点距離に比例し
て大きくなるとともに、互いに隣り合う2つの分割波面
の傾きの差が大きいと、これらの分割波面に応じたスポ
ット像の間隔が、各マイクロレンズの焦点距離がより短
い場合と比べて、より狭くなる。すなわち、各マイクロ
レンズの焦点距離を長くした場合にも、各マイクロレン
ズによる各スポット像間(特に、互いに隣接するスポッ
ト像間)では、いわゆるクロストークが発生し易くな
る。
When the focal length of each microlens is increased and the displacement of the spot position with respect to the inclination of the divided wavefront is increased, the diameter of the spot image formed by each microlens becomes smaller than the focal length of each microlens. If the difference between the two divided wavefronts adjacent to each other is large, the interval between spot images corresponding to these divided wavefronts is larger than when the focal length of each microlens is shorter. Narrows. That is, even when the focal length of each microlens is increased, so-called crosstalk easily occurs between spot images formed by the microlenses (particularly, between adjacent spot images).

【0012】以上のようにしてクロストークが発生する
と、各スポット像の形成領域に形成されるスポット像
は、本来のスポット像の形状から変形したものとなり、
こうした変形したスポット像が撮像されることになる。
このため、各スポット像の形成領域における撮像結果か
ら各スポット像の位置情報を検出すると、検出された位
置情報には、クロストークによるスポット像の変形に伴
う検出誤差が含まれることになる。こうしたスポット像
位置の検出精度の低下は、波面収差の測定結果における
測定精度の低下を招くことになる。
When crosstalk occurs as described above, the spot image formed in each spot image forming area is deformed from the original spot image shape,
Such a deformed spot image is captured.
For this reason, when the position information of each spot image is detected from the imaging result in the formation region of each spot image, the detected position information includes a detection error accompanying the deformation of the spot image due to crosstalk. Such a decrease in the detection accuracy of the spot image position causes a decrease in the measurement accuracy of the measurement result of the wavefront aberration.

【0013】しかしながら、マイクロレンズアレイ等を
用いた波面収差測定装置において、測定精度の向上のた
めには、波面の分割を細かくすること、及び、集光素子
の焦点距離を長くすることは必須である。このため、現
在、上述のようなスポット像間のクロストークを低減す
る新たな技術が待望されている。
However, in a wavefront aberration measuring apparatus using a microlens array or the like, in order to improve the measurement accuracy, it is essential to make the division of the wavefront fine and to increase the focal length of the light-collecting element. is there. For this reason, a new technique for reducing the crosstalk between the spot images as described above is currently demanded.

【0014】本発明は、かかる事情のもとでなされたも
のであり、その第1の目的は、被検光学系の光学特性を
精度良く測定することができる光学特性測定方法及び光
学特性測定装置を提供することにある。
The present invention has been made under such circumstances, and a first object of the present invention is to provide an optical characteristic measuring method and an optical characteristic measuring apparatus capable of accurately measuring the optical characteristics of a test optical system. Is to provide.

【0015】また、本発明の第2の目的は、所定のパタ
ーンを基板に精度良く転写することができる露光装置を
提供することにある。
It is a second object of the present invention to provide an exposure apparatus capable of transferring a predetermined pattern onto a substrate with high accuracy.

【0016】また、本発明の第3の目的は、光学特性が
精度良く測定された光学系を提供することにある。
A third object of the present invention is to provide an optical system whose optical characteristics are measured with high accuracy.

【0017】また、本発明の第4の目的は、光学特性が
精度良く調整された光学系を提供することにある。
A fourth object of the present invention is to provide an optical system whose optical characteristics are adjusted with high accuracy.

【0018】また、本発明の第5の目的は、微細パター
ンが精度良く形成された半導体素子を提供することにあ
る。
A fifth object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a fine pattern is formed with high accuracy.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明者は、シャック−
ハルトマン方式による光学特性測定に関する研究・開発
の結果として、次のような知見を得た。
Means for Solving the Problems The present inventor has developed a shack.
The following findings were obtained as a result of research and development on the measurement of optical characteristics by the Hartmann method.

【0020】シャック−ハルトマン方式による光学特性
測定において、マイクロレンズアレイにおけるレンズ要
素のように開口が小さな集光素子を用い、かつ、測定精
度の向上のために集光素子の焦点距離を大きくすること
になる。この結果、集光素子は、 N=a2/(f・λ) …(1) によって定義されるフレネル数Nが、通常の光学レンズ
等よりも非常に小さな値となっている。ここで、パラメ
ータaは、集光素子の開口内において、その開口の幾何
的な中心(重心)から最も遠い点までの距離であり、円
形開口の場合にはその円形開口の半径に相当するもので
ある。また、パラメータfは集光素子の焦点距離であ
り、パラメータλは、集光素子に入射する光すなわち被
検光学系を介した光の波長である。
In the optical characteristic measurement by the Shack-Hartmann method, a light-collecting element having a small aperture such as a lens element in a microlens array is used, and the focal length of the light-collecting element is increased to improve measurement accuracy. become. As a result, the condensing element has a Fresnel number N defined by N = a 2 / (f · λ) (1) that is much smaller than that of a normal optical lens or the like. Here, the parameter a is a distance from the geometric center (centroid) of the aperture to the farthest point in the aperture of the light-collecting element, and corresponds to the radius of the circular aperture in the case of a circular aperture. It is. The parameter f is the focal length of the light-collecting element, and the parameter λ is the wavelength of light incident on the light-collecting element, that is, the light passing through the optical system to be measured.

【0021】ここで、「焦点」とは、集光素子の開口の
各点を通過した光線の位相が全て一致する、あるいは当
該位相の分散が最小となる点を意味する。また、「焦点
距離」とは、集光素子(より厳密には、平面波が集光素
子に入射したときに、実効的に変更される面)と焦点と
の間の距離を意味する。本明細書においては、以上の意
味で、「焦点」及び「焦点距離」の用語を用いるものと
する。
Here, the "focal point" means a point at which all the phases of the light beams passing through the respective points of the aperture of the light-collecting element coincide with each other or the variance of the phase is minimized. Further, the “focal length” means a distance between a light-collecting element (more precisely, a surface that is effectively changed when a plane wave is incident on the light-collecting element) and the focal point. In this specification, the terms “focal point” and “focal length” are used in the above sense.

【0022】ところで、フレネル数Nが10未満となる
集光素子による光学的像面近傍びおけるスポットの光強
度分布の変化は、フレネル数Nが大きな集光素子の場合
とは大きく異なることが知られている(Y. Li and E. W
olf, : J. Opt. Soc. Am. A, Vol.1, No.8, 1984, 80
1-808 等参照)。すなわち、フレネル数Nが小さな集光
素子による結像の場合には、開口による回折による拡散
効果が集光素子の集光効果と拮抗するため、像面の前側
(開口側)と後側とにおいてスポットの光強度分布の変
化の非対称性が顕著となる。すなわち、開口に近い前側
では回折による拡散効果が小さいため、スポットのピー
ク強度は大きく、スポット径も小さくなる。一方、後側
では、スポットのピーク強度は小さく、スポット径は大
きくなる。そして、スポットのピーク強度が最大とな
り、スポット径が最小なる位置が、撮像面を現実に位置
決め可能なだけ像面から集光素子側に離れた位置に存在
する、あるいは、像面におけるスポットのピーク強度よ
りもピーク強度が大きくなり、像面におけるスポット径
よりもスポット径が小さくなる位置が、撮像面を現実に
位置決め可能なだけ像面から集光素子側に離れた位置に
存在することになる。
It is known that the change in the light intensity distribution of the spot in the vicinity of the optical image plane due to the light-collecting element whose Fresnel number N is less than 10 is significantly different from that of the light-collecting element having a large Fresnel number N. (Y. Li and E. W
olf, : J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 1, No. 8, 1984, 80
1-808 etc.). That is, in the case of an image formed by a light-collecting element having a small Fresnel number N, the diffusing effect due to diffraction by the aperture antagonizes the light-collecting effect of the light-collecting element. The asymmetry of the change in the light intensity distribution of the spot becomes significant. That is, since the diffusion effect by diffraction is small on the front side near the opening, the peak intensity of the spot is large and the spot diameter is small. On the other hand, on the rear side, the peak intensity of the spot is small and the spot diameter is large. Then, the position where the spot peak intensity is maximum and the spot diameter is minimum exists at a position as far away from the image plane as possible to the light-collecting element so that the imaging plane can be actually positioned, or the spot peak on the image plane The position where the peak intensity becomes larger than the intensity and the spot diameter becomes smaller than the spot diameter on the image plane exists at a position as far away from the image plane as possible to the light-collecting element so that the imaging plane can be actually positioned. .

【0023】本発明は、かかる知見に基づいてなされた
ものである。
The present invention has been made based on such findings.

【0024】すなわち、本発明の光学特性測定方法は、
被検光学系(PL)の光学特性を測定する光学特性測定
方法であって、前記被検光学系を介した光を波面分割し
た分割波面ごとに、スポットを形成するスポット形成工
程と;前記スポットの光強度分布それぞれの半値全幅
が、前記被検光学系を介した光を波面分割した際に決ま
る前記スポットの結像面における前記スポットの光強度
分布それぞれの半値全幅未満となる撮像面位置で、前記
スポットを撮像するスポット撮像工程と;前記スポット
撮像工程における撮像結果に基づいて、前記スポットそ
れぞれの位置情報を算出する位置情報算出工程と;前記
算出された位置情報を用いて、前記被検光学系の光学特
性を算出する光学特性算出工程と;を含む光学特性測定
方法である。
That is, the optical characteristic measuring method of the present invention
An optical property measuring method for measuring an optical property of a test optical system (PL), wherein a spot forming step of forming a spot for each divided wavefront obtained by dividing a light passing through the test optical system into a wavefront; The full width at half maximum of each light intensity distribution is less than the full width at half maximum of each light intensity distribution of the spot on the imaging plane of the spot determined when the light passing through the test optical system is split into wavefronts. A spot imaging step of imaging the spot; a position information calculating step of calculating position information of each of the spots based on an imaging result in the spot imaging step; and an inspection using the calculated position information. An optical characteristic calculating step of calculating an optical characteristic of the optical system.

【0025】これによれば、スポット形成工程において
形成された複数のスポットを、スポット撮像工程におい
て、スポットの光強度分布それぞれの半値全幅が、像面
における前記スポットの光強度分布それぞれの半値全幅
未満となる撮像面位置で撮像する。この撮像による撮像
結果における各スポット像の径は、従来の像面に撮像面
を配置した場合に撮像された各スポット像の径よりも小
さくなっている。したがって、各スポットの形成領域に
入り込む他のスポットに由来する光の量が、像面におけ
る撮像結果の場合よりも少なくなり、スポット像間のク
ロストーク量も小さくなっている。
According to this, when the plurality of spots formed in the spot forming step are spot imaging steps, the full width at half maximum of each light intensity distribution of the spot is less than the full width at half maximum of each light intensity distribution of the spot on the image plane. An image is taken at the imaging surface position where The diameter of each spot image in the imaging result of this imaging is smaller than the diameter of each spot image captured when the imaging surface is arranged on the conventional image plane. Therefore, the amount of light originating from other spots entering the formation area of each spot is smaller than in the case of the imaging result on the image plane, and the amount of crosstalk between spot images is also smaller.

【0026】引き続き、位置情報算出工程において、撮
像された複数のスポット像に基づいて、各スポット像の
光強度分布の重心位置等を算出することにより、スポッ
ト像間のクロストークによる検出精度の低下を抑制し
て、スポット像の位置情報を検出する。そして、光学特
性算出工程において、位置情報算出工程において算出さ
れた位置情報に基づいて、被検光学系の光学特性が算出
される。したがって、被検光学系の光学特性を精度良く
測定することができる。
Subsequently, in the position information calculating step, the center of gravity and the like of the light intensity distribution of each spot image are calculated based on the plurality of picked-up spot images, thereby lowering the detection accuracy due to crosstalk between the spot images. And the position information of the spot image is detected. Then, in the optical characteristic calculation step, the optical characteristic of the test optical system is calculated based on the position information calculated in the position information calculation step. Therefore, the optical characteristics of the test optical system can be accurately measured.

【0027】本発明の光学特性測定方法では、被検光学
系を介した光を波面分割する集光素子のフレネル数を
4.86以下とし、前記撮像面位置を、前記スポットの
光強度分布それぞれの半値全幅が、前記集光素子の像面
における前記スポットの光強度分布それぞれの半値全幅
の95%以下となる位置とすることができる。
In the optical characteristic measuring method according to the present invention, the Fresnel number of the light condensing element for dividing the light passing through the optical system to be subjected to the wavefront is set to 4.86 or less, and the position of the imaging plane is set to the light intensity distribution of the spot. Can be set to a position where 95% or less of the full width at half maximum of each light intensity distribution of the spot on the image plane of the light condensing element.

【0028】また、本発明の光学特性測定方法では、前
記被検光学系を介した光を波面分割する集光素子の開口
内で、前記開口の中心から最も遠い点までの距離をa、
前記集光素子の焦点距離をf、前記被検光学系を介した
光の波長をλ、フレネル数をNとし、パラメータuNを uN=(2πa2/(f・λ))・((-d/f)/(1-(d/f))) で定義したときに、前記撮像面位置を、 I(uN)=(1+(uN/2πN))2・(2/(uN/2)2)・(1-cos(uN/2))
>1.05 を満たす距離dだけ、前記像面の位置から前記集光素子
に近付いた位置とすることができる。
Further, in the optical characteristic measuring method according to the present invention, a distance between a point farthest from the center of the aperture in the aperture of the light condensing element for dividing the light passing through the test optical system into a wavefront is a,
The focal length of the light-collecting element is f, the wavelength of light passing through the test optical system is λ, the Fresnel number is N, and the parameter u N is u N = (2πa 2 / (f · λ)) · (( -d / f) / (1- (d / f))), the imaging surface position is defined as I (u N ) = (1+ (u N / 2πN)) 2 · (2 / ( u N / 2) 2 ) ・ (1-cos (u N / 2))
A distance d that satisfies> 1.05 can be a position closer to the light-collecting element from the position of the image plane.

【0029】ここで、前記撮像面位置を、 d<f2・λ/(2a2+f・λ) を更に満たす距離dだけ、前記像面の位置から前記集光
素子に近付いた位置とすることができる。
Here, the position of the imaging plane is set to a position closer to the light-collecting element from the position of the image plane by a distance d that further satisfies d <f 2 · λ / (2a 2 + f · λ). be able to.

【0030】また、本発明の光学特性測定方法では、前
記集光素子の開口内で、前記開口の中心から最も遠い点
までの距離をa、前記集光素子の焦点距離をf、前記被
検光学系を介した光の波長をλとしたとき、前記撮像面
位置を、前記像面から D=f2・λ/(2a2+f・λ) で定義される距離D未満の距離だけ離れた位置とするこ
とができる。
Further, in the optical characteristic measuring method according to the present invention, in the opening of the light-collecting element, a is a distance from the center of the opening to the farthest point, f is a focal length of the light-collecting element, Assuming that the wavelength of light passing through the optical system is λ, the imaging surface position is separated from the image surface by a distance less than a distance D defined by D = f 2 · λ / (2a 2 + f · λ). Position.

【0031】本発明の光学特性測定装置は、被検光学系
(PL)の光学特性を測定する光学特性測定装置であっ
て、複数の集光素子(94a)を有し、該複数の集光素
子の配列に応じて、前記被検光学系を介した光を波面分
割して、分割波面ごとにスポットを形成する波面分割光
学系(94)と;前記スポットの光強度分布それぞれの
半値全幅が、前記集光素子の像面における前記スポット
の光強度分布それぞれの半値全幅未満となる位置に撮像
面が配置された撮像装置(95)と;を備える光学特性
測定装置である。
The optical characteristic measuring apparatus of the present invention is an optical characteristic measuring apparatus for measuring the optical characteristic of a test optical system (PL), and has a plurality of light collecting elements (94a). A wavefront splitting optical system (94) that splits the light passing through the test optical system into wavefronts according to the arrangement of the elements and forms spots for each split wavefront; and a full width at half maximum of each light intensity distribution of the spots. An image pickup device (95), wherein an image pickup surface is disposed at a position on the image plane of the light-collecting element that is smaller than a full width at half maximum of each light intensity distribution of the spot.

【0032】これによれば、波面分割光学系により形成
されたスポットを、前記スポットの光強度分布それぞれ
の半値全幅が、前記集光素子の像面における前記スポッ
トの光強度分布それぞれの半値全幅未満となる位置に撮
像面が配置された撮像装置によって撮像する。この撮像
装置による撮像結果における各スポット像の径は、従来
の像面に撮像面を配置した場合に撮像された各スポット
像の径よりも小さくなっており、各スポットの形成領域
に入り込む他のスポットに由来する光の量が、像面にお
ける撮像結果の場合よりも少なくなり、スポット像間の
クロストーク量も小さくなっている。したがって、撮像
装置による撮像結果に基づいて、各スポット像の位置情
報を検出し、検出された位置情報を用いて光学特性を求
めることにより、被検光学系の光学特性を精度良く測定
することができる。
According to this, when the spot formed by the wavefront splitting optical system is such that the full width at half maximum of each light intensity distribution of the spot is less than the full width at half maximum of each light intensity distribution of the spot on the image plane of the light condensing element. An image is taken by an image pickup device having an image pickup surface arranged at a position as shown below. The diameter of each spot image in the imaging result of this imaging device is smaller than the diameter of each spot image captured when the imaging surface is arranged on the conventional image plane, and other spot images that enter the formation area of each spot are formed. The amount of light originating from the spot is smaller than in the case of the imaging result on the image plane, and the amount of crosstalk between spot images is also smaller. Therefore, the position information of each spot image is detected based on the image pickup result by the image pickup device, and the optical characteristics are obtained using the detected position information, so that the optical characteristics of the optical system to be measured can be accurately measured. it can.

【0033】本発明の光学特性測定装置では、前記集光
素子それぞれをレンズ要素(94a)とし、前記波面分
割光学系が、前記レンズ要素が2次元的に配列されたマ
イクロレンズアレイ(94)を含む構成とすることがで
きる。
In the optical characteristic measuring apparatus of the present invention, each of the light-collecting elements is a lens element (94a), and the wavefront dividing optical system is a microlens array (94) in which the lens elements are two-dimensionally arranged. It can be configured to include.

【0034】ここで、前記集光素子のフレネル数を4.
86以下とするとともに、前記撮像面を、前記スポット
の光強度分布それぞれの半値全幅が、前記集光素子の像
面における前記スポットの光強度分布それぞれの半値全
幅の95%以下となる位置に配置する構成とすることが
できる。
Here, the Fresnel number of the light-collecting element is set to 4.
86 or less, and the imaging surface is arranged at a position where the full width at half maximum of each light intensity distribution of the spot is 95% or less of the full width at half maximum of each light intensity distribution of the spot on the image plane of the light-collecting element. Configuration.

【0035】また、本発明の光学特性測定装置では、前
記集光素子の開口内で、前記開口の中心から最も遠い点
までの距離をa、前記集光素子の焦点距離をf、前記被
検光学系を介した光の波長をλ、フレネル数をNとし
て、パラメータuNを uN=(2πa2/(f・λ))・((-d/f)/(1-(d/f))) で定義したときに、前記撮像面を、 I(uN)=(1+(uN/2πN))2・(2/(uN/2)2)・(1-cos(uN/2))
>1.05 を満たす距離dだけ、前記像面の位置から前記集光素子
に近付いた位置に配置することができる。
In the optical characteristic measuring apparatus of the present invention, a is a distance from the center of the opening to the farthest point in the opening of the light-collecting element, f is a focal length of the light-collecting element, Assuming that the wavelength of light passing through the optical system is λ and the Fresnel number is N, the parameter u N is u N = (2πa 2 / (f · λ)) · ((− d / f) / (1- (d / f) ))), The imaging surface is defined as I (u N ) = (1+ (u N / 2πN)) 2 · (2 / (u N / 2) 2 ) · (1-cos (u N / 2))
It can be arranged at a position close to the light-collecting element from the position of the image plane by a distance d satisfying> 1.05.

【0036】この場合、前記撮像面を、 d<f2・λ/(2a2+f・λ) を更に満たす距離dだけ、前記像面の位置から前記集光
素子に近付いた位置に配置する構成とすることができ
る。
In this case, the imaging surface is arranged at a position closer to the light-collecting element from the position of the image surface by a distance d that further satisfies d <f 2 · λ / (2a 2 + f · λ). It can be configured.

【0037】また、本発明の光学特性測定装置では、前
記集光素子の開口内で、前記開口の中心から最も遠い点
までの距離をa、前記集光素子の焦点距離をf、前記被
検光学系を介した光の波長をλとしたとき、前記撮像面
を、前記像面から D=f2・λ/(2a2+f・λ) で定義される距離D未満の距離だけはなれた位置に配置
することができる。
In the optical characteristic measuring apparatus according to the present invention, a is a distance from the center of the opening to the farthest point in the opening of the light-collecting element, f is a focal length of the light-collecting element, When the wavelength of light passing through the optical system is λ, the imaging surface is separated from the image surface by a distance less than a distance D defined by D = f 2 · λ / (2a 2 + f · λ). Position.

【0038】また、本発明の光学特性測定装置では、前
記撮像装置による撮像結果に基づいて、前記スポット像
の位置情報を算出する位置情報算出装置(36)と;前
記算出された位置情報を用いて、前記被検光学系の光学
特性を算出する光学特性算出装置(37)と;を更に備
える構成とすることができる。
Further, in the optical characteristic measuring apparatus according to the present invention, a position information calculating device (36) for calculating position information of the spot image based on an image pickup result by the image pickup device; And an optical characteristic calculation device (37) for calculating the optical characteristics of the test optical system.

【0039】また、本発明の露光装置は、露光光を基板
(W)に照射することにより、所定のパターンを前記基
板に転写する露光装置であって、前記露光光の光路上に
配置された投影光学系を有する露光装置本体(60)
と;前記投影光学系を被検光学系とする本発明の光学特
性測定装置(70)と;を備える露光装置である。
The exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus for transferring a predetermined pattern onto the substrate by irradiating the substrate (W) with exposure light, and is arranged on an optical path of the exposure light. Exposure apparatus main body having projection optical system (60)
And an optical characteristic measuring device (70) of the present invention wherein the projection optical system is a test optical system.

【0040】また、本発明の光学系は、本発明の光学特
性測定装置を用いて光学特性が測定された光学系であ
る。
The optical system of the present invention is an optical system whose optical characteristics have been measured using the optical characteristic measuring device of the present invention.

【0041】また、本発明の光学特性調整方法は、光学
系(PL)の光学特性を調整する光学特性調整方法であ
って、前記光学系の光学特性を、本発明の光学特性測定
装置を用いて測定する光学特性測定工程と;前記光学特
性測定工程における測定結果に基づいて、前記光学系の
光学特性を調整する光学特性調整工程と;を含む光学特
性調整方法である。
An optical characteristic adjusting method according to the present invention is an optical characteristic adjusting method for adjusting the optical characteristic of an optical system (PL), wherein the optical characteristic of the optical system is measured using the optical characteristic measuring apparatus of the present invention. An optical property measuring step of measuring the optical properties of the optical system based on the measurement result in the optical property measuring step.

【0042】また、本発明の露光装置の製造方法は、露
光光を基板(W)に照射することにより、所定のパター
ンを前記基板に転写する露光装置の製造方法であって、
前記露光光の光路上に配置された投影光学系(PL)を
有する露光装置本体(60)を用意する工程と;前記投
影光学系を被検光学系とする本発明の光学特性測定装置
(70)を用意する工程と;前記投影光学系の光学特性
を、前記光学特性測定装置を用いて測定する光学特性測
定工程と;前記投影光学系の光学特性測定工程における
測定結果に基づいて、前記光学系の光学特性を調整する
光学特性調整工程と;を含む露光装置の製造方法であ
る。
Further, the method of manufacturing an exposure apparatus of the present invention is a method of manufacturing an exposure apparatus which irradiates a substrate (W) with exposure light to transfer a predetermined pattern onto the substrate.
Preparing an exposure apparatus main body (60) having a projection optical system (PL) arranged on the optical path of the exposure light; and an optical characteristic measuring apparatus (70) of the present invention using the projection optical system as a test optical system. A) measuring the optical characteristics of the projection optical system using the optical characteristic measurement device; and measuring the optical characteristics based on the measurement results in the optical characteristics measurement step of the projection optical system. And an optical characteristic adjusting step of adjusting the optical characteristics of the system.

【0043】また、本発明の半導体素子は、本発明の露
光装置を用いて製造された半導体素子である。
The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device manufactured using the exposure apparatus of the present invention.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
1〜図12を参照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0045】図1には、本発明の一実施形態に係る露光
装置100の概略構成が示されている。この露光装置1
00は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装
置である。この露光装置100は、露光装置本体60
と、光学特性測定装置としての波面収差測定装置70と
を備えている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. This exposure apparatus 1
Reference numeral 00 denotes a step-and-scan projection exposure apparatus. The exposure apparatus 100 includes an exposure apparatus main body 60.
And a wavefront aberration measuring device 70 as an optical characteristic measuring device.

【0046】前記露光装置本体60は、照明系10、レ
チクルRを保持するレチクルステージRST、被検光学
系としての投影光学系PL、基板としてのウエハWが搭
載されるウエハステージWST、アライメント系AS、
レチクルステージRST及びウエハステージWSTの位
置及び姿勢を制御するステージ制御系19、並びに装置
全体を統括制御する主制御系20等を備えている。
The exposure apparatus main body 60 includes an illumination system 10, a reticle stage RST for holding a reticle R, a projection optical system PL as a test optical system, a wafer stage WST on which a wafer W as a substrate is mounted, and an alignment system AS. ,
A stage control system 19 for controlling the positions and orientations of the reticle stage RST and the wafer stage WST, and a main control system 20 for controlling the entire apparatus are provided.

【0047】前記照明系10は、光源、フライアイレン
ズ等を含む照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ND
フィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイックミ
ラー等(いずれも不図示)を含んで構成されている。こ
うした照明系の構成は、例えば、特開平10−1124
33号公報に開示されている。この照明系10では、回
路パターン等が描かれたレチクルR上のレチクルブライ
ンドで規定されたスリット状の照明領域部分を照明光I
Lによりほぼ均一な照度で照明する。
The illumination system 10 includes an illuminance uniforming optical system including a light source and a fly-eye lens, a relay lens, a variable ND
It is configured to include a filter, a reticle blind, a dichroic mirror and the like (all not shown). The configuration of such an illumination system is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-1124.
No. 33 discloses this. In the illumination system 10, a slit-shaped illumination area defined by a reticle blind on a reticle R on which a circuit pattern or the like is drawn is illuminated with illumination light I.
L illuminates with substantially uniform illuminance.

【0048】前記レチクルステージRST上にはレチク
ルRが、例えば真空吸着により固定されている。レチク
ルステージRSTは、ここでは、2次元リニアアクチュ
エータから成る不図示のレチクルステージ駆動部によっ
て、レチクルRの位置決めのため、照明系10の光軸
(後述する投影光学系PLの光軸AXに一致)に垂直な
XY平面内で微少駆動可能であるとともに、所定の走査
方向(ここではY方向とする)に指定された走査速度で
駆動可能となっている。さらに、本実施形態では上記2
次元リニアアクチュエータはZ駆動用アクチュエータも
含んでいるため、Z方向にも微小駆動可能となってい
る。
A reticle R is fixed on the reticle stage RST by, for example, vacuum suction. Here, reticle stage RST is driven by a reticle stage drive unit (not shown) composed of a two-dimensional linear actuator to position reticle R, so that the optical axis of illumination system 10 (coincides with optical axis AX of projection optical system PL described later). And can be driven at a scanning speed designated in a predetermined scanning direction (here, Y direction). Further, in the present embodiment, the above 2
Since the dimensional linear actuator also includes a Z drive actuator, it can be minutely driven in the Z direction.

【0049】レチクルステージRSTのステージ移動面
内の位置はレチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干
渉計」という)16によって、移動鏡15を介して、例
えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出される。レ
チクル干渉計16からのレチクルステージRSTの位置
情報(又は速度情報)はステージ制御系19を介して主
制御系20に送られ、主制御系20は、この位置情報
(又は速度情報)に基づき、ステージ制御系19及びレ
チクルステージ駆動部(図示省略)を介してレチクルス
テージRSTを駆動する。
The position of the reticle stage RST in the stage movement plane is constantly detected by a reticle laser interferometer (hereinafter, referred to as “reticle interferometer”) 16 through a movable mirror 15 at a resolution of, for example, about 0.5 to 1 nm. Is done. The position information (or speed information) of the reticle stage RST from the reticle interferometer 16 is sent to the main control system 20 via the stage control system 19, and based on this position information (or speed information), the main control system 20 The reticle stage RST is driven via the stage control system 19 and a reticle stage driving unit (not shown).

【0050】なお、不図示のレチクルアライメント系に
より所定の基準位置にレチクルRが精度良く位置決めさ
れるように、レチクルステージRSTの初期位置が決定
されるため、移動鏡15の位置をレチクル干渉計16で
測定するだけでレチクルRの位置を十分高精度に測定し
たことになる。
Since the initial position of the reticle stage RST is determined so that the reticle R is accurately positioned at a predetermined reference position by a reticle alignment system (not shown), the position of the movable mirror 15 is changed to the reticle interferometer 16. This means that the position of the reticle R has been measured with sufficiently high accuracy.

【0051】前記投影光学系PLは、レチクルステージ
RSTの図1における下方に配置され、その光軸AXの
方向がZ軸方向とされている。投影光学系PLとして
は、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、共通
のZ軸方向の光軸AXを有する不図示の複数のレンズエ
レメントから構成されている。また、この投影光学系P
Lとしては、投影倍率βが例えば1/4、1/5、1/
6などのものが使用されている。このため、上述のよう
にして、照明光(露光光)ILによりレチクルR上の照
明領域が照明されると、そのレチクルRに形成されたパ
ターンが投影光学系PLによって投影倍率βで縮小され
た像(部分倒立像)が表面にレジスト(感光剤)が塗布
されたウエハW上のスリット状の投影領域に投影され転
写される。
The projection optical system PL is disposed below the reticle stage RST in FIG. 1, and the direction of the optical axis AX is the Z-axis direction. The projection optical system PL is, for example, a double-sided telecentric reduction system, and includes a plurality of lens elements (not shown) having a common optical axis AX in the Z-axis direction. Further, this projection optical system P
As L, the projection magnification β is, for example, 1 /, 5, 1 /
6 and the like are used. Therefore, when the illumination area on the reticle R is illuminated by the illumination light (exposure light) IL as described above, the pattern formed on the reticle R is reduced by the projection optical system PL at the projection magnification β. The image (partially inverted image) is projected and transferred to a slit-shaped projection area on the wafer W having a surface coated with a resist (photosensitive agent).

【0052】なお、本実施形態では、上記の複数のレン
ズエレメントのうち、特定のレンズエレメント(例え
ば、所定の5つのレンズエレメント)がそれぞれ独立に
移動可能となっている。かかるレンズエレメントの移動
は、特定レンズエレメントを支持するレンズ支持部材を
支持し、鏡筒部と連結する、特定レンズごとに設けられ
た3個のピエゾ素子等の駆動素子によって行われるよう
になっている。すなわち、特定レンズエレメントを、そ
れぞれ独立に、各駆動素子の変位量に応じて光軸AXに
沿って平行移動させることもできるし、光軸AXと垂直
な平面に対して所望の傾斜を与えることもできるように
なっている。そして、これらの駆動素子に与えられる駆
動指示信号が、主制御系20からの指令MCDに基づい
て、波面変形装置としての結像特性補正コントローラ6
5によって制御され、これによって各駆動素子の変位量
が制御されるようになっている。
In the present embodiment, specific lens elements (for example, five predetermined lens elements) among the above-mentioned plurality of lens elements can be independently moved. The movement of the lens element is performed by driving elements such as three piezo elements provided for each specific lens, which support a lens supporting member that supports the specific lens element and are connected to the lens barrel. I have. That is, the specific lens element can be independently moved in parallel along the optical axis AX according to the displacement amount of each drive element, and a desired inclination can be given to a plane perpendicular to the optical axis AX. Can also be. Then, the drive instruction signal given to these drive elements is controlled by an imaging characteristic correction controller 6 as a wavefront deforming device based on a command MCD from the main control system 20.
5, whereby the amount of displacement of each drive element is controlled.

【0053】こうして構成された投影光学系PLでは、
主制御系20による結像特性補正コントローラ65を介
したレンズエレメントの移動制御により、ディストーシ
ョン、像面湾曲、非点収差、コマ収差、又は球面収差等
の光学特性が調整可能となっている。
In the thus configured projection optical system PL,
By controlling the movement of the lens element via the imaging characteristic correction controller 65 by the main control system 20, optical characteristics such as distortion, curvature of field, astigmatism, coma, and spherical aberration can be adjusted.

【0054】前記ウエハステージWSTは、投影光学系
PLの図1における下方で、不図示のベース上に配置さ
れ、このウエハステージWST上には、ウエハホルダ2
5が載置されている。このウエハホルダ25上にウエハ
Wが例えば真空吸着等によって固定されている。ウエハ
ホルダ25は不図示の駆動部により、投影光学系PLの
光軸直交面に対し、任意方向に傾斜可能で、かつ投影光
学系PLの光軸AX方向(Z方向)にも微動可能に構成
されている。また、このウエハホルダ25は光軸AX回
りの微小回転動作も可能になっている。
The wafer stage WST is arranged on a base (not shown) below the projection optical system PL in FIG. 1, and a wafer holder 2 is mounted on the wafer stage WST.
5 is placed. The wafer W is fixed on the wafer holder 25 by, for example, vacuum suction. The wafer holder 25 can be tilted in an arbitrary direction with respect to a plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system PL by a driving unit (not shown), and can be finely moved in the optical axis AX direction (Z direction) of the projection optical system PL. ing. Further, the wafer holder 25 can also perform a minute rotation operation around the optical axis AX.

【0055】また、ウエハステージWSTの+Y方向側
には、後述する波面センサ90を着脱可能とするための
ブラケット構造が形成されている。
Further, a bracket structure is formed on the + Y direction side of wafer stage WST so that a wavefront sensor 90 described later can be attached and detached.

【0056】ウエハステージWSTは走査方向(Y方
向)の移動のみならず、ウエハW上の複数のショット領
域を前記照明領域と共役な露光領域に位置させることが
できるように、走査方向に垂直な方向(X方向)にも移
動可能に構成されており、ウエハW上の各ショット領域
を走査(スキャン)露光する動作と、次のショットの露
光開始位置まで移動する動作とを繰り返すステップ・ア
ンド・スキャン動作を行う。このウエハステージWST
はモータ等を含むウエハステージ駆動部24によりXY
2次元方向に駆動される。
The wafer stage WST moves not only in the scanning direction (Y direction) but also in a direction perpendicular to the scanning direction so that a plurality of shot areas on the wafer W can be positioned in an exposure area conjugate with the illumination area. It is configured to be movable also in the direction (X direction), and repeats an operation of scanning (scanning) exposing each shot area on the wafer W and an operation of moving to an exposure start position of the next shot. Perform a scan operation. This wafer stage WST
Are XY by the wafer stage drive unit 24 including a motor and the like.
It is driven in a two-dimensional direction.

【0057】ウエハステージWSTのXY平面内での位
置はウエハレーザ干渉計(以下、「ウエハ干渉計」とい
う)18によって、移動鏡17を介して、例えば0.5
〜1nm程度の分解能で常時検出されている。ウエハス
テージWSTの位置情報(又は速度情報)はステージ制
御系19を介して主制御系20に送られ、主制御系20
は、この位置情報(又は速度情報)に基づき、ステージ
制御系19及びウエハステージ駆動部24を介してウエ
ハステージWSTの駆動制御を行う。
The position of the wafer stage WST in the XY plane is adjusted by a wafer laser interferometer (hereinafter, referred to as “wafer interferometer”) 18 via a movable mirror 17 to, for example, 0.5 mm.
It is always detected with a resolution of about 1 nm. The position information (or speed information) of wafer stage WST is sent to main control system 20 via stage control system 19,
Controls the drive of wafer stage WST via stage control system 19 and wafer stage drive unit 24 based on this position information (or speed information).

【0058】前記アライメント系ASは、投影光学系P
Lの側面に配置され、本実施形態では、ウエハW上に形
成されたストリートラインや位置検出用マーク(ファイ
ンアライメントマーク)を観測する結像アライメントセ
ンサから成るオフ・アクシス方式の顕微鏡が用いられて
いる。このアライメント系ASの詳細な構成は、例えば
特開平9−219354号公報に開示されている。アラ
イメント系ASによる観測結果は、主制御系20に供給
される。
The alignment system AS includes a projection optical system P
In this embodiment, an off-axis microscope is used, which is arranged on the side surface of the wafer L and includes an imaging alignment sensor that observes a street line and a position detection mark (fine alignment mark) formed on the wafer W. I have. The detailed configuration of the alignment system AS is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-219354. The observation result by the alignment system AS is supplied to the main control system 20.

【0059】更に、図1の装置には、ウエハW表面の露
光領域内部及びその近傍の領域のZ方向(光軸AX方
向)の位置を検出するための斜入射光式のフォーカス検
出系(焦点検出系)の一つである、多点フォーカス位置
検出系(21,22)が設けられている。この多点フォ
ーカス位置検出系(21,22)は、光ファイバ束、集
光レンズ、パターン形成板、レンズ、ミラー、及び照射
対物レンズ(いずれも不図示)から成る照射光学系21
と、集光対物レンズ、回転方向振動板、結像レンズ、受
光用スリット板、及び多数のフォトセンサを有する受光
器(いずれも不図示)から成る受光光学系22とから構
成されている。この多点フォーカス位置検出系(21,
22)の詳細な構成等については、例えば特開平6−2
83403号公報に開示されている。多点フォーカス位
置検出系(21,22)による検出結果は、ステージ制
御系19に供給される。
Further, the apparatus shown in FIG. 1 has an oblique incident light type focus detection system (focal point) for detecting the position in the Z direction (optical axis AX direction) inside and near the exposure area on the surface of the wafer W. A multipoint focus position detection system (21, 22), which is one of the detection systems, is provided. The multi-point focus position detection system (21, 22) includes an irradiation optical system 21 including an optical fiber bundle, a condenser lens, a pattern forming plate, a lens, a mirror, and an irradiation objective lens (all not shown).
And a light receiving optical system 22 including a light collecting objective lens, a rotational direction vibration plate, an image forming lens, a light receiving slit plate, and a light receiving device (all not shown) having a large number of photo sensors. This multipoint focus position detection system (21,
For the detailed configuration of 22), see, for example, JP-A-6-2
83403. The detection result by the multipoint focus position detection system (21, 22) is supplied to the stage control system 19.

【0060】前記波面収差測定装置70は、波面センサ
90と、波面データ処理装置80とから構成されてい
る。
The wavefront aberration measuring device 70 comprises a wavefront sensor 90 and a wavefront data processing device 80.

【0061】前記波面センサ90は、図2に示されるよ
うに、標示板91、測定光学系99、撮像装置としての
CCD素子95、並びに、測定光学系99及びCCD素
子95を収納する収納部材97を備えている。
As shown in FIG. 2, the wavefront sensor 90 includes a sign board 91, a measuring optical system 99, a CCD element 95 as an image pickup device, and a housing member 97 for housing the measuring optical system 99 and the CCD element 95. It has.

【0062】前記標示板91は、例えばガラス基板を基
材とし、ウエハホルダ25に固定されたウエハWの表面
と同じ高さ位置(Z方向位置)に、光軸AX1と直交す
るように配置されている(図1参照)。この標示板91
の表面には、図3に示されるように、その中央部に開口
91aが形成されている。また、標示板91の表面にお
ける開口91aの周辺には、3組以上(図3では、4
組)の2次元位置検出用マーク91bが形成されてい
る。この2次元位置検出用マーク91bとしては、本実
施形態では、X方向に沿って形成されたラインアンドス
ペースマーク91cと、Y方向に沿って形成されたライ
ンアンドスペースマーク91dとの組合せが採用されて
いる。なお、ラインアンドスペースマーク91c,91
dは、上述のアライメント系ASによって観察可能とな
っている。また、開口91a及び2次元位置検出用マー
ク91bを除く標示板91の表面は反射面加工がなされ
ている。かかる反射面加工は、例えば、ガラス基板にク
ロム(Cr)を蒸着することによって行われている。
The marking plate 91 is made of, for example, a glass substrate, and is arranged at the same height position (Z direction position) as the surface of the wafer W fixed to the wafer holder 25 so as to be orthogonal to the optical axis AX1. (See FIG. 1). This sign board 91
As shown in FIG. 3, an opening 91a is formed in the center of the surface of the surface. In addition, three or more sets (4 in FIG. 3) are provided around the opening 91a on the surface of the sign board 91.
Set) two-dimensional position detection mark 91b is formed. In the present embodiment, as the two-dimensional position detection mark 91b, a combination of a line and space mark 91c formed along the X direction and a line and space mark 91d formed along the Y direction is employed. ing. Note that the line and space marks 91c, 91
d can be observed by the above-described alignment system AS. The surface of the sign plate 91 except for the opening 91a and the two-dimensional position detection mark 91b is subjected to reflection surface processing. Such reflection surface processing is performed, for example, by depositing chromium (Cr) on a glass substrate.

【0063】図2に戻り、前記測定光学系99は、初段
レンズ要素としてのコリメータレンズ92、レンズ93
a及びレンズ93bから成るリレーレンズ系93、並び
に波面分割素子としてのマイクロレンズアレイ94を備
えており、この順序で光軸AX1上に配置されている。
また、測定光学系99は、波面センサ90に入射した光
の光路を設定するミラー96a,96b,96cを更に
備えている。
Returning to FIG. 2, the measuring optical system 99 includes a collimator lens 92 and a lens 93 as first-stage lens elements.
a and a lens 93b, and a micro lens array 94 as a wavefront splitting element, and are arranged on the optical axis AX1 in this order.
In addition, the measurement optical system 99 further includes mirrors 96a, 96b, and 96c for setting an optical path of light incident on the wavefront sensor 90.

【0064】前記コリメータレンズ92は、開口91a
を通って入射した光を平行光に変換する。
The collimator lens 92 has an opening 91a.
The light incident through the light is converted into parallel light.

【0065】前記マイクロレンズアレイ94は、図4
(A)、(B)に総合的に示されるように、マトリクス
状に正の屈折力を有し、焦点距離がfであり、平面視で
一辺の長さがPHの正方形状の多数のマイクロレンズ9
4aが稠密に配列されたものである。ここで、各マイク
ロレンズ94aの光軸は互いにほぼ平行となっている。
なお、図4(A)、(B)においては、マイクロレンズ
94aが配列ピッチPTで5×5のマトリクス状に配列
されたものが、一例として示されている。マイクロレン
ズ94aは、正方形状に限らず長方形状であってもよ
く、また、マイクロレンズ94aは、全てが同一形状で
なくともよい。また、マイクロレンズアレイ94におけ
るマイクロレンズ94aの配列は、不等ピッチ配列でも
よいし、また、斜め並び配列であってもよい。
The micro lens array 94 shown in FIG.
As shown generally in (A) and (B), a large number of square micros having a positive refractive power in a matrix, having a focal length of f, and having a side length of PH in plan view. Lens 9
4a is densely arranged. Here, the optical axes of the microlenses 94a are substantially parallel to each other.
FIGS. 4A and 4B show an example in which the microlenses 94a are arranged in a 5 × 5 matrix at an arrangement pitch PT. The micro lens 94a is not limited to a square shape but may be a rectangular shape, and the micro lenses 94a may not all have the same shape. The arrangement of the micro lenses 94a in the micro lens array 94 may be an irregular pitch arrangement or an oblique arrangement.

【0066】こうしたマイクロレンズアレイ94は、平
行平面ガラス板にエッチング処理を施すことにより作成
される。マイクロレンズアレイ94は、リレーレンズ系
93を介した光を入射したマイクロレンズ94aごと
に、開口91aにおける投影光学系PLによるピンホー
ル像をそれぞれ異なる位置に結像する。
The microlens array 94 is formed by etching a parallel flat glass plate. The microlens array 94 forms a pinhole image by the projection optical system PL in the opening 91a at a different position for each microlens 94a that receives light via the relay lens system 93.

【0067】図2に戻り、前記CCD95は、マイクロ
レンズアレイ94の各マイクロレンズ94aによって開
口91aにおける像が結像される結像面CP、すなわ
ち、波面収差測定光学系における開口91aの形成面の
共役面から距離dだけマイクロレンズアレイ94側に離
れたY位置に受光面95Sを有し、その受光面95に形
成された多数のスポット像を撮像する。ここで、距離d
は、次の(2)式及び(3)式で表される条件を満足す
るように設定されている。
Returning to FIG. 2, the CCD 95 has an image forming plane CP on which an image at the aperture 91a is formed by each micro lens 94a of the micro lens array 94, that is, a surface on which the aperture 91a is formed in the wavefront aberration measuring optical system. It has a light receiving surface 95S at a Y position separated from the conjugate plane by the distance d toward the microlens array 94, and captures a large number of spot images formed on the light receiving surface 95. Where the distance d
Is set to satisfy the conditions represented by the following equations (2) and (3).

【0068】 d<f2・λ/(2a2+f・λ) …(2) I(uN)=(1+(uN/2πN))2・(2/(uN/2)2)・(1-cos(uN/2))>1.05 …(3) ここで、 a = PT/21/2 …(4) uN=(2πa2/(f・λ))・((-d/f)/(1-(d/f))) …(5)D <f 2 · λ / (2a 2 + f · λ) (2) I (u N ) = (1+ (u N / 2πN)) 2 · (2 / (u N / 2) 2 ) · (1-cos (u N /2))>1.05 (3) where a = PT / 2 1/2 ... (4) u N = (2πa 2 / (f · λ)) · (( -d / f) / (1- (d / f)))… (5)

【0069】ここで、(2)式は、デフォーカスの影響
に関する条件である。フレネル数Nが5以下と小さく、
かつ、マイクロレンズ94aの径aが焦点距離fよりも
十分に小さいとき(a≪f)の場合には、次の(6)式
で定義されるデフォーカス量Dだけ共役面から離れてい
る場合には、マイクロレンズ94aの開口内の各点を通
る光の撮像面95Sにおける位相差がλ/4となる。
Here, the expression (2) is a condition relating to the influence of defocus. Fresnel number N is as small as 5 or less,
When the diameter a of the micro lens 94a is sufficiently smaller than the focal length f (a≪f), the micro lens 94a is separated from the conjugate plane by a defocus amount D defined by the following equation (6). , The phase difference of light passing through each point in the opening of the microlens 94a on the imaging surface 95S becomes λ / 4.

【0070】 D = f2・λ/(2a2+f・λ) …(6)D = f 2 · λ / (2a 2 + f · λ) (6)

【0071】この結果、距離dがデフォーカス量D以上
であると、撮像面95Sにおけるスポット像がぼけて、
スポット像の光強度が低減するとともに、隣接するスポ
ット像の領域までスポット像がにじみ、スポット像間に
おけるクロストークが大きくなってしまう。このため、
本実施形態では、距離dをデフォーカス量D未満とする
(d<D)条件、すなわち(2)式の条件を採用し、ス
ポット像の光強度の低減及びクロストークの増大を防止
している。
As a result, when the distance d is equal to or more than the defocus amount D, the spot image on the imaging surface 95S is blurred.
As the light intensity of the spot image decreases, the spot image bleeds to the area of the adjacent spot image, and crosstalk between the spot images increases. For this reason,
In the present embodiment, the condition that the distance d is smaller than the defocus amount D (d <D), that is, the condition of Expression (2) is adopted to prevent the light intensity of the spot image from decreasing and the crosstalk from increasing. .

【0072】また、(3)式は、スポット像の径に関す
る条件である。(3)式の条件を満たす像面CPから距
離dの位置に撮像面95Sを配置することにより、像面
CPにおけるスポット像の光強度分布における半値全幅
(FWHM)の95%以下の半値全幅を有する光強度分
布のスポット像を撮像することができる。この結果、撮
像結果におけるスポット像の径を小さくでき、併せてス
ポット像間におけるクロストーク量を低減することがで
きる。なお、(3)式の条件を満たす位置は、必ず、像
面CPよりもマイクロレンズアレイ94側となる。
Equation (3) is a condition relating to the diameter of the spot image. By arranging the imaging surface 95S at a distance d from the image plane CP that satisfies the condition of the expression (3), the full width at half maximum of 95% or less of the full width at half maximum (FWHM) in the light intensity distribution of the spot image on the image plane CP can be reduced. It is possible to capture a spot image having the light intensity distribution. As a result, the diameter of the spot image in the imaging result can be reduced, and the amount of crosstalk between the spot images can be reduced. The position satisfying the condition of the expression (3) is always on the microlens array 94 side with respect to the image plane CP.

【0073】CCD95による撮像結果は、撮像データ
IMDとして波面データ処理装置80に供給される。
The result of imaging by the CCD 95 is supplied to the wavefront data processing device 80 as imaging data IMD.

【0074】前記収納部材97は、その内部に、コリメ
ータレンズ92、リレーレンズ系93、マイクロレンズ
アレイ94、及びCCD95をそれぞれ支持する不図示
の支持部材を有している。なお、ミラー96a,96
b,96cは、収納部材97の内面に取り付けられてい
る。また、前記収納部材97の外形は、上述したウエハ
ステージWSTのブラケット構造と嵌合する形状となっ
ており、ウエハステージWSTに対して着脱自在となっ
ている。
The housing member 97 has a support member (not shown) for supporting the collimator lens 92, the relay lens system 93, the micro lens array 94, and the CCD 95, respectively. The mirrors 96a, 96
b and 96c are attached to the inner surface of the storage member 97. Further, the outer shape of the storage member 97 is shaped to fit with the bracket structure of the wafer stage WST described above, and is detachable from the wafer stage WST.

【0075】前記波面データ処理装置80は、図5に示
されるように、主制御装置30と記憶装置40とを備え
ている。主制御装置30は、(a)波面データ処理装置
80の動作全体を制御するとともに、波面測定結果デー
タWFAを主制御系20へ供給する制御装置39と、
(b)波面センサ90からの撮像データIMDを収集す
る撮像データ収集装置33と、(c)撮像データに基づ
いてスポット像の位置情報を算出する位置情報装置36
と、(d)位置情報算出装置36により算出されたスポ
ット像位置に基づいて、投影光学系PLの波面収差を算
出する波面収差算出装置37とを含んでいる。
The wavefront data processing device 80 includes a main control device 30 and a storage device 40, as shown in FIG. The main controller 30 controls (a) the entire operation of the wavefront data processor 80 and supplies the wavefront measurement result data WFA to the main control system 20;
(B) an imaging data collection device 33 that collects imaging data IMD from the wavefront sensor 90; and (c) a position information device 36 that calculates position information of a spot image based on the imaging data.
And (d) a wavefront aberration calculator 37 for calculating the wavefront aberration of the projection optical system PL based on the spot image position calculated by the position information calculator 36.

【0076】また、記憶装置40は、(a)撮像データ
を格納する撮像データ格納領域41と、(b)スポット
像の位置情報を格納する位置情報格納領域42と、
(e)波面収差データを格納する波面収差格納領域43
とを有している。
The storage device 40 includes (a) an image data storage area 41 for storing image data, (b) a position information storage area 42 for storing position information of a spot image,
(E) Wavefront aberration storage area 43 for storing wavefront aberration data
And

【0077】本実施形態では、主制御装置30を上記の
ように、各種の装置を組み合わせて構成したが、主制御
装置30を計算機システムとして構成し、主制御装置3
0を構成する上記の各装置の機能を主制御装置30に内
蔵されたプログラムによって実現することも可能であ
る。
In the present embodiment, the main control device 30 is configured by combining various devices as described above. However, the main control device 30 is configured as a computer system,
It is also possible to realize the function of each of the above-described devices constituting the unit 0 by a program built in the main control device 30.

【0078】以下、本実施形態の露光装置100による
露光動作を、図6に示されるフローチャートに沿って、
適宜他の図面を参照しながら説明する。なお、以下の動
作の前提として、波面センサ90はウエハステージWS
Tに装着されており、また、波面データ処理装置80と
主制御系20とが接続されているものとする。
Hereinafter, the exposure operation by the exposure apparatus 100 of this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
Description will be made with reference to other drawings as appropriate. The following operation is based on the premise that the wavefront sensor 90 is mounted on the wafer stage WS.
Assume that the wavefront data processing device 80 and the main control system 20 are connected to each other.

【0079】また、ウエハステージに装着された波面セ
ンサ90の標示板91の開口91aとウエハステージW
STとの位置関係は、2次元位置マーク91bをアライ
メント顕微鏡ASで観察することにより、正確に求めら
れているものとする。すなわち、ウエハ干渉計18から
出力される位置情報(速度情報)に基づいて、開口91
aのXY位置が正確に検出でき、かつ、ウエハステージ
駆動部24を介してウエハステージWSTを移動制御す
ることにより、開口91aを所望のXY位置に精度良く
位置決めできるものとする。なお、本実施形態では、開
口91aとウエハステージWSTとの位置関係は、アラ
イメント顕微鏡ASによる4つの2次元位置マーク91
bの位置の検出結果に基づいて、特開昭61−4442
9号公報等に開示されているいわゆるエンハンストグロ
ーバルアライメント(以下、「EGA」という)等と同
等な統計的な手法を用いて正確に検出される。
Further, the opening 91a of the sign plate 91 of the wavefront sensor 90 mounted on the wafer stage and the wafer stage W
It is assumed that the positional relationship with ST is accurately obtained by observing the two-dimensional position mark 91b with the alignment microscope AS. That is, based on the position information (speed information) output from the wafer interferometer 18, the opening 91
It is assumed that the XY position of “a” can be accurately detected, and the opening 91a can be accurately positioned at a desired XY position by controlling the movement of the wafer stage WST via the wafer stage driving unit 24. In the present embodiment, the positional relationship between the opening 91a and the wafer stage WST is determined by the four two-dimensional position marks 91 by the alignment microscope AS.
b, based on the detection result of the position b.
No. 9 and the like, so-called enhanced global alignment (hereinafter, referred to as “EGA”) or the like, is accurately detected using a statistical technique equivalent to that.

【0080】図6に示される処理では、まず、サブルー
チン101において、投影光学系PLの波面収差が測定
される。この波面収差の測定では、図7に示されるよう
に、まず、ステップ111において、不図示のレチクル
ローダにより、図8に示される波面収差測定用の測定用
レチクルRTがレチクルステージRSTにロードされ
る。測定用レチクルRTには、図8に示されるように、
複数個(図8では、9個)のピンホールパターンPH1
〜PHN(図8では、N=9)がX方向及びY方向に沿
ってマトリクス状に形成されている。なお、ピンホール
パターンPH1〜PHNは、図8において点線で示される
スリット状の照明領域の大きさの領域内に形成されてい
る。
In the processing shown in FIG. 6, first, in subroutine 101, the wavefront aberration of projection optical system PL is measured. In the measurement of the wavefront aberration, as shown in FIG. 7, first, in step 111, a reticle loader (not shown) loads the measurement reticle RT for wavefront aberration measurement shown in FIG. 8 onto the reticle stage RST. . As shown in FIG. 8, the measurement reticle RT
A plurality (9 in FIG. 8) of pinhole patterns PH 1
To PH N (N = 9 in FIG. 8) are formed in a matrix along the X direction and the Y direction. Incidentally, the pinhole pattern PH 1 ~PH N is formed to a size in the region of the slit-shaped illumination area indicated by a dotted line in FIG. 8.

【0081】引き続き、ウエハステージWST上に配置
された不図示の基準マーク板を使用したレチクルアライ
メントや、更にアライメント顕微鏡ASを使用したベー
スライン量の測定等が行われる。そして、収差測定が行
われる最初のピンホールパターンPH1が投影光学系P
Lの光軸AX上に位置するように、レチクルステージR
STを移動させる。かかる移動は、主制御系20が、レ
チクル干渉計16が検出したレチクルステージRSTの
位置情報(速度情報)に基づいて、ステージ制御系19
を介してレチクル駆動部を制御することにより行われ
る。
Subsequently, reticle alignment using a reference mark plate (not shown) arranged on wafer stage WST, measurement of a baseline amount using alignment microscope AS, and the like are performed. Then, the first pinhole pattern PH 1 on which the aberration measurement is performed is the projection optical system P
Reticle stage R so as to be located on optical axis AX of L
Move ST. This movement is performed by the main control system 20 based on the position information (speed information) of the reticle stage RST detected by the reticle interferometer 16.
This is performed by controlling the reticle driving unit via the.

【0082】図7に戻り、次に、ステップ112におい
て、波面センサ90の標示板91の開口91aが、ピン
ホールパターンPH1の投影光学系PLに関する共役位
置(ピンホールパターンPH1の場合には、光軸AX
上)にウエハステージWSTを移動させる。かかる移動
は、主制御系20が、ウエハ干渉計18が検出したウエ
ハステージWSTの位置情報(速度情報)に基づいて、
ステージ制御系19を介してウエハステージ駆動部24
を制御することにより行われる。この際、主制御系20
は、多点フォーカス位置検出系(21,22)の検出結
果に基づいて、ピンホールパターンPH1のピンホール
像が結像される像面に波面センサ90の標示板91の上
面を一致させるべく、ウエハステージ駆動部24を介し
てウエハステージWSTをZ軸方向に微少駆動する。
[0082] Returning to FIG. 7, then, in step 112, the opening 91a of marking plate 91 of the wavefront sensor 90, when the conjugate position (pinhole pattern PH 1 for the projection optical system PL of the pinhole pattern PH 1 is , Optical axis AX
The wafer stage WST is moved to (top). The movement is performed by main control system 20 based on position information (speed information) of wafer stage WST detected by wafer interferometer 18.
Wafer stage driving unit 24 via stage control system 19
Is performed by controlling. At this time, the main control system 20
Based on the detection result of the multiple focal position detection system (21, 22), the image plane pinhole image of the pinhole pattern PH 1 is imaged so as to match the upper surface of marking plate 91 of the wavefront sensor 90 The wafer stage WST is minutely driven in the Z-axis direction via the wafer stage drive unit 24.

【0083】以上のようにして、最初のピンホールパタ
ーンPH1からの球面波に関する投影光学系PLの波面
収差測定のための光学的な各装置の配置が終了する。こ
うした、光学的配置について、波面センサ90の光軸A
X1及び投影光学系PLの光軸に沿って展開したもの
が、図9に示されている。
[0083] As described above, the arrangement of the optical the devices for the wavefront aberration measurement of the projection optical system PL related to the spherical wave from the first pinhole pattern PH 1 is completed. For such an optical arrangement, the optical axis A of the wavefront sensor 90
FIG. 9 shows an image developed along the optical axes of X1 and the projection optical system PL.

【0084】こうした光学配置において、照明系10か
ら照明光ILが射出されると、測定用レチクルRTの最
初のピンホールパターンPH1に到達した光が、球面波
となってピンホールパターンPHから出射する。そし
て、投影光学系PLを介した後、波面センサ90の標示
板91の開口91aに集光される。なお、最初のピンホ
ールパターンPH1以外のピンホールパターンPH2〜P
Nを通過した光は、開口パターン91aには到達しな
い。こうして開口91aに集光された光の波面は、ほぼ
球面ではあるが、投影光学系PLの波面収差を含んだも
のとなっている。
[0084] In this optical arrangement, the illumination light IL is emitted from the illumination system 10, the light that has reached the first pinhole pattern PH 1 of the measurement reticle RT is emitted from the pinhole pattern PH becomes a spherical wave I do. After passing through the projection optical system PL, the light is condensed on the opening 91 a of the sign plate 91 of the wavefront sensor 90. It should be noted that at the beginning of the pinhole pattern PH 1 except pinhole pattern PH 2 to P of
The light passing through the H N does not reach the opening pattern 91a. The wavefront of the light condensed on the opening 91a in this manner is substantially spherical, but includes the wavefront aberration of the projection optical system PL.

【0085】開口91aを通過した光は、コリメータレ
ンズ92により平面波化され、さらにリレーレンズ系9
3を介した後、マイクロレンズアレイ94に入射する。
ここで、マイクロレンズアレイ94に入射する光の波面
は、投影光学系PLの波面収差を反映したものとなって
いる。すなわち、投影光学系PLに波面収差が無い場合
には、図9において点線で示されるように、その波面W
Fが光軸AX1と直交する平面となるが、投影光学系P
Lに波面収差が有る場合には、図9において二点鎖線で
示されるように、その波面WF’は位置に応じた角度で
傾くことになる。
The light that has passed through the opening 91a is converted into a plane wave by the collimator lens 92,
After passing through 3, the light enters the microlens array 94.
Here, the wavefront of the light incident on the microlens array 94 reflects the wavefront aberration of the projection optical system PL. That is, when the projection optical system PL has no wavefront aberration, as shown by a dotted line in FIG.
F is a plane orthogonal to the optical axis AX1, but the projection optical system P
When there is a wavefront aberration in L, the wavefront WF ′ is inclined at an angle corresponding to the position, as shown by a two-dot chain line in FIG.

【0086】マイクロレンズアレイ94は、各マイクロ
レンズ94aごとに、開口91aにおける像を、標示板
91の共役面すなわちCCD95の撮像面95Sに形成
する。マイクロレンズ94aに入射した光の波面が光軸
AX1と直交する場合には、そのマイクロレンズ94a
の光軸と撮像面の交点を中心とするスポット像が、撮像
面95Sに形成される。また、マイクロレンズ94aに
入射した光の波面が傾いている場合には、その傾き量に
応じた距離だけ、そのマイクロレンズ94aの光軸と撮
像面の交点からずれた点を中心とするスポットが撮像面
95Sに形成される。
The micro lens array 94 forms an image at the aperture 91a on the conjugate plane of the sign board 91, that is, the imaging plane 95S of the CCD 95, for each micro lens 94a. When the wavefront of the light incident on the micro lens 94a is orthogonal to the optical axis AX1, the micro lens 94a
A spot image centered on the intersection of the optical axis and the imaging surface is formed on the imaging surface 95S. When the wavefront of the light incident on the microlens 94a is inclined, a spot centered on a point shifted from the intersection of the optical axis of the microlens 94a and the imaging surface by a distance corresponding to the amount of the inclination. It is formed on the imaging surface 95S.

【0087】こうして、撮像面95S上に形成されたス
ポット像の光強度分布J(X)の例が、図10に実線で
示されている。なお、図10では、X位置Xkに形成さ
れたスポット像のX軸方向の光強度分布について、その
スポット像と±X方向で隣接するX位置Xk-1,Xk+1
形成されたスポット像の光強度分布の一部とともに示さ
れている。また、図10には、像面CPにおいて撮像し
たとしたときの光強度分布J0(X)が、比較のため
に、破線で示されている。なお、図10では、スポット
像のピーク強度が1になるように規格化が行われた光強
度分布J(X),J0(X)が示されている。
An example of the light intensity distribution J (X) of the spot image thus formed on the imaging surface 95S is shown by a solid line in FIG. In FIG. 10, the light intensity distribution in the X-axis direction of the spot image formed at the X position X k is formed at X positions X k−1 and X k + 1 adjacent to the spot image in the ± X direction. It is shown with a part of the light intensity distribution of the spot image. In FIG. 10, a light intensity distribution J 0 (X) when an image is taken on the image plane CP is shown by a broken line for comparison. FIG. 10 shows the light intensity distributions J (X) and J 0 (X) normalized so that the peak intensity of the spot image becomes 1.

【0088】図10に示されるように、互いに隣接する
スポット像の中間部では、光強度分布J(X)と光強度
分布J0(X)とは同様の値となり、かつ、光強度分布
J(X)の半値全幅JWは、光強度分布J0(X)の半
値全幅JW0よりも狭くなっている。すなわち、撮像面
95Sにおける撮像結果では、像面CPを撮像面とした
ときと比べて、スポット径が小さくなっている。この結
果、スポット像を像面CPで撮像したときよりも、スポ
ット像間のクロストークを低減することができる。
As shown in FIG. 10, in the middle part of the spot images adjacent to each other, the light intensity distribution J (X) and the light intensity distribution J 0 (X) have the same value and the light intensity distribution J 0 (X) is the same. The full width at half maximum JW of (X) is smaller than the full width at half maximum JW 0 of the light intensity distribution J 0 (X). That is, in the imaging result on the imaging plane 95S, the spot diameter is smaller than when the image plane CP is used as the imaging plane. As a result, crosstalk between spot images can be reduced as compared with a case where a spot image is captured on the image plane CP.

【0089】例えば、 マイクロレンズ94aの開口:一辺が0.4mmの正方形 焦点距離f :200mm 使用波長λ :248nm としたとき、マイクロレンズ94aのフレネル数Nは
1.61となり、マイクロレンズ94aによる像面CP
上におけるスポット像の光強度分布J0(X)の半値全
幅JW0は0.111mmとなる。一方、撮像面95S
の位置を像面CP側へ40mm(=d)だけ離れた位置
としたときには、光強度分布J(X)の半値全幅JWは
0.100mmとなる。なお、この例の場合、像面CP
からマイクロレンズアレイ94側へ距離d=40mmの
位置は、上述のデフォーカス量Dの0.75倍の位置で
あり、その位置における相対強度I(uN)は1.36
となっている。
For example, when the aperture of the microlens 94a is a square having a side of 0.4 mm, the focal length f is 200 mm, and the wavelength λ is 248 nm, the Fresnel number N of the microlens 94a is 1.61, and the image formed by the microlens 94a is obtained. Surface CP
The full width at half maximum JW 0 of the light intensity distribution J 0 (X) of the upper spot image is 0.111 mm. On the other hand, the imaging surface 95S
Is set at a position 40 mm (= d) away from the image plane CP, the full width at half maximum JW of the light intensity distribution J (X) is 0.100 mm. In this case, the image plane CP
At a distance d = 40 mm from the lens to the side of the microlens array 94 is 0.75 times the above-described defocus amount D, and the relative intensity I (u N ) at that position is 1.36.
It has become.

【0090】図7に戻り、次いで、ステップ113にお
いて、CCD95により、その撮像面95Sに形成され
た像の撮像を行う。この撮像により得られた撮像データ
IMDは、波面データ処理装置80に供給される。波面
データ処理装置80では、撮像データ収集装置33が撮
像データIMDを収集し、撮像データ格納領域41に収
集した撮像データを格納する。
Returning to FIG. 7, next, at step 113, an image formed on the image pickup surface 95S is picked up by the CCD 95. The imaging data IMD obtained by this imaging is supplied to the wavefront data processing device 80. In the wavefront data processing device 80, the imaging data collection device 33 collects the imaging data IMD, and stores the collected imaging data in the imaging data storage area 41.

【0091】次に、ステップ114において、撮像結果
に基づいて、各スポット像の光強度分布の重心を算出す
ることにより、各スポット像の中心位置を算出する。
Next, in step 114, the center position of each spot image is calculated by calculating the center of gravity of the light intensity distribution of each spot image based on the imaging result.

【0092】次いで、ステップ115において、波面収
差算出装置37が、位置情報格納領域42からスポット
像位置の検出結果を読み出して、測定用レチクルRTに
おける最初のピンホールパターンPH1を介した光に関
する投影光学系PLの波面収差を算出する。かかる波面
収差の算出は、波面収差が無いときに期待される各スポ
ット像位置と、検出されたスポット像位置の差から、ツ
ェルニケ多項式の係数を求めることにより行われる。こ
うして、算出された波面収差は、ピンホールパターンP
1の位置とともに、波面収差格納領域43に格納され
る。
[0092] Then, in step 115, the wavefront aberration calculating unit 37, and the position information storage area 42 reads the detection result of the spot image position, the projection for light through the first pinhole pattern PH 1 in the measurement reticle RT The wavefront aberration of the optical system PL is calculated. The calculation of the wavefront aberration is performed by calculating the coefficient of the Zernike polynomial from the difference between each spot image position expected when there is no wavefront aberration and the detected spot image position. Thus, the calculated wavefront aberration is represented by the pinhole pattern P
Together with the position of H 1, it is stored in the wavefront aberration storage area 43.

【0093】次に、ステップ116において、全てのピ
ンホールパターンに関して投影光学系PLの波面収差を
算出したか否かが判定される。この段階では、最初のピ
ンホールパターンPH1についてのみ投影光学系PLの
波面収差を測定しただけなので、否定的な判定がなさ
れ、処理はステップ117に移行する。
Next, in step 116, it is determined whether the wavefront aberration of the projection optical system PL has been calculated for all the pinhole patterns. At this stage, since only was only measured wavefront aberration of the projection optical system PL for the first pinhole pattern PH 1, negative determination is made, the process proceeds to step 117.

【0094】ステップ117では、波面センサ90の標
示板91の開口91aが、次のピンホールパターンPH
2の投影光学系PLに関する共役位置にウエハステージ
WSTを移動させる。かかる移動は、主制御系20が、
ウエハ干渉計18が検出したウエハステージWSTの位
置情報(速度情報)に基づいて、ステージ制御系19を
介してウエハステージ駆動部24を制御することにより
行われる。なお、このときも、主制御系20が、多点フ
ォーカス位置検出系(21,22)の検出結果に基づい
て、ピンホールパターンPH2のピンホール像が結像さ
れる像面に波面センサ90の標示板91の上面を一致さ
せるべく、必要に応じて、ウエハステージ駆動部24を
介してウエハステージWSTをZ軸方向に微少駆動す
る。
In step 117, the opening 91a of the sign board 91 of the wavefront sensor 90 is connected to the next pinhole pattern PH.
A conjugate position relative to a second projection optical system PL moves the wafer stage WST. This movement is performed by the main control system 20.
This is performed by controlling the wafer stage driving unit 24 via the stage control system 19 based on the position information (speed information) of the wafer stage WST detected by the wafer interferometer 18. Also in this case, the main control system 20, based on the detection result of the multiple focal position detection system (21, 22), the wavefront sensor 90 to image plane pinhole image of the pinhole pattern PH 2 is imaged The wafer stage WST is minutely driven in the Z-axis direction via the wafer stage drive unit 24, if necessary, so that the upper surfaces of the marking plates 91 coincide with each other.

【0095】そして、上記のピンホールパターンPH1
の場合と同様にして、投影光学系PLの波面収差が測定
される。そして、波面収差の測定結果は、ピンホールパ
ターンPH2の位置とともに、波面収差格納領域43に
格納される。
Then, the above-mentioned pinhole pattern PH 1
The wavefront aberration of the projection optical system PL is measured in the same manner as in the case. Then, the measurement result of the wavefront aberration, together with the position of the pinhole pattern PH 2, is stored in the wavefront aberration storage area 43.

【0096】以後、上記と同様にして、全てのピンホー
ルパターンに関する投影光学系PLの波面収差を順次測
定され、開口パターンごとの測定結果が開口パターンの
位置とともに、波面収差格納領域43に格納される。こ
うして全てのピンホールパターンに関する投影光学系P
Lの波面収差が測定されると、ステップ117において
肯定的な判定がなされる。そして、制御装置39が、波
面収差格納領域43から波面収差の測定結果を読み出
し、波面測定結果データWFAとして主制御系20へ供
給する。この後、処理が図6のステップ102に移行す
る。
Thereafter, in the same manner as described above, the wavefront aberration of the projection optical system PL for all the pinhole patterns is sequentially measured, and the measurement result for each aperture pattern is stored in the wavefront aberration storage area 43 together with the position of the aperture pattern. You. Thus, the projection optical system P for all pinhole patterns
When the wavefront aberration of L is measured, an affirmative determination is made in step 117. Then, the control device 39 reads the measurement result of the wavefront aberration from the wavefront aberration storage area 43 and supplies the result to the main control system 20 as the wavefront measurement result data WFA. Thereafter, the processing shifts to step 102 in FIG.

【0097】ステップ102では、主制御系20が、制
御装置39から供給された波面測定結果データWFAに
基づいて、投影光学系PLの波面収差の測定が許容値以
下であるか否かを判定する。この判定が肯定的である場
合には、処理がステップ104に移行する。一方、判定
が否定的である場合には、処理はステップ103に移行
する。この段階では、判定が否定的であり、処理がステ
ップ103に移行したとして、以下の説明を行う。
In step 102, the main control system 20 determines whether or not the measurement of the wavefront aberration of the projection optical system PL is equal to or less than an allowable value based on the wavefront measurement result data WFA supplied from the control device 39. . If this determination is affirmative, the process proceeds to step 104. On the other hand, if the determination is negative, the process proceeds to step 103. At this stage, the following description will be given assuming that the determination is negative and the process has proceeded to step 103.

【0098】ステップ103では、主制御系20が、投
影光学系PLの波面収差の測定結果に基づき、現在発生
している波面収差を低減させるように、投影光学系PL
の波面収差の調整を行う。かかる波面収差の調整は、制
御装置39が、結像特性補正コントローラ65を介して
レンズエレメントの移動制御を行うことや、場合によっ
ては、人手により投影光学系PLのレンズエレメントの
XY平面内での移動やレンズエレメントの交換を行うこ
とによりなされる。
In step 103, the main control system 20 controls the projection optical system PL to reduce the currently occurring wavefront aberration based on the measurement result of the wavefront aberration of the projection optical system PL.
Is adjusted. The adjustment of the wavefront aberration can be performed by the control device 39 controlling the movement of the lens element via the imaging characteristic correction controller 65 or, in some cases, manually adjusting the lens element of the projection optical system PL within the XY plane. It is performed by moving or exchanging lens elements.

【0099】引き続き、サブルーチン101において、
調整された投影光学系PLに関する波面収差が上記と同
様にして測定される。以後、ステップ102において肯
定的な判断がなされるまで、投影光学系PLの波面収差
の調整(ステップ103)と、波面収差の測定(ステッ
プ101)が繰り返される。そして、ステップ102に
おいて肯定的な判断がなされると処理は、ステップ10
4に移行する。
Subsequently, in subroutine 101,
The wavefront aberration of the adjusted projection optical system PL is measured in the same manner as described above. Thereafter, the adjustment of the wavefront aberration of the projection optical system PL (Step 103) and the measurement of the wavefront aberration (Step 101) are repeated until a positive determination is made in Step 102. If a positive determination is made in step 102, the process proceeds to step 10
Move to 4.

【0100】ステップ104では、波面センサ90をウ
エハステージWSTから取り外し、波面データ処理装置
80と主制御系20との接続を切断した後、主制御系2
0の制御のもとで、不図示のレチクルローダにより、転
写したいパターンが形成されたレチクルRがレチクルス
テージRSTにロードされる。また、不図示のウエハロ
ーダにより、露光したいウエハWがウエハステージWS
Tにロードされる。
In step 104, the wavefront sensor 90 is detached from the wafer stage WST, and the connection between the wavefront data processing device 80 and the main control system 20 is cut off.
Under the control of 0, a reticle R on which a pattern to be transferred is formed is loaded on a reticle stage RST by a reticle loader (not shown). Further, a wafer W to be exposed is placed on a wafer stage WS by a wafer loader (not shown).
Loaded on T.

【0101】次に、ステップ105において、主制御系
20の制御のもとで、露光準備用計測が行われる。すな
わち、ウエハステージWST上に配置された不図示の基
準マーク板を使用したレチクルアライメントや、更にア
ライメント顕微鏡ASを使用したベースライン量の測定
等の準備作業が行われる。また、ウエハWに対する露光
が第2層目以降の露光であるときには、既に形成されて
いる回路パターンと重ね合わせ精度良く回路パターンを
形成するため、アライメン顕微鏡ASを使用した上述の
EGA計測により、ウエハW上におけるショット領域の
配列座標が高精度で検出される。
Next, in step 105, under the control of the main control system 20, measurement for exposure preparation is performed. That is, preparation operations such as reticle alignment using a reference mark plate (not shown) arranged on wafer stage WST, and measurement of a baseline amount using alignment microscope AS are performed. Further, when the exposure of the wafer W is the exposure of the second and subsequent layers, in order to form a circuit pattern with a high degree of overlay accuracy with the already formed circuit pattern, the wafer E is measured by the above-described EGA measurement using the alignment microscope AS. The array coordinates of the shot area on W are detected with high accuracy.

【0102】次いで、ステップ106において、露光が
行われる。この露光動作にあたって、まず、ウエハWの
XY位置が、ウエハW上の最初のショット領域(ファー
スト・ショット)の露光のための走査開始位置となるよ
うに、ウエハステージWSTが移動される。ウエハ干渉
計18からの位置情報(速度情報)等(第2層目以降の
露光の場合には、基準座標系と配列座標系との位置関係
の検出結果、ウエハ干渉計18からの位置情報(速度情
報)等)に基づき、主制御系20によりステージ制御系
19及びウエハステージ駆動部24等を介して行われ
る。同時に、レチクルRのXY位置が、走査開始位置と
なるように、レチクルステージRSTが移動される。こ
の移動は、主制御系20によりステージ制御系19及び
不図示のレチクル駆動部等を介して行われる。
Next, in step 106, exposure is performed. In this exposure operation, first, wafer stage WST is moved so that the XY position of wafer W becomes the scanning start position for exposure of the first shot area (first shot) on wafer W. Position information (speed information) from the wafer interferometer 18 and the like (in the case of exposure of the second and subsequent layers, the detection result of the positional relationship between the reference coordinate system and the array coordinate system, the position information from the wafer interferometer 18 ( The speed control is performed by the main control system 20 via the stage control system 19 and the wafer stage drive unit 24. At the same time, reticle stage RST is moved such that the XY position of reticle R becomes the scanning start position. This movement is performed by the main control system 20 via the stage control system 19 and a reticle driving unit (not shown).

【0103】次に、ステージ制御系19が、主制御系2
0からの指示に応じて、多点フォーカス位置検出系(2
1,22)によって検出されたウエハのZ位置情報、レ
チクル干渉計16によって計測されたレチクルRのXY
位置情報、ウエハ干渉計18によって計測されたウエハ
WのXY位置情報に基づき、不図示のレチクル駆動部及
びウエハステージ駆動部24を介して、ウエハWの面位
置の調整を行いつつ、レチクルRとウエハWとを相対移
動させて走査露光を行う。
Next, the stage control system 19 controls the main control system 2
0, a multi-point focus position detection system (2
The Z position information of the wafer detected by (1, 22), the XY of the reticle R measured by the reticle interferometer 16
Based on the position information and the XY position information of the wafer W measured by the wafer interferometer 18, the reticle R and the reticle R are adjusted while adjusting the surface position of the wafer W via a reticle driving unit and a wafer stage driving unit 24 (not shown). Scanning exposure is performed by relatively moving the wafer W.

【0104】こうして、最初のショット領域の露光が終
了すると、次のショット領域の露光のための走査開始位
置となるように、ウエハステージWSTが移動されると
ともに、レチクルRのXY位置が、走査開始位置となる
ように、レチクルステージRSTが移動される。そし
て、当該ショット領域に関する走査露光が、上述の最初
のショット領域と同様にして行われる。以後、同様にし
て各ショット領域について走査露光が行われ、露光が完
了する。
When the exposure of the first shot area is completed, the wafer stage WST is moved so that the scanning start position for the exposure of the next shot area is moved, and the XY position of the reticle R is changed to the scanning start position. Reticle stage RST is moved to a position. Then, the scanning exposure for the shot area is performed in the same manner as in the first shot area. Thereafter, scanning exposure is performed for each shot area in the same manner, and the exposure is completed.

【0105】そして、ステップ107において、不図示
のアンローダにより、露光が完了したウエハWがウエハ
ホルダ25からアンロードされる。こうして、1枚のウ
エハWの露光処理が終了する。
Then, in step 107, the wafer W that has been exposed is unloaded from the wafer holder 25 by an unloader (not shown). Thus, the exposure processing for one wafer W is completed.

【0106】以後のウエハの露光においては、ステップ
101〜103の投影光学系PLに関する波面収差の測
定及び調整が必要に応じて行われながら、ステップ10
4〜107のウエハ露光作業が行われる。
In the subsequent exposure of the wafer, the measurement and adjustment of the wavefront aberration relating to the projection optical system PL in steps 101 to 103 are performed as necessary.
4 to 107 wafer exposure operations are performed.

【0107】以上のように、本実施形態によれば、マイ
クロレンズアレイ94を構成するマイクロレンズ94a
の像面よりもスポット像の光強度分布の半値全幅が小さ
くなる面を撮像面としてスポットを撮像するので、撮像
結果におけるスポット像間のクロストーク量を低減する
ことができ、スポット像位置を精度良く求めることがで
きる。そして、精度良く求められたスポット像位置を用
いて投影光学系PLの波面収差を算出するので、投影光
学系PLの波面収差を精度良く求めることができる。
As described above, according to the present embodiment, the micro lenses 94a constituting the micro lens array 94
Since the image of the spot is taken as a surface where the full width at half maximum of the light intensity distribution of the spot image is smaller than the image surface of the spot image, the amount of crosstalk between the spot images in the imaging result can be reduced, and the position of the spot image can be accurately determined. Can be found well. Then, since the wavefront aberration of the projection optical system PL is calculated using the spot image position obtained with high accuracy, the wavefront aberration of the projection optical system PL can be obtained with high accuracy.

【0108】また、上述の(3)式の条件を満足する位
置を撮像面とするので、光強度分布の半値全幅が、像面
CPにおけるスポット像の光強度分布が有する半値全幅
の95%未満の半値全幅となる光強度分布を有するスポ
ット像を撮像することができ、スポット像間のクロスト
ーク量を低減することができ、スポット像位置を精度良
く求めることができる。
Further, since the position satisfying the condition of the above expression (3) is taken as the imaging plane, the full width at half maximum of the light intensity distribution is less than 95% of the full width at half maximum of the light intensity distribution of the spot image on the image plane CP. It is possible to capture a spot image having a light intensity distribution having a full width at half maximum of, reduce the amount of crosstalk between spot images, and accurately determine the position of the spot image.

【0109】また、上述の(2)式の条件を満足する位
置を撮像面とするので、デフォーカス状態おける撮像に
伴うデフォーカスの影響が抑制された、スポット像を撮
像することができ、スポット像位置を精度良く求めるこ
とができる。
Further, since the position satisfying the condition of the above equation (2) is set as the imaging plane, it is possible to capture a spot image in which the influence of defocusing caused by imaging in the defocused state is suppressed. The image position can be obtained with high accuracy.

【0110】また、精度良く求められた投影光学系PL
の波面収差に基づいて、投影光学系PLの収差を調整
し、十分に諸収差が低減された投影光学系PLによりレ
チクルRに形成された所定のパターンがウエハW表面に
投影されるので、所定のパターンをウエハWに精度良く
転写することができる。
The projection optical system PL determined with high accuracy
The aberration of the projection optical system PL is adjusted based on the wavefront aberration, and a predetermined pattern formed on the reticle R is projected onto the surface of the wafer W by the projection optical system PL in which various aberrations are sufficiently reduced. Can be accurately transferred onto the wafer W.

【0111】なお、上記の実施形態では、測定用レチク
ルRTにおける開口パターンを9つとしたが、所望の波
面収差の測定精度に応じて、数を増減することが可能で
ある。また、マイクロレンズアレイ94におけるマイク
ロレンズ94aの配列数や配列態様も、所望の波面収差
の測定精度に応じて変更することが可能である。
In the above embodiment, the number of aperture patterns in the measurement reticle RT is nine, but the number can be increased or decreased according to the desired measurement accuracy of the wavefront aberration. Also, the number and arrangement of the microlenses 94a in the microlens array 94 can be changed according to the desired measurement accuracy of the wavefront aberration.

【0112】また、上記の実施形態では、位置検出の対
象像をスポット像としたが、他の形状のパターンの像で
あってもよい。
In the above embodiment, the target image for position detection is a spot image. However, an image of a pattern having another shape may be used.

【0113】また、上記の実施形態では、露光にあたっ
ては波面収差測定装置70を露光装置本体60から切り
離したが、波面収差測定装置70を露光装置本体60に
装着したままで露光してもよいことは勿論である。
In the above embodiment, the wavefront aberration measuring device 70 is separated from the exposure device main body 60 during exposure, but the exposure may be performed while the wavefront aberration measuring device 70 is mounted on the exposure device main body 60. Of course.

【0114】また、上記の実施形態では、投影光学系P
Lの波面収差測定及び波面収差調整を、露光装置が組み
立てられた後の定期メンテナンス時等に行い、その後の
ウエハの露光に備える場合について説明したが、露光装
置の製造における投影光学系PLの調整時に、上記の実
施形態と同様にして、波面収差の調整を行ってもよい。
なお、露光装置の製造時における投影光学系PLの調整
にあたっては、上記の実施形態において行われる投影光
学系PLを構成する一部のレンズエレメントの位置調整
に加えて、他のレンズエレメントの位置調整、レンズエ
レメントの再加工、レンズエレメントの交換等を行うこ
とが可能である。
In the above embodiment, the projection optical system P
The description has been given of the case where the wavefront aberration measurement and the wavefront aberration adjustment of L are performed at the time of periodic maintenance or the like after the exposure apparatus is assembled, and preparations are made for subsequent exposure of the wafer. However, the adjustment of the projection optical system PL in the manufacture of the exposure apparatus has been described. At times, adjustment of the wavefront aberration may be performed in the same manner as in the above embodiment.
In adjusting the projection optical system PL at the time of manufacturing the exposure apparatus, in addition to the position adjustment of some lens elements constituting the projection optical system PL performed in the above embodiment, the position adjustment of other lens elements is performed. It is possible to rework the lens element, replace the lens element, and the like.

【0115】また、上記の実施形態では、走査型露光装
置の場合を説明したが、本発明は、投影光学系を備える
露光装置であれば、ステップ・アンド・リピート機、ス
テップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・ステ
ィッチング機を問わず適用することができる。
Further, in the above embodiment, the case of the scanning type exposure apparatus has been described. However, the present invention is not limited to a step-and-repeat machine, a step-and-scan machine as long as the exposure apparatus has a projection optical system. It can be applied to any step and stitching machine.

【0116】また、上記実施形態では、露光装置におけ
る投影光学系の収差測定に本発明を適用したが、露光装
置に限らず、他の種類の装置における結像光学系の諸収
差の計測にも本発明を適用することができる。
In the above embodiment, the present invention is applied to the measurement of the aberration of the projection optical system in the exposure apparatus. However, the present invention is not limited to the exposure apparatus, but may be used to measure various aberrations of the imaging optical system in other types of apparatuses. The present invention can be applied.

【0117】さらに、光学系の収差測定以外であって
も、例えば反射鏡の形状等の様々な光学系の光学特性の
測定にも本発明を適用することができる。
Further, the present invention can be applied to measurement of optical characteristics of various optical systems, such as the shape of a reflecting mirror, other than the measurement of aberrations of the optical system.

【0118】《デバイスの製造》次に、上記の実施形態
の露光装置を使用したデバイスの製造について説明す
る。
<< Production of Device >> Next, production of a device using the exposure apparatus of the above embodiment will be described.

【0119】図11には、本実施形態におけるデバイス
(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CC
D、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の生産のフロ
ーチャートが示されている。図11に示されるように、
まず、ステップ201(設計ステップ)において、デバ
イスの機能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計
等)を行い、その機能を実現するためのパターン設計を
行う。引き続き、ステップ202(マスク製作ステッ
プ)において、設計した回路パターンを形成したマスク
を製作する。一方、ステップ203(ウエハ製造ステッ
プ)において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造
する。
FIG. 11 shows the devices (semiconductor chips such as IC and LSI, liquid crystal panels, CCs) of this embodiment.
D, thin-film magnetic head, micromachine, etc.). As shown in FIG.
First, in step 201 (design step), a function design of a device (for example, a circuit design of a semiconductor device) is performed, and a pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step 202 (mask manufacturing step), a mask on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step 203 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.

【0120】次に、ステップ204(ウエハ処理ステッ
プ)において、ステップ201〜ステップ203で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成す
る。次いで、ステップ205(デバイス組立ステップ)
において、ステップ204において処理されたウエハを
用いてチップ化する。このステップ205には、アッセ
ンブリ工程(ダイシング、ボンディング)パッケージン
グ工程(チップ封入)等の工程が含まれる。
Next, in step 204 (wafer processing step), an actual circuit or the like is formed on the wafer by lithography using the mask and the wafer prepared in steps 201 to 203, as described later. Next, step 205 (device assembling step)
In step, chips are formed using the wafer processed in step 204. This step 205 includes processes such as an assembly process (dicing, bonding) and a packaging process (chip encapsulation).

【0121】最後に、ステップ206(検査ステップ)
において、ステップ205で作製されたデバイスの動作
確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工
程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
Finally, step 206 (inspection step)
In step, inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the device manufactured in step 205 are performed. After these steps, the device is completed and shipped.

【0122】図12には、半導体デバイスの場合におけ
る、上記ステップ204の詳細なフロー例が示されてい
る。図12において、ステップ211(酸化ステップ)
においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ212
(CVDステップ)においてはウエハ表面に絶縁膜を形
成する。ステップ213(電極形成ステップ)において
はウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ2
14(イオン打込みステップ)においてはウエハにイオ
ンを打ち込む。以上のステップ211〜ステップ214
それぞれは、ウエハプロセスの各段階の前処理工程を構
成しており、各段階において必要な処理に応じて選択さ
れて実行される。
FIG. 12 shows a detailed flow example of step 204 in the case of a semiconductor device. In FIG. 12, step 211 (oxidation step)
In, the surface of the wafer is oxidized. Step 212
In the (CVD step), an insulating film is formed on the wafer surface. In step 213 (electrode formation step), electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. Step 2
At 14 (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Steps 211 to 214 described above
Each of them constitutes a pre-processing step in each stage of the wafer process, and is selected and executed according to a necessary process in each stage.

【0123】ウエハプロセスの各段階において、前処理
工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行
される。この後処理工程では、まず、ステップ215
(レジスト形成ステップ)において、ウエハに感光剤を
塗布し、引き続き、ステップ216(露光ステップ)に
おいて、上記で説明した実施形態の露光装置及び露光方
法によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光す
る。次に、ステップ217(現像ステップ)においては
露光されたウエハを現像し、引き続き、ステップ218
(エッチングステップ)において、レジストが残存して
いる部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り
去る。そして、ステップ219(レジスト除去ステッ
プ)において、エッチングが済んで不要となったレジス
トを取り除く。
In each stage of the wafer process, when the pre-processing step is completed, the post-processing step is executed as follows. In this post-processing step, first, step 215
In (resist forming step), a photosensitive agent is applied to the wafer, and subsequently, in step 216 (exposure step), the circuit pattern of the mask is printed and exposed on the wafer by the exposure apparatus and the exposure method of the embodiment described above. Next, in step 217 (development step), the exposed wafer is developed, and subsequently, in step 218
In the (etching step), the exposed member other than the portion where the resist remains is removed by etching. Then, in step 219 (resist removing step), unnecessary resist after etching is removed.

【0124】これらの前処理工程と後処理工程とを繰り
返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。
By repeating these pre-processing and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

【0125】以上のようにして、精度良く微細なパター
ンが形成されたデバイスが製造される。
As described above, a device in which a fine pattern is accurately formed is manufactured.

【0126】[0126]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
光学特性測定方法によれば、集光素子の像面よりもスポ
ット像の光強度分布の半値全幅が小さくなる面を撮像面
としてスポットを撮像し、撮像結果におけるスポット像
間のクロストーク量を低減する。そして、クロストーク
が低減されたスポットの撮像結果に基づいて、スポット
像位置を精度良く求め、精度良く求められたスポット像
位置を用いて投影光学系PLの波面収差を算出する。し
たがって、投影光学系PLの波面収差を精度良く求める
ことができる。
As described above in detail, according to the optical characteristic measuring method of the present invention, the plane where the full width at half maximum of the light intensity distribution of the spot image is smaller than the image plane of the light-collecting element is taken as the imaging plane. An image of a spot is taken, and the amount of crosstalk between spot images in the image pickup result is reduced. Then, based on the imaging result of the spot in which the crosstalk is reduced, the spot image position is obtained with high accuracy, and the wavefront aberration of the projection optical system PL is calculated using the accurately obtained spot image position. Therefore, the wavefront aberration of the projection optical system PL can be obtained with high accuracy.

【0127】また、本発明の光学特性測定装置によれ
ば、本発明の光学特性測定方法を使用して被検光学系の
光学特特性を測定するので、被検光学系の光学特特性を
迅速かつ精度良く検出することができる。
According to the optical characteristic measuring apparatus of the present invention, the optical characteristic of the test optical system is measured using the optical characteristic measuring method of the present invention. And it can detect with high precision.

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

【図1】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概
略的に示す図である。
FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の波面センサの構成を概略的に示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a wavefront sensor in FIG. 1;

【図3】図2の標示板の表面状態を説明するための図で
ある。
FIG. 3 is a view for explaining a surface state of the marking plate of FIG. 2;

【図4】図4(A)及び図4(B)は、図2のマイクロ
レンズアレイの構成を示す図である。
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing a configuration of the microlens array of FIG. 2;

【図5】図1の波面データ処理装置の構成を示すブロッ
ク図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a wavefront data processing device in FIG. 1;

【図6】図1の装置による露光動作における処理を説明
するためのフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart for explaining processing in an exposure operation by the apparatus of FIG. 1;

【図7】図6の収差測定サブルーチンにおける処理を説
明するためのフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart illustrating a process in an aberration measurement subroutine of FIG. 6;

【図8】測定用レチクルに形成された測定用パターンの
例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a measurement pattern formed on a measurement reticle.

【図9】波面収差測定時における光学配置を説明するた
めの図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining an optical arrangement when measuring wavefront aberration.

【図10】撮像されたスポット像の光強度分布の例を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a light intensity distribution of a captured spot image.

【図11】図1の露光装置を用いたデバイス製造方法を
説明するためのフローチャートである。
11 is a flowchart for explaining a device manufacturing method using the exposure apparatus of FIG.

【図12】図11のウエハ処理ステップにおける処理の
フローチャートである。
FIG. 12 is a flowchart of a process in a wafer processing step of FIG. 11;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

36…位置情報算出装置、37…波面収差算出装置(光
学特性算出装置)、60…露光装置本体、70…波面収
差測定装置(光学特性測定装置)、94…マイクロレン
ズアレイ(波面分割光学系)、94a…マイクロレンズ
(集光素子、レンズ要素)、95…撮像装置、95S…
撮像面、100…露光装置、PL…投影光学系(被検光
学系)、W…ウエハ(基板)。
36: Position information calculation device, 37: Wavefront aberration calculation device (optical characteristic calculation device), 60: Exposure device main body, 70: Wavefront aberration measurement device (optical characteristic measurement device), 94: Microlens array (wavefront division optical system) , 94a: microlens (light-collecting element, lens element), 95: imaging device, 95S:
Imaging surface, 100: exposure apparatus, PL: projection optical system (optical system to be inspected), W: wafer (substrate).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01B 11/24 K (72)発明者 大滝 桂 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 Fターム(参考) 2F065 AA02 AA54 AA65 BB02 BB28 CC17 FF51 GG04 HH04 JJ03 JJ26 MM02 PP12 QQ13 QQ21 QQ23 QQ32 2G086 HH06 5F046 BA03 CB12 CB13 CB25 DA12──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01B 11/24 K (72) Inventor Katsura Katsura 3-2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nikon Corporation F term (reference) 2F065 AA02 AA54 AA65 BB02 BB28 CC17 FF51 GG04 HH04 JJ03 JJ26 MM02 PP12 QQ13 QQ21 QQ23 QQ32 2G086 HH06 5F046 BA03 CB12 CB13 CB25 DA12

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検光学系の光学特性を測定する光学特
性測定方法であって、 前記被検光学系を介した光を波面分割した分割波面ごと
に、スポットを形成するスポット形成工程と;前記スポ
ットの光強度分布それぞれの半値全幅が、前記被検光学
系を介した光を波面分割した際に決まる前記スポットの
結像面における前記スポットの光強度分布それぞれの半
値全幅未満となる撮像面位置で、前記スポットを撮像す
るスポット撮像工程と;前記スポット撮像工程における
撮像結果に基づいて、前記スポットそれぞれの位置情報
を算出する位置情報算出工程と;前記算出された位置情
報を用いて、前記被検光学系の光学特性を算出する光学
特性算出工程と;を含む光学特性測定方法。
1. A method for measuring optical characteristics of an optical system to be measured, comprising: a spot forming step of forming a spot for each divided wavefront obtained by dividing a light passing through the optical system to be tested into wavefronts; An imaging plane in which the full width at half maximum of each light intensity distribution of the spot is less than the full width at half maximum of each light intensity distribution of the spot on the imaging plane of the spot determined when the light passing through the optical system to be tested is wavefront split. A spot imaging step of imaging the spot at a position; a position information calculating step of calculating position information of each of the spots based on an imaging result in the spot imaging step; and using the calculated position information, An optical characteristic calculating step of calculating an optical characteristic of the test optical system.
【請求項2】 前記被検光学系を介した光を波面分割す
る集光素子のフレネル数は4.86以下であり、 前記撮像面位置は、前記スポットの光強度分布それぞれ
の半値全幅が、前記集光素子の像面における前記スポッ
トの光強度分布それぞれの半値全幅の95%以下となる
位置であることを特徴とする請求項1に記載の光学特性
測定方法。
2. A Fresnel number of a light condensing element for dividing a light passing through the test optical system into a wavefront is equal to or less than 4.86. 2. The optical characteristic measuring method according to claim 1, wherein the position is 95% or less of a full width at half maximum of each light intensity distribution of the spot on the image plane of the light condensing element.
【請求項3】 前記被検光学系を介した光を波面分割す
る集光素子の開口内で、前記開口の中心から最も遠い点
までの距離をa、前記集光素子の焦点距離をf、前記被
検光学系を介した光の波長をλ、フレネル数をNとし、
パラメータu Nを uN=(2πa2/(f・λ))・((-d/f)/(1-(d/f))) で定義したときに、前記撮像面位置は、 I(uN)=(1+(uN/2πN))2・(2/(uN/2)2)・(1-cos(uN/2))
>1.05 を満たす距離dだけ、前記像面の位置から前記集光素子
に近付いた位置であることを特徴とする請求項1又は2
に記載の光学特性測定方法。
3. The light transmitted through the optical system under test is split into wavefronts.
Point farthest from the center of the opening
A, the focal length of the light-collecting element is f,
The wavelength of the light passing through the optical analysis system is λ, the Fresnel number is N,
Parameter u NUN= (2πaTwo/ (F · λ)) · ((− d / f) / (1- (d / f))), the imaging plane position is I (uN) = (1+ (uN/ 2πN))Two・ (2 / (uN/ 2)Two) ・ (1-cos (uN/ 2))
> 1.05 from the position of the image plane by the distance d.
3. The method according to claim 1, further comprising:
The method for measuring optical characteristics according to 1.
【請求項4】 前記撮像面位置は、 d<f2・λ/(2a2+f・λ) を更に満たす距離dだけ、前記像面の位置から前記集光
素子に近付いた位置であることを特徴とする請求項3に
記載の光学特性測定方法。
4. The imaging surface position is a position closer to the light-collecting element from a position on the image surface by a distance d that further satisfies d <f 2 · λ / (2a 2 + f · λ). The method for measuring optical characteristics according to claim 3, wherein:
【請求項5】 前記集光素子の開口内で、前記開口の中
心から最も遠い点までの距離をa、前記集光素子の焦点
距離をf、前記被検光学系を介した光の波長をλとした
とき、前記撮像面位置は、前記像面から D=f2・λ/(2a2+f・λ) で定義される距離D未満の距離だけ離れた位置であるこ
とを特徴とする請求項1又は2に記載の光学特性測定方
法。
5. In the opening of the light-collecting element, the distance from the center of the opening to the farthest point is a, the focal length of the light-collecting element is f, and the wavelength of light passing through the test optical system is 5. When λ is set, the imaging plane position is a position separated from the image plane by a distance less than a distance D defined by D = f 2 · λ / (2a 2 + f · λ). The method for measuring optical characteristics according to claim 1.
【請求項6】 被検光学系の光学特性を測定する光学特
性測定装置であって、 複数の集光素子を有し、該複数の集光素子の配列に応じ
て、前記被検光学系を介した光を波面分割して、分割波
面ごとにスポットを形成する波面分割光学系と;前記ス
ポットの光強度分布それぞれの半値全幅が、前記集光素
子の像面における前記スポットの光強度分布それぞれの
半値全幅未満となる位置に撮像面が配置された撮像装置
と;を備える光学特性測定装置。
6. An optical characteristic measuring apparatus for measuring optical characteristics of a test optical system, comprising: a plurality of light-collecting elements, wherein the test optical system is arranged in accordance with an arrangement of the plurality of light-collecting elements. A wavefront splitting optical system that splits the transmitted light into wavefronts to form spots for each split wavefront; and that the full width at half maximum of each light intensity distribution of the spot is equal to the light intensity distribution of the spot on the image plane of the light condensing element. An imaging device in which an imaging surface is arranged at a position where the width is less than the full width at half maximum of the optical characteristic measuring device.
【請求項7】 前記集光素子それぞれはレンズ要素であ
り、 前記波面分割光学系は、前記レンズ要素が2次元的に配
列されたマイクロレンズアレイを含むことを特徴とする
請求項6に記載の光学特性測定装置。
7. The device according to claim 6, wherein each of the light-collecting elements is a lens element, and the wavefront splitting optical system includes a microlens array in which the lens elements are two-dimensionally arranged. Optical property measuring device.
【請求項8】 前記集光素子のフレネル数は4.86以
下であり、 前記撮像面は、前記スポットの光強度分布それぞれの半
値全幅が、前記集光素子の像面における前記スポットの
光強度分布それぞれの半値全幅の95%以下となる位置
に配置されることを特徴とする請求項6又は7に記載の
光学特性測定装置。
8. The light-collecting element has a Fresnel number of 4.86 or less, and the imaging surface has a full width at half maximum of each light intensity distribution of the spot, and a light intensity of the spot on an image plane of the light-collecting element. The optical property measuring apparatus according to claim 6, wherein the optical property measuring apparatus is arranged at a position where the distribution is 95% or less of a full width at half maximum.
【請求項9】 前記集光素子の開口内で、前記開口の中
心から最も遠い点までの距離をa、前記集光素子の焦点
距離をf、前記被検光学系を介した光の波長をλ、フレ
ネル数をNとし、パラメータuNを uN=(2πa2/(f・λ))・((-d/f)/(1-(d/f))) で定義したときに、前記撮像面は、 I(uN)=(1+(uN/2πN))2・(2/(uN/2)2)・(1-cos(uN/2))
>1.05 を満たす距離dだけ、前記像面の位置から前記集光素子
に近付いた位置に配置されることを特徴とする請求項6
〜8のいずれか一項に記載の光学特性測定装置。
9. A distance from the center of the opening to the farthest point in the opening of the light-collecting element, a focal length of the light-collecting element, and a wavelength of light passing through the test optical system. λ, the Fresnel number is N, and the parameter u N is defined as u N = (2πa 2 / (f · λ)) · ((− d / f) / (1- (d / f))), the imaging surface, I (u N) = ( 1+ (u N / 2πN)) 2 · (2 / (u N / 2) 2) · (1-cos (u N / 2))
7. The image forming apparatus according to claim 6, wherein the distance d satisfies> 1.05 from the position of the image plane to a position closer to the light-collecting element.
The optical property measuring device according to any one of claims 8 to 8.
【請求項10】 前記撮像面は、 d<f2・λ/(2a2+f・λ) を更に満たす距離dだけ、前記像面の位置から前記集光
素子に近付いた位置に配置されることを特徴とする請求
項9に記載の光学特性測定装置。
10. The imaging surface is disposed at a position closer to the light-collecting element from the position of the image surface by a distance d that further satisfies d <f 2 · λ / (2a 2 + f · λ). The optical characteristic measuring device according to claim 9, wherein:
【請求項11】 前記集光素子の開口内で、前記開口の
中心から最も遠い点までの距離をa、前記集光素子の焦
点距離をf、前記被検光学系を介した光の波長をλとし
たとき、前記撮像面は、前記像面から D=f2・λ/(2a2+f・λ) で定義される距離D未満の距離だけ離れた位置に配置さ
れることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記
載の光学特性測定装置。
11. Within the opening of the light-collecting element, a is the distance from the center of the opening to the farthest point, f is the focal length of the light-collecting element, and W is the wavelength of light passing through the test optical system. When λ, the imaging surface is arranged at a position separated from the image surface by a distance less than a distance D defined by D = f 2 λ / (2a 2 + f ・ λ). The optical characteristic measuring device according to claim 6.
【請求項12】 前記撮像装置による撮像結果に基づい
て、前記スポット像の位置情報を算出する位置情報算出
装置と;前記算出された位置情報を用いて、前記被検光
学系の光学特性を算出する光学特性算出装置と;を更に
備えることを特徴とする請求項6〜11のいずれか一項
に記載の光学特性測定装置。
12. A position information calculation device for calculating position information of the spot image based on an image pickup result by the image pickup device; and calculating an optical characteristic of the optical system to be measured by using the calculated position information. The optical characteristic measuring device according to any one of claims 6 to 11, further comprising: an optical characteristic calculating device.
【請求項13】 露光光を基板に照射することにより、
所定のパターンを前記基板に転写する露光装置であっ
て、 前記露光光の光路上に配置された投影光学系を有する露
光装置本体と;前記投影光学系を被検光学系とする請求
項6〜12のいずれか一項に記載の光学特性測定装置
と;を備える露光装置。
13. irradiating the substrate with exposure light,
An exposure apparatus for transferring a predetermined pattern onto the substrate, comprising: an exposure apparatus main body having a projection optical system arranged on an optical path of the exposure light; and the projection optical system being a test optical system. An optical device for measuring an optical property according to any one of claims 12 to 12.
【請求項14】 請求項6〜12のいずれか一項に記載
の光学特性測定装置を用いて光学特性が測定された光学
系。
14. An optical system whose optical characteristics have been measured using the optical characteristic measuring device according to claim 6. Description:
【請求項15】 光学系の光学特性を調整する光学特性
調整方法であって、 前記光学系の光学特性を、請求項6〜12のいずれか一
項に記載の光学特性測定装置を用いて測定する光学特性
測定工程と;前記光学特性測定工程における測定結果に
基づいて、前記光学系の光学特性を調整する光学特性調
整工程と;を含む光学特性調整方法。
15. An optical characteristic adjusting method for adjusting an optical characteristic of an optical system, wherein the optical characteristic of the optical system is measured by using the optical characteristic measuring device according to claim 6. Description: An optical property adjusting step of adjusting an optical property of the optical system based on a measurement result in the optical property measuring step.
【請求項16】 露光光を基板に照射することにより、
所定のパターンを前記基板に転写する露光装置の製造方
法であって、 前記露光光の光路上に配置された投影光学系を有する露
光装置本体を用意する工程と;前記投影光学系を被検光
学系とする請求項6〜12のいずれか一項に記載の光学
特性測定装置を用意する工程と;前記投影光学系の光学
特性を、前記光学特性測定装置を用いて測定する光学特
性測定工程と;前記投影光学系の光学特性測定工程にお
ける測定結果に基づいて、前記光学系の光学特性を調整
する光学特性調整工程と;を含む露光装置の製造方法。
16. By irradiating the substrate with exposure light,
A method of manufacturing an exposure apparatus for transferring a predetermined pattern onto the substrate, comprising: providing an exposure apparatus main body having a projection optical system arranged on an optical path of the exposure light; Preparing an optical characteristic measuring device according to any one of claims 6 to 12 as a system; and an optical characteristic measuring step of measuring an optical characteristic of the projection optical system using the optical characteristic measuring device. An optical characteristic adjusting step of adjusting an optical characteristic of the optical system based on a measurement result in an optical characteristic measuring step of the projection optical system.
【請求項17】 請求項13に記載の露光装置を用いて
製造された半導体素子。
17. A semiconductor device manufactured by using the exposure apparatus according to claim 13.
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