JP2005012190A - Estimation method and adjusting method of imaging optical system, exposure apparatus and method - Google Patents

Estimation method and adjusting method of imaging optical system, exposure apparatus and method Download PDF

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Tomoyuki Matsuyama
知行 松山
Tomoko Ujiie
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an estimation method of aberration in an imaging optical system by which the aberration can be estimated analytically by expressing the distribution of the aberration in the pupil and in an image surface at the same time. <P>SOLUTION: This estimation method of aberration in an imaging optical system using an aberration polynomial comprises processes of: (S11), setting an aberration polynominal by using only an orthonormal function series, wherein the aberration polynominal expresses aberration in the imaging optical system as functions of an image surface coordinate and a pupil coordinate of the imaging optical system; (S12), obtaining wavefront aberrations at a plurality of points on the imaging surface in the imaging optical system; (S13), approximating wavefront aberration obtained in the aberration obtaining process (S12) by a predetermined polynominal as a function of the pupil coordinate; and (S14), determining coefficients of respective terms in the aberration polynomial based on a coefficient of each term in the predetermined polynomial obtained in the approximating process. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、結像光学系の評価方法、結像光学系の調整方法、露光装置および露光方法に関し、特に露光装置に搭載される投影光学系の収差評価に関するものである。   The present invention relates to an imaging optical system evaluation method, an imaging optical system adjustment method, an exposure apparatus, and an exposure method, and more particularly to an aberration evaluation of a projection optical system mounted on the exposure apparatus.

たとえばLSIの製造において回路パターンを形成するリソグラフィ工程では、マスクのパターンをウェハ上のレジストに転写するための投影光学系が組み込まれた露光装置が用いられている。現在のリソグラフィにおいては、LSIの集積度の増大およびk1ファクター(線幅=kl×λ/NA:λは露光波長、NAは投影光学系の開口数)の縮小に伴って、投影光学系の収差を極限まで低減することが求められている。   For example, in a lithography process for forming a circuit pattern in the manufacture of an LSI, an exposure apparatus incorporating a projection optical system for transferring a mask pattern onto a resist on a wafer is used. In the current lithography, as the integration degree of LSI increases and the k1 factor (line width = kl × λ / NA: λ is the exposure wavelength, NA is the numerical aperture of the projection optical system), the aberration of the projection optical system Is required to be reduced to the limit.

そのため、近年、投影光学系の光学調整工程において、各種の波面収差測定器を用いた波面収差の測定および解析が行われている。波面収差の解析工程では、測定された波面収差を、瞳座標の関数としてのツェルニケ(Fringe Zernike)多項式を用いて近似(フィッティング)することが多い。ここで、ツェルニケ多項式は、波面収差の瞳内の分布を表現する関数である。   For this reason, in recent years, measurement and analysis of wavefront aberrations using various wavefront aberration measuring instruments have been performed in the optical adjustment process of the projection optical system. In the wavefront aberration analysis process, the measured wavefront aberration is often approximated (fitted) using a Fringe Zernike polynomial as a function of pupil coordinates. Here, the Zernike polynomial is a function expressing the distribution of wavefront aberration in the pupil.

上述のように、ツェルニケ多項式は、瞳内の波面収差を表現するのに適した関数である。しかしながら、この場合、ツェルニケ多項式の各項の係数に基づいて、コンピュータを利用した最適化計算により光学調整方法および光学調整量を試行錯誤的に決定して光学調整を行う必要がある。   As described above, the Zernike polynomial is a function suitable for expressing the wavefront aberration in the pupil. However, in this case, based on the coefficient of each term of the Zernike polynomial, it is necessary to perform optical adjustment by determining the optical adjustment method and the optical adjustment amount by trial and error by optimization calculation using a computer.

一方、波面収差の像面内の分布を表現する関数として、回転対称光学系を前提とした収差論により導き出される関数、または3次(光線収差)までの偏芯誤差を含んだ光学系の収差論により導き出される関数が知られている。しかしながら、波面収差の像面内の分布を表現する従来の関数は、開口数およびフィールドの非常に大きい投影光学系の光学調整前および光学調整中の収差状態を表現するには不十分である。   On the other hand, as a function expressing the distribution of wavefront aberration in the image plane, a function derived from an aberration theory assuming a rotationally symmetric optical system, or an aberration of an optical system including a decentration error up to the third order (ray aberration) Functions derived from theory are known. However, the conventional function for expressing the distribution of wavefront aberration in the image plane is insufficient to express the aberration state before and during the optical adjustment of the projection optical system having a very large numerical aperture and field.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、結像光学系の収差の瞳内分布および像面内分布を同時に表現することにより結像光学系の収差を解析的に評価することのできる評価方法を提供することを目的とする。また、本発明の評価方法により得られた収差の解析的な評価に基づいて、結像光学系を良好に光学調整することのできる調整方法を提供することを目的とする。さらに、本発明の調整方法により良好に光学調整された結像光学系を用いて良好な投影露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the foregoing problems, and analytically evaluates aberrations of the imaging optical system by simultaneously expressing the aberration distribution of the imaging optical system in the pupil and the distribution in the image plane. It aims at providing the evaluation method which can do. Another object of the present invention is to provide an adjustment method that can satisfactorily optically adjust the imaging optical system based on the analytical evaluation of the aberration obtained by the evaluation method of the present invention. It is another object of the present invention to provide an exposure apparatus and an exposure method capable of performing good projection exposure using an imaging optical system that is optically adjusted by the adjustment method of the present invention.

前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、収差多項式を用いて結像光学系の収差を評価する方法において、
前記収差多項式を前記結像光学系の像面座標および瞳座標の関数として正規直交関数系列のみを用いて設定する設定工程と、
前記結像光学系の像面における複数点について前記結像光学系の波面収差を得る収差獲得工程と、
前記収差獲得工程で得られた前記波面収差を瞳座標の関数としての所定の多項式で近似する近似工程と、
前記近似工程で得られた前記所定の多項式における各項の係数に基づいて前記収差多項式の各項の係数を決定する決定工程とを含むことを特徴とする評価方法を提供する。
In order to solve the above problem, in a first embodiment of the present invention, in a method for evaluating aberration of an imaging optical system using an aberration polynomial,
Setting the aberration polynomial using only orthonormal function series as a function of image plane coordinates and pupil coordinates of the imaging optical system;
An aberration acquisition step of obtaining wavefront aberration of the imaging optical system for a plurality of points on the image plane of the imaging optical system;
An approximation step of approximating the wavefront aberration obtained in the aberration acquisition step with a predetermined polynomial as a function of pupil coordinates;
And determining a coefficient of each term of the aberration polynomial based on a coefficient of each term in the predetermined polynomial obtained in the approximating step.

第1形態の好ましい態様によれば、前記設定工程は、瞳座標でのツェルニケ関数と像面座標でのツェルニケ関数とにより前記正規直交関数系列を表す工程を含む。また、前記所定の多項式はツェルニケ多項式を含むことが好ましい。また、前記収差多項式は、前記結像光学系の光軸に関する回転対称収差成分、偏芯収差成分、アス(トーリック(Toric))収差成分、および三つ葉収差成分のうちの少なくとも1つの収差成分を含むように設定されることが好ましい。この場合、前記収差多項式は、前記偏芯収差成分、前記アス(トーリック)収差成分および三つ葉収差成分のうちの少なくとも1つの収差成分を含むように設定されることが好ましい。   According to a preferred aspect of the first aspect, the setting step includes a step of expressing the orthonormal function sequence by a Zernike function in pupil coordinates and a Zernike function in image plane coordinates. The predetermined polynomial preferably includes a Zernike polynomial. The aberration polynomial includes at least one aberration component of a rotationally symmetric aberration component, an eccentric aberration component, an as (Toric) aberration component, and a trefoil aberration component with respect to the optical axis of the imaging optical system. It is preferable to set as follows. In this case, it is preferable that the aberration polynomial is set so as to include at least one aberration component of the decentering aberration component, the astolic aberration component, and the trefoil aberration component.

また、第1形態の好ましい態様によれば、前記回転対称収差成分は、前記像面座標および前記瞳座標における回転に対する不変量の冪級数として表現される。この場合、前記偏芯収差成分は、前記像面座標および前記瞳座標における座標の一次依存成分と、前記回転に対する不変量の冪級数との積として表現されることが好ましい。あるいは、前記アス(トーリック)収差成分は、前記像面座標および前記瞳座標における座標の二次依存成分で且つ座標の回転に対して180度の周期関数である成分と、前記回転に対する不変量の冪級数との積を含むことが好ましい。あるいは、前記三つ葉収差成分は、前記像面座標および前記瞳座標における座標の三次依存成分で且つ座標の回転に対して120度の周期関数である成分と、前記回転に対する不変量の冪級数との積を含むことが好ましい。   According to a preferred aspect of the first aspect, the rotationally symmetric aberration component is expressed as an invariant power series with respect to rotation in the image plane coordinates and the pupil coordinates. In this case, the decentration aberration component is preferably expressed as a product of a first-order dependent component of the coordinates in the image plane coordinates and the pupil coordinates and a power series of invariants with respect to the rotation. Alternatively, the astigmatic aberration component is a quadratic dependent component of the coordinates in the image plane coordinates and the pupil coordinates and a periodic function of 180 degrees with respect to the rotation of the coordinates, and an invariant of the rotation. It is preferable to include a product with a power series. Alternatively, the trefoil aberration component is a third-order dependent component of the coordinates in the image plane coordinates and the pupil coordinates and a periodic function of 120 degrees with respect to the rotation of the coordinates, and an invariant power series with respect to the rotation. It is preferable to include the product.

また、第1形態の好ましい態様によれば、前記決定工程は、前記近似工程で得られた前記所定の多項式における各項の係数の像面内分布を前記像面座標の関数としての所定の多項式で近似する第2の近似工程を含む。また、前記収差獲得工程は、前記結像光学系の波面収差を測定する工程を含むことが好ましい。また、前記収差獲得工程は、前記結像光学系の波面収差を光線追跡により算出する工程を含むことが好ましい。   Further, according to a preferred aspect of the first aspect, the determining step includes a predetermined polynomial as a function of the image plane coordinates, and the distribution in the image plane of the coefficient of each term in the predetermined polynomial obtained in the approximating step. A second approximation step that approximates The aberration acquisition step preferably includes a step of measuring a wavefront aberration of the imaging optical system. The aberration acquisition step preferably includes a step of calculating a wavefront aberration of the imaging optical system by ray tracing.

本発明の第2形態では、結像光学系の像面における複数点について得られた波面収差に基づいて、収差多項式を用いて前記結像光学系の収差を評価する方法において、
前記収差多項式を前記結像光学系の像面座標および瞳座標の関数として正規直交関数系列のみを用いて設定する設定工程と、
前記得られた波面収差を瞳座標の関数としての所定の多項式で近似する近似工程と、
前記近似工程で得られた前記所定の多項式における各項の係数に基づいて前記収差多項式の各項の係数を決定する決定工程とを含むことを特徴とする評価方法を提供する。
According to a second aspect of the present invention, in the method for evaluating the aberration of the imaging optical system using an aberration polynomial, based on the wavefront aberration obtained for a plurality of points on the image plane of the imaging optical system,
Setting the aberration polynomial using only orthonormal function series as a function of image plane coordinates and pupil coordinates of the imaging optical system;
An approximation step of approximating the obtained wavefront aberration with a predetermined polynomial as a function of pupil coordinates;
And determining a coefficient of each term of the aberration polynomial based on a coefficient of each term in the predetermined polynomial obtained in the approximating step.

第2形態の好ましい態様によれば、前記設定工程は、瞳座標でのツェルニケ関数と像面座標でのツェルニケ関数とにより前記正規直交関数系列を表す工程を含む。また、前記収差多項式は、偏芯収差成分、アス(トーリック)収差成分および三つ葉収差成分のうちの少なくとも1つの収差成分を含むように設定されることが好ましい。また、前記決定工程は、前記近似工程で得られた前記所定の多項式における各項の係数の像面内分布を前記像面座標の関数としての所定の多項式で近似する第2の近似工程を含むことが好ましい。   According to a preferred aspect of the second aspect, the setting step includes a step of expressing the orthonormal function sequence by a Zernike function in pupil coordinates and a Zernike function in image plane coordinates. The aberration polynomial is preferably set so as to include at least one aberration component of an eccentric aberration component, an as (toric) aberration component, and a trefoil aberration component. The determining step includes a second approximating step of approximating the in-image distribution of the coefficient of each term in the predetermined polynomial obtained in the approximating step with a predetermined polynomial as a function of the image plane coordinates. It is preferable.

本発明の第3形態では、第1形態または第2形態の評価方法により得られた前記結像光学系の収差情報に基づいて前記結像光学系を光学調整することを特徴とする調整方法を提供する。   According to a third aspect of the present invention, there is provided an adjustment method characterized in that the imaging optical system is optically adjusted based on aberration information of the imaging optical system obtained by the evaluation method of the first or second aspect. provide.

本発明の第4形態では、マスクのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系として、第3形態の調整方法により光学調整された結像光学系を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。   According to a fourth aspect of the present invention, an imaging optical system optically adjusted by the adjustment method of the third aspect is provided as a projection optical system for projecting and exposing a mask pattern onto a photosensitive substrate. An exposure apparatus is provided.

本発明の第5形態では、第3形態の調整方法により光学調整された結像光学系を用いて、マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。本発明の第6形態では、第3形態の調整方法により光学調整されたことを特徴とする結像光学系を提供する。   According to a fifth aspect of the present invention, the image of the pattern formed on the mask is projected and exposed onto a photosensitive substrate using the imaging optical system optically adjusted by the adjustment method of the third aspect. Provide a method. According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an imaging optical system that is optically adjusted by the adjustment method of the third aspect.

本発明の第7形態では、第1形態または第2形態の評価方法を実行するプログラムが記録されていることを特徴とする記録媒体を提供する。本発明の第8形態では、第1形態または第2形態の評価方法を実行するプログラムを含む信号を搭載していることを特徴とするコンピュータで受信可能な搬送波を提供する。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a recording medium in which a program for executing the evaluation method of the first aspect or the second aspect is recorded. According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a computer-receivable carrier wave that is equipped with a signal including a program that executes the evaluation method according to the first or second aspect.

本発明の評価方法では、結像光学系の収差の瞳内分布および像面内分布を同時に表現することにより、結像光学系の収差を解析的に評価することができる。したがって、本発明の評価方法により得られた収差の解析的な評価に基づいて、結像光学系を良好に光学調整することができる。また、本発明の調整方法により良好に光学調整された結像光学系を用いて、良好な投影露光を行うことができ、ひいては良好なマイクロデバイスを製造することができる。   In the evaluation method of the present invention, the aberration of the imaging optical system can be analytically evaluated by simultaneously expressing the distribution in the pupil and the distribution in the image plane of the aberration of the imaging optical system. Therefore, it is possible to satisfactorily optically adjust the imaging optical system based on the analytical evaluation of the aberration obtained by the evaluation method of the present invention. In addition, it is possible to perform good projection exposure by using the imaging optical system that is optically adjusted by the adjustment method of the present invention, and thus it is possible to manufacture a good microdevice.

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施形態にかかる結像光学系の評価方法を適用する投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図1において、投影光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を、光軸AXに垂直な面内において図1の紙面に平行にY軸を、光軸AXに垂直な面内において図1の紙面に垂直にX軸をそれぞれ設定している。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with a projection optical system to which an imaging optical system evaluation method according to an embodiment of the present invention is applied. 1, the Z-axis is parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the Y-axis is parallel to the paper surface of FIG. 1 in a plane perpendicular to the optical axis AX, and the plane is perpendicular to the optical axis AX. The X axis is set perpendicular to the paper surface.

図1に示す露光装置は、照明光を供給するための光源LSとして、たとえばF2レーザー光源(波長157nm)を備えている。光源LSから射出された光は、照明光学系ILを介して、所定のパターンが形成されたレチクル(マスク)Rを照明する。なお、光源LSと照明光学系ILとの間の光路はケーシング(不図示)で密封されており、光源LSから照明光学系IL中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。 The exposure apparatus shown in FIG. 1 includes, for example, an F 2 laser light source (wavelength 157 nm) as a light source LS for supplying illumination light. The light emitted from the light source LS illuminates the reticle (mask) R on which a predetermined pattern is formed via the illumination optical system IL. The optical path between the light source LS and the illumination optical system IL is sealed with a casing (not shown), and the space from the light source LS to the optical member on the most reticle side in the illumination optical system IL absorbs exposure light. It is replaced with an inert gas such as helium gas or nitrogen, which is a low-rate gas, or is kept in a substantially vacuum state.

レチクルRは、レチクルホルダRHを介して、レチクルステージRS上においてXY平面に平行に保持されている。レチクルRには転写すべきパターンが形成されており、たとえばパターン領域全体のうちX方向に沿って長辺を有し且つY方向に沿って短辺を有する矩形状のパターン領域が照明される。レチクルステージRSは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル面(すなわちXY平面)に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡RMを用いた干渉計RIFによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。   The reticle R is held parallel to the XY plane on the reticle stage RS via the reticle holder RH. A pattern to be transferred is formed on the reticle R. For example, a rectangular pattern region having a long side along the X direction and a short side along the Y direction in the entire pattern region is illuminated. Reticle stage RS can be moved two-dimensionally along the reticle plane (ie, XY plane) by the action of a drive system (not shown), and its position coordinates are measured by interferometer RIF using reticle moving mirror RM. And the position is controlled.

レチクルRに形成されたパターンからの光は、投影光学系PLを介して、感光性基板であるウェハW上にレチクルパターン像を形成する。ウェハWは、ウェハテーブル(ウェハホルダ)WTを介して、ウェハステージWS上においてXY平面に平行に保持されている。そして、レチクルR上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハW上ではX方向に沿って長辺を有し且つY方向に沿って短辺を有する矩形状の露光領域にパターン像が形成される。ウェハステージWSは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面(すなわちXY平面)に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡WMを用いた干渉計WIFによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。   Light from the pattern formed on the reticle R forms a reticle pattern image on the wafer W, which is a photosensitive substrate, via the projection optical system PL. The wafer W is held parallel to the XY plane on the wafer stage WS via a wafer table (wafer holder) WT. A rectangular exposure area having a long side along the X direction and a short side along the Y direction on the wafer W so as to optically correspond to the rectangular illumination area on the reticle R. A pattern image is formed. The wafer stage WS can be moved two-dimensionally along the wafer surface (that is, the XY plane) by the action of a drive system (not shown), and its position coordinates are measured by an interferometer WIF using a wafer moving mirror WM. In addition, the position is controlled.

また、図示の露光装置では、投影光学系PLを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材と最もウェハ側に配置された光学部材との間で投影光学系PLの内部が気密状態を保つように構成され、投影光学系PLの内部の気体はヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。   In the illustrated exposure apparatus, the interior of the projection optical system PL is hermetically sealed between the optical member disposed on the most reticle side and the optical member disposed on the most wafer side among the optical members constituting the projection optical system PL. The gas inside the projection optical system PL is replaced with an inert gas such as helium gas or nitrogen, or is almost kept in a vacuum state.

さらに、照明光学系ILと投影光学系PLとの間の狭い光路には、レチクルRおよびレチクルステージRSなどが配置されているが、レチクルRおよびレチクルステージRSなどを密封包囲するケーシング(不図示)の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。   Further, a reticle R and a reticle stage RS are arranged in a narrow optical path between the illumination optical system IL and the projection optical system PL, but a casing (not shown) that hermetically surrounds the reticle R and the reticle stage RS. Is filled with an inert gas such as nitrogen or helium gas, or is kept in a vacuum state.

また、投影光学系PLとウェハWとの間の狭い光路には、ウェハWおよびウェハステージWSなどが配置されているが、ウェハWおよびウェハステージWSなどを密封包囲するケーシング(不図示)の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。このように、光源LSからウェハWまでの光路の全体に亘って、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。   A narrow optical path between the projection optical system PL and the wafer W includes a wafer W and a wafer stage WS. The inside of a casing (not shown) that hermetically encloses the wafer W and the wafer stage WS. Is filled with an inert gas such as nitrogen or helium gas, or is kept in a vacuum state. Thus, an atmosphere in which the exposure light is hardly absorbed is formed over the entire optical path from the light source LS to the wafer W.

上述したように、投影光学系PLによって規定されるレチクルR上の照明領域およびウェハW上の露光領域(すなわち実効露光領域)は、Y方向に沿って短辺を有する矩形状である。したがって、駆動系および干渉計(RIF、WIF)などを用いてレチクルRおよびウェハWの位置制御を行いながら、矩形状の露光領域および照明領域の短辺方向すなわちY方向に沿ってレチクルステージRSとウェハステージWSとを、ひいてはレチクルRとウェハWとを同期的に移動(走査)させることにより、ウェハW上には露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハWの走査量(移動量)に応じた長さを有する領域に対してレチクルパターンが走査露光される。   As described above, the illumination area on the reticle R and the exposure area on the wafer W (that is, the effective exposure area) defined by the projection optical system PL are rectangular shapes having short sides along the Y direction. Accordingly, the reticle stage RS is controlled along the short side direction of the rectangular exposure area and the illumination area, that is, the Y direction, while controlling the positions of the reticle R and the wafer W using a drive system and an interferometer (RIF, WIF). By moving (scanning) the wafer stage WS and thus the reticle R and the wafer W synchronously, the wafer W has a width equal to the long side of the exposure area and the scanning amount (movement amount) of the wafer W. The reticle pattern is scanned and exposed to an area having a length corresponding to).

本実施形態では、結像光学系としての投影光学系PLに対して本発明の評価方法および調整方法を適用するが、この説明に先立って、投影光学系PLの収差を像面座標と瞳座標との関数として一般的に表す収差多項式(収差関数)を新たに導出(設定)する。図2は、投影光学系PLの像面座標および瞳座標を説明する図である。図2において像面直交座標(y,z)および瞳直交座標(ξ,η)を通る光線に着目すると、この光線の波面収差Wは、y,z,ξ,ηの冪級数に展開されるはずである。   In the present embodiment, the evaluation method and the adjustment method of the present invention are applied to the projection optical system PL as the imaging optical system. Prior to this description, the aberration of the projection optical system PL is represented by the image plane coordinates and the pupil coordinates. An aberration polynomial (aberration function) generally expressed as a function of is newly derived (set). FIG. 2 is a diagram for explaining image plane coordinates and pupil coordinates of the projection optical system PL. When attention is paid to the light ray passing through the image plane orthogonal coordinate (y, z) and the pupil orthogonal coordinate (ξ, η) in FIG. 2, the wavefront aberration W of this light ray is expanded to a power series of y, z, ξ, η. It should be.

そこで、まず、波面収差Wの各成分のうち、投影光学系PLの光軸AXに関する回転対称収差成分Wrについて考える。座標の回転に対する不変量は、次の式(1)〜(3)で表される。そして、回転対称収差成分Wrは、式(1)の不変量、式(2)の不変量および式(3)の不変量の冪級数で表現される。換言すれば、回転対称収差成分Wrは、{(1)から(3)の冪級数}で表現される。   Therefore, first of all, the rotationally symmetric aberration component Wr related to the optical axis AX of the projection optical system PL among the components of the wavefront aberration W will be considered. The invariant with respect to the rotation of the coordinates is expressed by the following equations (1) to (3). The rotationally symmetric aberration component Wr is expressed by an invariant of Expression (1), an invariant of Expression (2), and a power series of the invariant of Expression (3). In other words, the rotationally symmetric aberration component Wr is expressed by {a power series from (1) to (3)}.

2+z2 (1)
ξ2+η2 (2)
y・ξ+z・η (3)
y 2 + z 2 (1)
ξ 2 + η 2 (2)
y · ξ + z · η (3)

次に、波面収差Wの各成分のうち、投影光学系PLの光軸AXに関する偏芯収差成分Wsについて考える。偏芯で新たに発生する収差成分の座標(像面座標または瞳座標)依存性は一次のみである。したがって、偏芯成分を含んだ収差すなわち偏芯収差成分Wsは、次の式(4)〜(7)で表される一次座標依存成分のうちのいずれか1つの成分と、式(1)〜(3)で表される回転に対する不変量の冪級数との積として表現される。換言すれば、偏芯収差成分Wsは、{(1)から(3)の冪級数}×{(4)から(7)のいずれか1つ}で表現される。   Next, among the components of the wavefront aberration W, the decentration aberration component Ws related to the optical axis AX of the projection optical system PL will be considered. The dependency of aberration components newly generated by decentration on coordinates (image plane coordinates or pupil coordinates) is only primary. Therefore, the aberration including the decentering component, that is, the decentering aberration component Ws, is any one of the primary coordinate-dependent components represented by the following formulas (4) to (7), and the formulas (1) to (7). It is expressed as the product of the invariant power series for the rotation represented by (3). In other words, the decentration aberration component Ws is represented by {a power series from (1) to (3)} × {any one of (4) to (7)}.

y (4)
z (5)
ξ (6)
η (7)
y (4)
z (5)
ξ (6)
η (7)

次に、波面収差Wの各成分のうち、アス(トーリック)収差成分Waについて考える。アス(トーリック(Toric))成分で新たに発生する収差成分の座標(像面座標または瞳座標)依存性は2次のみであり、且つ座標の回転に対して180度の周期関数である。このため、アス(トーリック)成分を含んだ収差すなわちアス(トーリック)収差成分Waは、次の式(8)〜(13)で表される座標の二次依存成分で且つ座標の回転に対して180度の周期関数である成分と、式(1)〜(3)で表される回転に対する不変量の冪級数との積として表現される。換言すれば、アス(トーリック)収差成分Waは、{(1)から(3)の冪級数}×{(8)から(13)のいずれか1つ}で表現される。   Next, among the components of the wavefront aberration W, an astigmatic aberration component Wa will be considered. The dependence of the aberration component newly generated in the as (Toric) component on the coordinates (image plane coordinates or pupil coordinates) is only second order, and is a periodic function of 180 degrees with respect to the rotation of the coordinates. For this reason, an aberration including an as (toric) component, that is, an as (toric) aberration component Wa is a second-order dependent component of the coordinates represented by the following equations (8) to (13), and with respect to the rotation of the coordinates. It is expressed as a product of a component that is a periodic function of 180 degrees and a power series of invariants with respect to the rotation represented by equations (1) to (3). In other words, the astoric aberration component Wa is represented by {a power series from (1) to (3)} × {any one of (8) to (13)}.

2−z2 (8)
2y・z (9)
ξ2−η2 (10)
2ξ・η (11)
y・ξ−z・η (12)
y・η+z・ξ (13)
y 2 −z 2 (8)
2y · z (9)
ξ 2 −η 2 (10)
2ξ · η (11)
y · ξ−z · η (12)
y · η + z · ξ (13)

最後に、波面収差Wの各成分のうち、三つ葉収差成分Wtについて考える。三つ葉(Trefoil)成分で新たに発生する収差成分の座標(像面座標または瞳座標)依存性は3次のみであり、且つ座標の回転に対して120度の周期関数である。このため、三つ葉成分を含んだ収差すなわち三つ葉収差成分Wtは、次の式(14)〜(21)で表される座標の三次依存成分で且つ座標の回転に対して120度の周期関数である成分と、式(1)〜(3)で表される回転に対する不変量の冪級数との積として表現される。換言すれば、三つ葉収差成分Wtは、{(1)から(3)の冪級数}×{(14)から(21)のいずれか1つ}で表現される。   Finally, the trefoil aberration component Wt among the components of the wavefront aberration W will be considered. The dependency of the aberration component newly generated in the Trefoil component on the coordinates (image plane coordinates or pupil coordinates) is only the third order, and is a periodic function of 120 degrees with respect to the rotation of the coordinates. For this reason, the aberration including the trefoil component, that is, the trefoil aberration component Wt is a third-order dependent component of coordinates expressed by the following equations (14) to (21) and is a periodic function of 120 degrees with respect to the rotation of the coordinates. It is expressed as the product of the component and the invariant power series with respect to the rotation represented by the equations (1) to (3). In other words, the trefoil aberration component Wt is represented by {a power series from (1) to (3)} × {any one of (14) to (21)}.

y(y2−3z2) (14)
z(3y2−z2) (15)
ξ(ξ2−3η2) (16)
η(3ξ2−η2) (17)
(y2−z2)ξ−2yzη (18)
2yzξ+(y2−z2)η (19)
y(ξ2−η2)−2zξη (20)
z(ξ2−η2)+2yξη (21)
y (y 2 -3z 2) ( 14)
z (3y 2 −z 2 ) (15)
ξ (ξ 2 −3η 2 ) (16)
η (3ξ 2 −η 2 ) (17)
(Y 2 −z 2 ) ξ−2yzη (18)
2yzξ + (y 2 −z 2 ) η (19)
y (ξ 2 −η 2 ) −2zξη (20)
z (ξ 2 −η 2 ) + 2yξη (21)

こうして、回転対称収差成分Wrと偏芯収差成分Wsとアス(トーリック)収差成分Waと三つ葉収差成分Wtとを含んだ波面収差Wを、{(1)から(3)の冪級数}、または{(1)から(3)の冪級数}×{(4)から(21)のいずれか1つ}で表すことができる。一方、図2を参照すると、像面直交座標(y,z)および瞳直交座標(ξ,η)と像面極座標(h,α)および瞳極座標(ρ,θ)との間には、次の式(a)〜(d)に示す関係が成立する。ここで、hおよびρは規格化半怪であり、αおよびθは極座標の動径角である。   Thus, the wavefront aberration W including the rotationally symmetric aberration component Wr, the decentering aberration component Ws, the as (toric) aberration component Wa, and the trefoil aberration component Wt is converted into {the power series of (1) to (3)}, or { (1) to (3) power series} × {any one of (4) to (21)}. On the other hand, referring to FIG. 2, between the image plane orthogonal coordinates (y, z) and the pupil orthogonal coordinates (ξ, η) and the image plane polar coordinates (h, α) and the pupil polar coordinates (ρ, θ), The relationships shown in equations (a) to (d) are established. Here, h and ρ are standardized half mysteries, and α and θ are radial angles of polar coordinates.

y=hcosα (a)
z=hsinα (b)
ξ=ρcosθ (c)
η=ρsinθ (d)
y = hcosα (a)
z = hsinα (b)
ξ = ρcosθ (c)
η = ρsinθ (d)

したがって、式(a)〜(d)に示す関係に基づいて、上述の式(1)〜(21)を次の式(A)〜(U)にそれぞれ変形することができる。   Therefore, based on the relationships shown in the expressions (a) to (d), the above expressions (1) to (21) can be transformed into the following expressions (A) to (U), respectively.

2+z2(1)は、h2 (A)
ξ2+η2(2)は、ρ2 (B)
y・ξ+z・η(3)は、ρhcos(θ−α) (C)
y(4)は、hcosα (D)
z(5)は、hsinα (E)
ξ(6)は、ρcosθ (F)
η(7)は、ρsinθ (G)
2−z2(8)は、h2cos2α (H)
2y・z(9)は、h2sin2α (I)
ξ2−η2(10)は、ρ2cos2θ (J)
2ξ・η(11)は、ρ2sin2θ (K)
y・ξ−z・η(12)は、hρcos(θ+α) (L)
y・η+z・ξ(13)は、hρsin(θ+α) (M)
y(y2−3z2)(14)は、h3cos3α (N)
z(3y2−z2)(15)は、h3sin3α (O)
ξ(ξ2−3η2)(16)は、ρ3cos3θ (P)
η(3ξ2−η2)(17)は、ρ3sin3θ (Q)
(y2−z2)ξ−2yzη(18)は、h2ρcos(θ+2α) (R)
2yzξ+(y2−z2)η(19)は、h2ρsin(θ+2α) (S)
y(ξ2−η2)−2zξη(20)は、hρ2cos(2θ+α) (T)
z(ξ2−η2)+2yξη(21)は、hρ2sin(2θ+α) (U)
y 2 + z 2 (1) is h 2 (A)
ξ 2 + η 2 (2) is ρ 2 (B)
y · ξ + z · η (3) is ρhcos (θ−α) (C)
y (4) is hcosα (D)
z (5) is hsinα (E)
ξ (6) is ρcosθ (F)
η (7) is ρsinθ (G)
y 2 −z 2 (8) is h 2 cos2α (H)
2y · z (9) is h 2 sin2α (I)
ξ 2 −η 2 (10) is ρ 2 cos 2θ (J)
2ξ · η (11) is ρ 2 sin2θ (K)
y · ξ−z · η (12) is hρcos (θ + α) (L)
y · η + z · ξ (13) is hρsin (θ + α) (M)
y (y 2 −3z 2 ) (14) is h 3 cos3α (N)
z (3y 2 −z 2 ) (15) is h 3 sin3α (O)
ξ (ξ 2 −3η 2 ) (16) is ρ 3 cos 3θ (P)
η (3ξ 2 −η 2 ) (17) is ρ 3 sin3θ (Q)
(Y 2 −z 2 ) ξ−2yzη (18) is h 2 ρcos (θ + 2α) (R)
2yzξ + (y 2 −z 2 ) η (19) is h 2 ρsin (θ + 2α) (S)
y (ξ 2 −η 2 ) −2zξη (20) is hρ 2 cos (2θ + α) (T)
z (ξ 2 −η 2 ) + 2yξη (21) is hρ 2 sin (2θ + α) (U)

したがって、回転対称収差成分Wrと偏芯収差成分Wsとアス(トーリック)収差成分Waと三つ葉収差成分Wtとを含んだ波面収差Wは、次の収差多項式(e)で表される。   Accordingly, the wavefront aberration W including the rotationally symmetric aberration component Wr, the decentering aberration component Ws, the as (toric) aberration component Wa, and the trefoil aberration component Wt is expressed by the following aberration polynomial (e).

W=Σ(Mi×FMi)
ただし、
FMi=(Aj1・Bj2・Cj3)×{(Dk1・Ek2・Fk3・Gk4
×(Hk5・Ik6・Jk7・Kk8・Lk9・Mk10
×(Nk11・Ok12・Pk13・Qk14・Rk15
・Sk16・Tk17・Uk18)} (e)
W = Σ (Mi × FMi)
However,
FMi = (A j1 · B j2 · C j3) × {(D k1 · E k2 · F k3 · G k4)
× (H k5 · I k6 · J k7 · K k8 · L k9 · M k10)
× (N k11 · O k12 · P k13 · Q k14 · R k15
· S k16 · T k17 · U k18 )} (e)

ここで、Σは正の整数i(i=1,2,3,・・・)に関する総和記号であって、MiおよびFMiは収差多項式Σ(Mi・FMi)における各項の係数および関数である。また、j1〜j3は、負でない整数(0,1,2,・・・)である。さらに、k1〜k18は、0または1で、且つΣki≦1を満たす。換言すれば、k1〜k18は、すべてが0であるか、あるいはいずれか1つだけが1であって他は0である。具体的には、k1〜k18がすべて0である場合、当該項は回転対称収差成分Wrを表すことになる。一方、k1〜k18のいずれか1つだけが1である場合、当該項は偏芯収差成分Wsまたはアス(トーリック)収差成分Waまたは三つ葉収差成分Wtを表すことになる。   Here, Σ is a summation symbol for a positive integer i (i = 1, 2, 3,...), And Mi and FMi are coefficients and functions of terms in the aberration polynomial Σ (Mi · FMi). . J1 to j3 are non-negative integers (0, 1, 2,...). Furthermore, k1 to k18 are 0 or 1, and satisfy Σki ≦ 1. In other words, k1 to k18 are all 0, or only one of them is 1 and the others are 0. Specifically, when k1 to k18 are all 0, the term represents the rotationally symmetric aberration component Wr. On the other hand, when only one of k1 to k18 is 1, the term represents the decentering aberration component Ws, the astolic aberration component Wa, or the trefoil aberration component Wt.

次の表(1)および(2)に、収差多項式Σ(Mi・FMi)における各項の収差関数FMiに対応するiの値、ω依存性、収差次数、およびj1〜j3およびk1〜k18の次数の組み合わせ(各表において空欄は0である)を示す。ここで、j1〜j3およびk1〜k18の次数の組み合わせは、定数項FM1以外の各項の収差関数FMiが少なくともρを含むように規定されている。また、ω依存性では、ω=0の場合には回転依存性がないこと、ω=1の場合には360°回転依存性(1回回転依存性)があること、ω=2の場合には180°回転依存性(2回回転依存性)があること、ω=3の場合には120°回転依存性(3回回転依存性)があることをそれぞれ示している。   In the following tables (1) and (2), the value of i corresponding to the aberration function FMi of each term in the aberration polynomial Σ (Mi · FMi), ω dependency, aberration order, and j1 to j3 and k1 to k18 Indicates a combination of orders (blanks are 0 in each table). Here, the combinations of the orders of j1 to j3 and k1 to k18 are defined such that the aberration function FMi of each term other than the constant term FM1 includes at least ρ. As for ω dependency, there is no rotation dependency when ω = 0, 360 ° rotation dependency (one rotation dependency) when ω = 1, and ω = 2. Indicates that there is a 180 ° rotation dependency (twice rotation dependency), and that when ω = 3, there is a 120 ° rotation dependency (three rotation rotation dependency).

さらに、j1〜j3のいずれか1つが1であれば収差次数は2だけ増え、k1〜k4のいずれか1つが1であれば収差次数は1だけ増え、k5〜k10のいずれか1つが1であれば収差次数は2だけ増え、k11〜k18のいずれか1つが1であれば収差次数は3だけ増える。なお、表(1)および(2)では、第47項以降の収差関数FMiの表示を省略している。   Further, if any one of j1 to j3 is 1, the aberration order is increased by 2, if any one of k1 to k4 is 1, the aberration order is increased by 1, and any one of k5 to k10 is 1. If there is, the aberration order is increased by 2, and if any one of k11 to k18 is 1, the aberration order is increased by 3. In Tables (1) and (2), the aberration function FMi after the 47th term is not shown.

表(1)

Figure 2005012190
Table (1)
Figure 2005012190

表(2)

Figure 2005012190
Table (2)
Figure 2005012190

次に、表(1)および(2)に則り、収差多項式Σ(Mi・FMi)における各項の収差関数FMiを、像面直交座標(z,y)および瞳極座標(ρ,θ)で表現して、以下の表(3)に示す。表(3)の収差分類において、Focusはフォーカスを、Distはディストーションを、Toricはトーリックを、Comaはコマを、Trefoilは三つ葉を、アスはアス(トーリック)収差をそれぞれ示している。また、表(3)において次数は収差次数を表している。また、表(3)の収差関数FMiにおいて、「+・・・」は既出の収差関数で表現できる部分を表している。なお、表(3)では、第47項以降の収差関数FMiの表示を省略している。   Next, according to Tables (1) and (2), the aberration function FMi of each term in the aberration polynomial Σ (Mi · FMi) is expressed by image plane orthogonal coordinates (z, y) and pupil polar coordinates (ρ, θ). It is shown in the following table (3). In the aberration classification of Table (3), Focus indicates focus, Dist indicates distortion, Toric indicates toric, Coma indicates coma, Trefoil indicates trefoil, and as indicates as (toric) aberration. In Table (3), the order represents the aberration order. In the aberration function FMi in Table (3), “+...” Represents a portion that can be expressed by the above-described aberration function. In Table (3), the aberration function FMi after the 47th term is not shown.

表(3)

Figure 2005012190
Table (3)
Figure 2005012190

ここで、波面収差の瞳内の分布を表すツェルニケ多項式について基本的な事項を説明する。ツェルニケ多項式の表現では、座標系として上述の瞳極座標(ρ,θ)を用い、直交関数系としてツェルニケの円筒関数を用いる。すなわち、波面収差W(ρ,θ)は、ツェルニケの円筒関数Zi(ρ,θ)を用いて、次の式(f)に示すように展開される。   Here, basic matters regarding the Zernike polynomial representing the distribution of the wavefront aberration in the pupil will be described. In the Zernike polynomial expression, the above-mentioned pupil polar coordinates (ρ, θ) are used as the coordinate system, and the Zernike cylindrical function is used as the orthogonal function system. That is, the wavefront aberration W (ρ, θ) is developed as shown in the following equation (f) using Zernike's cylindrical function Zi (ρ, θ).

W(ρ,θ)=ΣCi・Zi(ρ,θ)
=C1・Z1(ρ,θ)+C2・Z2(ρ,θ)
・・・・+Cn・Zn(ρ,θ) (f)
W (ρ, θ) = ΣCi · Zi (ρ, θ)
= C1 · Z1 (ρ, θ) + C2 · Z2 (ρ, θ)
・ ・ ・ ・ + Cn ・ Zn (ρ, θ) (f)

ここで、Ciは、ツェルニケ多項式の各項の係数である。以下、ツェルニケ多項式の各項の関数系Zi(ρ,θ)のうち、第1項〜第36項にかかる関数Z1〜Z36を、次の表(4)に示す。   Here, Ci is a coefficient of each term of the Zernike polynomial. Hereinafter, among the function system Zi (ρ, θ) of each term of the Zernike polynomial, functions Z1 to Z36 relating to the first term to the 36th term are shown in the following table (4).

表(4)
Z1: 1
Z2: ρcosθ
Z3: ρsinθ
Z4: 2ρ2−1
Z5: ρ2cos2θ
Z6: ρ2sin2θ
Z7: (3ρ2−2)ρcosθ
Z8: (3ρ2−2)ρsinθ
Z9: 6ρ4−6ρ2+1
Z10: ρ3cos3θ
Z11: ρ3sin3θ
Z12: (4ρ2−3)ρ2cos2θ
Z13: (4ρ2−3)ρ2sin2θ
Z14: (10ρ4−12ρ2+3)ρcosθ
Z15: (10ρ4−12ρ2+3)ρsinθ
Z16: 20ρ6−30ρ4+12ρ2−1
Z17: ρ4cos4θ
Z18: ρ4sin4θ
Z19: (5ρ2−4)ρ3cos3θ
Z20: (5ρ2−4)ρ3sin3θ
Z21: (15ρ4−20ρ2+6)ρ2cos2θ
Z22: (15ρ4−20ρ2+6)ρ2sin2θ
Z23: (35ρ6−60ρ4+30ρ2−4)ρcosθ
Z24: (35ρ6−60ρ4+30ρ2−4)ρsinθ
Z25: 70ρ8−140ρ6+90ρ4−20ρ2+1
Z26: ρ5cos5θ
Z27: ρ5sin5θ
Z28: (6ρ2−5)ρ4cos4θ
Z29: (6ρ2−5)ρ4sin4θ
Z30: (21ρ4−30ρ2+10)ρ3cos3θ
Z31: (21ρ4−30ρ2+10)ρ3sin3θ
Z32: (56ρ6−104ρ4+60ρ2−10)ρ2cos2θ
Z33: (56ρ6−104ρ4+60ρ2−10)ρ2sin2θ
Z34: (126ρ8−280ρ6+210ρ4−60ρ2+5)ρcosθ
Z35: (126ρ8−280ρ6+210ρ4−60ρ2+5)ρsinθ
Z36: 252ρ10−630ρ8+560ρ6−210ρ4+30ρ2−1
Table (4)
Z1: 1
Z2: ρcosθ
Z3: ρsinθ
Z4: 2ρ 2 −1
Z5: ρ 2 cos2θ
Z6: ρ 2 sin2θ
Z7: (3ρ 2 -2) ρcosθ
Z8: (3ρ 2 -2) ρsinθ
Z9: 6ρ 4 -6ρ 2 +1
Z10: ρ 3 cos3θ
Z11: ρ 3 sin3θ
Z12: (4ρ 2 -3) ρ 2 cos2θ
Z13: (4ρ 2 -3) ρ 2 sin2θ
Z14: (10ρ 4 −12ρ 2 +3) ρcosθ
Z15: (10ρ 4 −12ρ 2 +3) ρsinθ
Z16: 20ρ 6 −30ρ 4 + 12ρ 2 −1
Z17: ρ 4 cos4θ
Z18: ρ 4 sin4θ
Z19: (5ρ 2 -4) ρ 3 cos3θ
Z20: (5ρ 2 -4) ρ 3 sin3θ
Z21: (15ρ 4 −20ρ 2 +6) ρ 2 cos 2θ
Z22: (15ρ 4 −20ρ 2 +6) ρ 2 sin2θ
Z23: (35ρ 6 -60ρ 4 + 30ρ 2 -4) ρcosθ
Z24: (35ρ 6 -60ρ 4 + 30ρ 2 -4) ρsinθ
Z25: 70ρ 8 −140ρ 6 + 90ρ 4 −20ρ 2 +1
Z26: ρ 5 cos 5θ
Z27: ρ 5 sin5θ
Z28: (6ρ 2 -5) ρ 4 cos4θ
Z29: (6ρ 2 -5) ρ 4 sin4θ
Z30: (21ρ 4 −30ρ 2 +10) ρ 3 cos3θ
Z31: (21ρ 4 −30ρ 2 +10) ρ 3 sin3θ
Z32: (56ρ 6 −104ρ 4 + 60ρ 2 −10) ρ 2 cos 2θ
Z33: (56ρ 6 −104ρ 4 + 60ρ 2 −10) ρ 2 sin2θ
Z34: (126ρ 8 -280ρ 6 + 210ρ 4 -60ρ 2 +5) ρcosθ
Z35: (126ρ 8 −280ρ 6 + 210ρ 4 −60ρ 2 +5) ρsinθ
Z36: 252ρ 10 −630ρ 8 + 560ρ 6 −210ρ 4 + 30ρ 2 −1

次に、収差多項式Σ(Mi・FMi)の表(3)に示す各項の収差関数FMiを、ツェルニケ多項式の表(4)に示す各項のツェルニケ関数Ziの線形結合の形態に変形し、これを収差多項式のための新たな収差関数、すなわちツェルニケ関数表現された収差関数FNiとして以下の表(5)に示す。なお、各項の収差関数FMiの変形に際しては、ρの次数およびθの次数が同じで且つsinおよびcosの種別が同じツェルニケ関数Ziを置換導入している。   Next, the aberration function FMi of each term shown in the table (3) of the aberration polynomial Σ (Mi · FMi) is transformed into a form of linear combination of the Zernike function Zi of each term shown in the table (4) of the Zernike polynomial. This is shown in the following table (5) as a new aberration function for the aberration polynomial, that is, the aberration function FNi expressed in the Zernike function. When the aberration function FMi of each term is modified, a Zernike function Zi having the same order of ρ and the same order of θ and the same type of sin and cos is introduced.

また、各項の収差関数FMiを変形した結果、ある項の収差関数FNiが他の項の収差関数FNjを含む場合には、冗長性(redundancy)を避けるために、収差関数FNiから収差関数FNjに対応する部分を省略している。具体的には、最も単純な例としてFM2とZ4とを参照すると、第2項の収差関数FN2は初期的に(Z4−Z1)となるが、他の項(第1項)の収差関数FN1=Z1を含んでいるので、収差関数FN2から収差関数FN1に対応する部分Z1を省略して、収差関数FN2=Z4としている。   In addition, when the aberration function FMi of each term is modified as a result of the deformation of the aberration function FMi of each term, the aberration function FNj is changed from the aberration function FNi to avoid redundancy. The part corresponding to is omitted. Specifically, referring to FM2 and Z4 as the simplest example, the aberration function FN2 of the second term is initially (Z4-Z1), but the aberration function FN1 of the other term (first term). = Z1 is included, the portion Z1 corresponding to the aberration function FN1 is omitted from the aberration function FN2, and the aberration function FN2 = Z4.

さらに、各項の収差関数FMiを変形した結果、ある項の収差関数FNiが他の項の収差関数FNjと一致する場合にも、冗長性を避けるために収差関数FNjの採用を省略している。具体的には、表(5)を参照すると、第39項および第40項の収差関数FN39およびFN40が第25項および第26項の収差関数FN25およびFN26とそれぞれ一致しているので、収差多項式Σ(Mi・FNi)において第39項および第40項の収差関数FN39およびFN40は用いられないことになる。   Furthermore, even when the aberration function FNi of a certain term matches the aberration function FNj of another term as a result of modifying the aberration function FMi of each term, the adoption of the aberration function FNj is omitted in order to avoid redundancy. . Specifically, referring to Table (5), since the aberration functions FN39 and FN40 of the 39th term and the 40th term coincide with the aberration functions FN25 and FN26 of the 25th term and the 26th term, respectively, the aberration polynomial In Σ (Mi · FNi), the aberration functions FN39 and FN40 in the 39th and 40th terms are not used.

また、表(5)において、収差関数FN2〜FN8は回転対称収差成分Wrに対応し、収差関数FN9〜FN20は偏芯収差成分Wsに対応し、収差関数FN21〜FN40はアス(トーリック)収差成分Waに対応し、収差関数FN41〜FN46は三つ葉収差成分Wtに対応している。なお、表(5)では、第1項の収差関数FN1=Z1および第47項以降の収差関数FNiの表示を省略している。   In Table (5), the aberration functions FN2 to FN8 correspond to the rotationally symmetric aberration component Wr, the aberration functions FN9 to FN20 correspond to the decentration aberration component Ws, and the aberration functions FN21 to FN40 represent the astigmatic aberration component. Corresponding to Wa, the aberration functions FN41 to FN46 correspond to the trefoil aberration component Wt. In Table (5), the aberration function FN1 = Z1 of the first term and the aberration function FNi after the 47th term are omitted.

表(5)

Figure 2005012190
Table (5)
Figure 2005012190

本実施形態では、波面収差を収差多項式でフィッティング(近似)する際にフィッティング誤差を小さく抑えるために、収差多項式を像面座標および瞳座標の関数として正規直交関数系列のみを用いて設定する。この目的のため、本実施形態では、瞳極座標(ρ,θ)で表わされたツェルニケ関数Ziに対応させて、像面極座標(h,α)で表わされたツェルニケ関数Fiを導入する。第1項〜第36項にかかる像面座標でのツェルニケ関数F1〜F36を、次の表(6)に示す。   In this embodiment, in order to suppress a fitting error when fitting (approximate) wavefront aberration with an aberration polynomial, the aberration polynomial is set as a function of image plane coordinates and pupil coordinates using only an orthonormal function sequence. For this purpose, in this embodiment, a Zernike function Fi represented by image plane polar coordinates (h, α) is introduced in correspondence with the Zernike function Zi represented by pupil polar coordinates (ρ, θ). Zernike functions F1 to F36 in image plane coordinates according to the first term to the 36th term are shown in the following table (6).

表(6)
F1: 1
F2: hcosα
F3: hsinα
F4: 2h2−1
F5: h2cos2α
F6: h2sin2α
F7: (3h2−2)hcosα
F8: (3h2−2)hsinα
F9: 6h4−6h2+1
F10: h3cos3α
F11: h3sin3α
F12: (4h2−3)h2cos2α
F13: (4h2−3)h2sin2α
F14: (10h4−12h2+3)hcosα
F15: (10h4−12h2+3)hsinα
F16: 20h6−30h4+12h2−1
F17: h4cos4α
F18: h4sin4α
F19: (5h2−4)h3cos3α
F20: (5h2−4)h3sin3α
F21: (15h4−20h2+6)h2cos2α
F22: (15h4−20h2+6)h2sin2α
F23: (35h6−60h4+30h2−4)hcosα
F24: (35h6−60h4+30h2−4)hsinα
F25: 70h8−140h6+90h4−20h2+1
F26: h5cos5α
F27: h5sin5α
F28: (6h2−5)h4cos4α
F29: (6h2−5)h4sin4α
F30: (21h4−30h2+10)h3cos3α
F31: (21h4−30h2+10)h3sin3α
F32: (56h6−104h4+60h2−10)h2cos2α
F33: (56h6−104h4+60h2−10)h2sin2α
F34: (126h8−280h6+210h4−60h2+5)hcosα
F35: (126h8−280h6+210h4−60h2+5)hsinα
F36: 252h10−630h8+560h6−210h4+30h2−1
Table (6)
F1: 1
F2: hcosα
F3: hsinα
F4: 2h 2 -1
F5: h 2 cos2α
F6: h 2 sin2α
F7: (3h 2 -2) hcosα
F8: (3h 2 -2) hsinα
F9: 6h 4 -6h 2 +1
F10: h 3 cos3α
F11: h 3 sin3α
F12: (4h 2 -3) h 2 cos2α
F13: (4h 2 -3) h 2 sin2α
F14: (10h 4 -12h 2 +3) hcosα
F15: (10h 4 -12h 2 +3) hsinα
F16: 20h 6 -30h 4 + 12h 2 -1
F17: h 4 cos4α
F18: h 4 sin4α
F19: (5h 2 -4) h 3 cos3α
F20: (5h 2 -4) h 3 sin3α
F21: (15h 4 -20h 2 +6) h 2 cos2α
F22: (15h 4 -20h 2 +6) h 2 sin2α
F23: (35h 6 -60h 4 + 30h 2 -4) hcosα
F24: (35h 6 -60h 4 + 30h 2 -4) hsinα
F25: 70h 8 -140h 6 + 90h 4 -20h 2 +1
F26: h 5 cos5α
F27: h 5 sin5α
F28: (6h 2 -5) h 4 cos4α
F29: (6h 2 -5) h 4 sin4α
F30: (21h 4 -30h 2 +10) h 3 cos3α
F31: (21h 4 -30h 2 +10) h 3 sin3α
F32: (56h 6 −104h 4 + 60h 2 −10) h 2 cos2α
F33: (56h 6 −104h 4 + 60h 2 −10) h 2 sin2α
F34: (126h 8 -280h 6 + 210h 4 -60h 2 +5) hcosα
F35: (126h 8 -280h 6 + 210h 4 -60h 2 +5) hsinα
F36: 252h 10 -630h 8 + 560h 6 -210h 4 + 30h 2 -1

実際の投影光学系の波面収差を像面座標および瞳座標の関数として表現する場合、後述するように、露光領域内の複数点において測定(あるいは光線追跡計算)により得られた波面収差をツェルニケ関数に近似し、更に本実施形態の収差多項式に近似して各収差成分を算出することになる。このとき、波面収差を収差多項式でフィッティングする際にフィッティング誤差を小さく抑えるには、表(5)に示された収差関数FNiの直交化が課題になる。   When expressing the wavefront aberration of an actual projection optical system as a function of image plane coordinates and pupil coordinates, the wavefront aberration obtained by measurement (or ray tracing calculation) at a plurality of points in the exposure area is expressed as a Zernike function. And each aberration component is calculated by approximating the aberration polynomial of this embodiment. At this time, orthogonalization of the aberration function FNi shown in Table (5) becomes a problem in order to suppress the fitting error when fitting the wavefront aberration with the aberration polynomial.

本実施形態では、像面が円形であり且つ最大像高を1に規格化することを条件として、たとえばグラム・シュミット直交化法により収差関数の直交化を行い、最終的に正規直交化された収差関数系列を導出する。すなわち、瞳座標でのツェルニケ関数Ziと像面座標でのツェルニケ関数Fiとにより正規直交関数系列TAi,TBi,TCi,およびTDiを表し、これらの正規直交関数系列TAi,TBi,TCi,およびTDiのみを用いて、次の式(g)に示すような収差多項式を像面座標および瞳座標の関数として設定する。   In the present embodiment, on the condition that the image surface is circular and the maximum image height is normalized to 1, the aberration function is orthogonalized by, for example, the Gram-Schmidt orthogonalization method, and finally the normal orthogonalization is performed. An aberration function series is derived. That is, the Zernike function Zi in pupil coordinates and the Zernike function Fi in image plane coordinates represent orthonormal function sequences TAi, TBi, TCi, and TDi, and only these orthonormal function sequences TAi, TBi, TCi, and TDi. Is used to set an aberration polynomial as shown in the following equation (g) as a function of image plane coordinates and pupil coordinates.

W=Σ(MAi×TAi+MBi×TBi+MCi×TCi
+MDi×TDi) (g)
W = Σ (MAi × TAi + MBi × TBi + MCi × TCi
+ MDi × TDi) (g)

式(g)に示す収差多項式において、MAiおよびTAiは、回転対称収差成分Wrに関する各項の係数および直交化された収差関数である。MBiおよびTBiは、偏芯収差成分Wsに関する各項の係数および直交化された収差関数である。MCiおよびTCiは、アス(トーリック)収差成分Waに関する各項の係数および直交化された収差関数である。MDiおよびTDiは、三つ葉収差成分Wtに関する各項の係数および直交化された収差関数である。   In the aberration polynomial shown in the equation (g), MAi and TAi are the coefficient of each term and the orthogonalized aberration function regarding the rotationally symmetric aberration component Wr. MBi and TBi are the coefficient of each term and the orthogonalized aberration function regarding the decentration aberration component Ws. MCi and TCi are the coefficient of each term and the orthogonalized aberration function regarding the astolic aberration component Wa. MDi and TDi are the coefficient of each term and the orthogonalized aberration function regarding the trefoil aberration component Wt.

次の表(7)および(8)に、回転対称収差成分Wrに関する各項の直交化収差関数TAiを示す。次の表(9)〜(12)に、偏芯収差成分Wsに関する各項の直交化収差関数TBiを示す。次の表(13)に、アス(トーリック)収差成分Waに関する各項の直交化収差関数TCiを示す。次の表(14)に、三つ葉収差成分Wtに関する各項の直交化収差関数TDiを示す。なお、直交化収差関数TAiでは第51項以降の関数の表示を、直交化収差関数TBiでは第131項以降の関数の表示を、直交化収差関数TCiでは第19項以降の関数の表示を、直交化収差関数TDiでは第7項以降の関数の表示をそれぞれ省略している。   The following tables (7) and (8) show orthogonalized aberration functions TAi for each term related to the rotationally symmetric aberration component Wr. The following tables (9) to (12) show orthogonalized aberration functions TBi of the terms related to the decentration aberration component Ws. The following table (13) shows the orthogonalized aberration function TCi of each term related to the as (toric) aberration component Wa. Table (14) below shows the orthogonalized aberration function TDi of each term related to the trefoil aberration component Wt. In the orthogonalized aberration function TAi, the function after the 51st term is displayed. In the orthogonalized aberration function TBi, the function after the 131st term is displayed. In the orthogonalized aberration function TCi, the function after the 19th term is displayed. In the orthogonalized aberration function TDi, the display of functions after the seventh term is omitted.

表(7)

Figure 2005012190
Table (7)
Figure 2005012190

表(8)

Figure 2005012190
Table (8)
Figure 2005012190

表(9)

Figure 2005012190
Table (9)
Figure 2005012190

表(10)

Figure 2005012190
Table (10)
Figure 2005012190

表(11)

Figure 2005012190
Table (11)
Figure 2005012190

表(12)

Figure 2005012190
Table (12)
Figure 2005012190

表(13)

Figure 2005012190
Table (13)
Figure 2005012190

表(14)

Figure 2005012190
Table (14)
Figure 2005012190

こうして、本実施形態では、投影光学系PLの収差を像面座標と瞳座標との関数として表す収差多項式として、正規直交関数系列のみを用いた収差多項式(g)が最終的に設定される。なお、本実施形態では、収差多項式(g)における各項の収差関数として、9次(光線収差)までの回転対称収差成分を表現する関数、8次(光線収差)までの偏心収差成分を表現する関数、3次(光線収差)までのアス(トーリック)収差成分を表現する関数、2次(光線収差)までの三つ葉収差成分を表現する関数を例示的に算出しているが、同様な手法により、さらに高次の収差分布を表現する収差関数を算出することも可能である。   Thus, in the present embodiment, an aberration polynomial (g) using only an orthonormal function sequence is finally set as an aberration polynomial expressing the aberration of the projection optical system PL as a function of image plane coordinates and pupil coordinates. In this embodiment, as an aberration function of each term in the aberration polynomial (g), a function expressing a rotationally symmetric aberration component up to the ninth order (ray aberration), and a decentration aberration component up to the eighth order (ray aberration) are expressed. A function that expresses an as (toric) aberration component up to the third order (ray aberration), and a function that expresses a trefoil aberration component up to the second order (ray aberration). Thus, it is also possible to calculate an aberration function expressing a higher-order aberration distribution.

さらに、フォーカス成分をより正確に表現するためには、下記の通り、表(7)〜(13)中のZ4をデフォーカス収差D(次の式(h)で示す)で置換すると、各評価点でのフォーカス成分あるいは球面収差成分のフィッティング精度を向上させることができる。これは、特に高い開口数を有する結像光学系の評価の際に有効である。
D=(ρ2−1)1/2−1 (h)
Furthermore, in order to express the focus component more accurately, each evaluation is performed by replacing Z4 in Tables (7) to (13) with a defocus aberration D (shown by the following equation (h)) as follows. The fitting accuracy of the focus component or spherical aberration component at a point can be improved. This is particularly effective when evaluating an imaging optical system having a high numerical aperture.
D = (ρ 2 −1) 1/2 −1 (h)

図3は、本実施形態における投影光学系PLの評価方法および調整方法の工程を示すフローチャートである。図3を参照すると、本実施形態では、上述の手法を用いて、投影光学系PLの収差を像面座標と瞳座標との関数として表す収差多項式(g)を正規直交関数系列のみを用いて設定する(S11)。次いで、投影光学系PLの像面における複数点について、その波面収差を測定する(S12)。なお、投影光学系PLの波面収差の測定に際しては、たとえば米国特許第5,898,501号(特開平10−38757号および特開平10−38758号に対応)に開示されたフィゾー型干渉計を用いることができる。   FIG. 3 is a flowchart showing steps of the evaluation method and adjustment method of the projection optical system PL in the present embodiment. Referring to FIG. 3, in the present embodiment, using the above-described method, an aberration polynomial (g) representing the aberration of the projection optical system PL as a function of image plane coordinates and pupil coordinates is used only by using an orthonormal function sequence. Set (S11). Next, the wavefront aberration is measured for a plurality of points on the image plane of the projection optical system PL (S12). When measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL, for example, a Fizeau interferometer disclosed in US Pat. No. 5,898,501 (corresponding to JP-A-10-38757 and JP-A-10-38758) is used. Can be used.

また、特開2000−97617号に開示されたPDI(ポイントデフラクション干渉計)や、特開平10−284368号および米国特許第4,309,602号荷開示された位相回復法や、WO99/60361号、WO00/55890号、および特願2000−258085号に開示されたS/H(シャック・ハルトマン)法や、米国特許第5,828,455号及び米国特許第5,978,085号に開示されたLitel Instruments Inc.社の手法などを用いることもできる。   Further, PDI (Point Deflection Interferometer) disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-97617, phase recovery method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-284368 and US Pat. No. 4,309,602, WO99 / 60361 No., WO 00/55890, and Japanese Patent Application No. 2000-258085, the S / H (Shack-Hartmann) method, and US Pat. No. 5,828,455 and US Pat. No. 5,978,085. Litel Instruments Inc. Company methods can also be used.

さらに、特開2000−146757号に開示されたハーフトーン位相シフトマスクを用いる手法や、特開平10−170399号、 Jena Review 1991/1, pp8-12 "Wavefront analysis of photolithographic lenses" Wolfgang Freitag et al., Applied Optics Vol. 31, No.13, May 1, 1992, pp2284‐2290. "Aberration analysis in aerial images formed by lithographic lenses", Wolfgang Freitag et al.、および特開2002−22609号に開示されているように、瞳内の一部を通過する光束を用いる手法などを用いることもできる。なお、上述の説明では、干渉計などを用いて投影光学系PLの波面収差を測定しているが、たとえば光線追跡により投影光学系PLの波面収差を算出することもできる。   Further, a method using a halftone phase shift mask disclosed in JP-A No. 2000-146757, JP-A No. 10-170399, Jena Review 1991/1, pp8-12 “Wavefront analysis of photolithographic lenses” Wolfgang Freitag et al. , Applied Optics Vol. 31, No. 13, May 1, 1992, pp2284-2290. "Aberration analysis in aerial images formed by lithographic lenses", Wolfgang Freitag et al., And Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-22609. As described above, a method using a light beam passing through a part of the pupil can be used. In the above description, the wavefront aberration of the projection optical system PL is measured using an interferometer or the like. However, for example, the wavefront aberration of the projection optical system PL can be calculated by ray tracing.

次いで、本実施形態では、収差獲得工程(S12)で得られた波面収差を、瞳座標の関数としてのツェルニケ多項式で近似する(S13)。具体的には、像面における複数点について得られた波面収差をツェルニケ多項式でフィッティングし、各項のツェルニケ係数Ciを各像点について算出する。次に、近似工程(S13)で得られたツェルニケ多項式における各項のツェルニケ係数Ciに基づいて、本実施形態の収差多項式(g)における各項の係数MAi,MBi,MCi,およびMDiを決定する(S14)。   Next, in the present embodiment, the wavefront aberration obtained in the aberration acquisition step (S12) is approximated by a Zernike polynomial as a function of pupil coordinates (S13). Specifically, the wavefront aberration obtained for a plurality of points on the image plane is fitted with a Zernike polynomial, and the Zernike coefficient Ci of each term is calculated for each image point. Next, the coefficients MAi, MBi, MCi, and MDi of each term in the aberration polynomial (g) of the present embodiment are determined based on the Zernike coefficient Ci of each term in the Zernike polynomial obtained in the approximation step (S13). (S14).

具体的には、たとえば特定項のツェルニケ関数Ziに着目し、対応するツェルニケ係数Ciの像面内分布(各像点における係数Ciの分布)に基づいて、収差多項式(g)における特定項の係数MAi,MBi,MCi,およびMDiを、たとえば最小二乗法を用いて決定する。さらに、他の特定項のツェルニケ関数Ziに着目し、対応するツェルニケ係数Ciの像面内分布に基づいて、収差多項式(g)における他の項の係数MAi,MBi,MCi,およびMDiを、たとえば最小二乗法を用いて順次決定する。   Specifically, for example, focusing on the Zernike function Zi of the specific term, the coefficient of the specific term in the aberration polynomial (g) based on the in-plane distribution of the corresponding Zernike coefficient Ci (the distribution of the coefficient Ci at each image point) MAi, MBi, MCi, and MDi are determined using, for example, the least square method. Further, paying attention to the Zernike function Zi of another specific term, based on the in-image distribution of the corresponding Zernike coefficient Ci, the coefficients MAi, MBi, MCi, and MDi of other terms in the aberration polynomial (g) are, for example, Sequentially determined using the least squares method.

こうして、本実施形態では、表(7)〜(14)に規定された直交化関数TAi,TBi,TCi,およびTDiと、決定工程(S14)で決定された係数MAi,MBi,MCi,およびMDiとに基づいて、投影光学系PLの収差の瞳内分布および像面内分布を同時に表現する収差多項式が最終的に得られる。最後に、本実施形態の評価方法(S11〜S14)により得られた投影光学系PLの収差情報(すなわち最終的に得られた収差多項式)に基づいて、投影光学系PLを光学調整する(S15)。   Thus, in the present embodiment, the orthogonalization functions TAi, TBi, TCi, and TDi defined in Tables (7) to (14), and the coefficients MAi, MBi, MCi, and MDi determined in the determination step (S14). Based on the above, an aberration polynomial that simultaneously represents the in-pupil distribution and the in-plane distribution of aberration of the projection optical system PL is finally obtained. Finally, the projection optical system PL is optically adjusted based on the aberration information (ie, finally obtained aberration polynomial) of the projection optical system PL obtained by the evaluation method (S11 to S14) of the present embodiment (S15). ).

本実施形態では、投影光学系PLの収差の瞳内分布および像面内分布を同時に表現する収差多項式(g)を用いることにより、投影光学系PLの収差成分を解析的に分解することが可能になり、コンピュータを使って試行錯誤的に数値最適化を行う従来の手法に比して、修正解すなわち光学調整方法および光学調整量を迅速に且つ正確に算出することが可能になる。つまり、収差多項式(g)により投影光学系PLの収差状況の特徴を把握し易くなるので、光学調整の見通しが立て易くなることが期待できる。   In this embodiment, the aberration component of the projection optical system PL can be analyzed analytically by using the aberration polynomial (g) that simultaneously expresses the aberration distribution of the projection optical system PL in the pupil and the distribution in the image plane. Thus, it is possible to calculate a corrected solution, that is, an optical adjustment method and an optical adjustment amount quickly and accurately as compared with the conventional method of performing numerical optimization by trial and error using a computer. That is, since it becomes easy to grasp the characteristics of the aberration state of the projection optical system PL by the aberration polynomial (g), it can be expected that the prospect of optical adjustment can be easily made.

さらに、設計段階での各種誤差解析において、従来は自動修正を使った手法が多用されているが、本実施形態の収差多項式(g)を用いることにより、投影光学系PLの収差状況が一義的に求まるので、簡便で且つ正確な解析を期待することができる。また、正規直交関数系列TAi,TBi,TCi,およびTDiのみを用いて設定された本実施形態の収差多項式(g)を用いることにより、波面収差を収差多項式(g)でフィッティングする際にフィッティング誤差を小さく抑えることができる。   Furthermore, in various error analysis at the design stage, conventionally, a technique using automatic correction has been widely used. However, by using the aberration polynomial (g) of the present embodiment, the aberration state of the projection optical system PL is unambiguous. Therefore, simple and accurate analysis can be expected. Further, by using the aberration polynomial (g) of the present embodiment set using only the orthonormal function series TAi, TBi, TCi, and TDi, fitting error when fitting wavefront aberration with the aberration polynomial (g) Can be kept small.

なお、上述の実施形態では、計算の煩雑さを避けつつ投影光学系PLの収差を十分に表現できるように収差多項式(g)の導出において次数を制限しているが、本発明の収差多項式の導出方法では必要に応じて次数をさらに高めることができる。また、上述の実施形態では、収差多項式(g)の導出に際して、回転対称収差成分Wrと偏芯収差成分Wsとアス(トーリック)収差成分Waと三つ葉収差成分Wtとを考慮しているが、これに限定されることなく、他の適当な収差成分なども必要に応じて考慮することができる。   In the embodiment described above, the order is limited in the derivation of the aberration polynomial (g) so that the aberration of the projection optical system PL can be sufficiently expressed while avoiding the complexity of the calculation. In the derivation method, the order can be further increased as necessary. In the above-described embodiment, when the aberration polynomial (g) is derived, the rotationally symmetric aberration component Wr, the decentration aberration component Ws, the astolic aberration component Wa, and the trefoil aberration component Wt are considered. However, other appropriate aberration components can be taken into consideration as necessary.

上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル(マスク)を照明し(照明工程)、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する(露光工程)ことにより、マイクロデバイス(半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等)を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図4のフローチャートを参照して説明する。   In the exposure apparatus of the above-described embodiment, the reticle (mask) is illuminated by the illumination device (illumination process), and the transfer pattern formed on the mask is exposed to the photosensitive substrate using the projection optical system (exposure process). Thus, a micro device (semiconductor element, imaging element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. Hereinafter, referring to the flowchart of FIG. 4 for an example of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of this embodiment. I will explain.

先ず、図4のステップ301において、1ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ302において、その1ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ303において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その1ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ304において、その1ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ305において、その1ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。   First, in step 301 of FIG. 4, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the one lot of wafers. Thereafter, in step 303, using the exposure apparatus of the present embodiment, the image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of one lot via the projection optical system. Thereafter, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is etched on the one lot of wafers to form a pattern on the mask. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer.

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ301〜ステップ305では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。   Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer. According to the semiconductor device manufacturing method described above, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput. In steps 301 to 305, a metal is deposited on the wafer, a resist is applied on the metal film, and exposure, development, and etching processes are performed. Prior to these processes, on the wafer. It is needless to say that after forming a silicon oxide film, a resist may be applied on the silicon oxide film, and steps such as exposure, development, and etching may be performed.

また、本実施形態の露光装置では、プレート(ガラス基板)上に所定のパターン(回路パターン、電極パターン等)を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図5のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図5において、パターン形成工程401では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板(レジストが塗布されたガラス基板等)に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程402へ移行する。   In the exposure apparatus of this embodiment, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 5, in a pattern forming process 401, a so-called photolithography process is performed in which a mask pattern is transferred and exposed to a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of the present embodiment. By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate undergoes steps such as a developing step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.

次に、カラーフィルター形成工程402では、R(Red)、G(Green)、B(Blue)に対応した3つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはR、G、Bの3本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程402の後に、セル組み立て工程403が実行される。セル組み立て工程403では、パターン形成工程401にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程402にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。セル組み立て工程403では、例えば、パターン形成工程401にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程402にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル(液晶セル)を製造する。   Next, in the color filter forming step 402, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three of R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning line direction. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembly step 403 is executed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like. In the cell assembly step 403, for example, liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401 and the color filter obtained in the color filter formation step 402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is obtained. ).

その後、モジュール組み立て工程404にて、組み立てられた液晶パネル(液晶セル)の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。   Thereafter, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.

なお、上述の実施形態では、露光装置に搭載された投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、他の一般的な結像光学系に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、いわゆるスキャン露光型の露光装置に搭載された投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、一括露光型の露光装置に搭載された投影光学系に対して本発明を適用することもできる。   In the above-described embodiment, the present invention is applied to the projection optical system mounted on the exposure apparatus. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to other general imaging optical systems. The invention can also be applied. In the above-described embodiment, the present invention is applied to the projection optical system mounted on the so-called scan exposure type exposure apparatus. However, the present invention is not limited to this, and is mounted on the collective exposure type exposure apparatus. The present invention can also be applied to the projected optical system.

さらに、上述の実施形態では、157nmの波長光を供給するF2 レーザー光源を用いているが、これに限定されることなく、たとえば248nmの波長光を供給するKrFエキシマレーザー光源や、193nmの波長光を供給するArFエキシマレーザー光源などの深紫外光源、146nmの波長光を供給するKr2 レーザー光源や126nmの波長光を供給するAr2 レーザー光源などの真空紫外光源、またg線(436nm)やi線(365nm)を供給する水銀ランプなどを用いることもできる。 Furthermore, in the above-described embodiment, an F 2 laser light source that supplies light having a wavelength of 157 nm is used. However, the present invention is not limited to this. For example, a KrF excimer laser light source that supplies light having a wavelength of 248 nm, Deep ultraviolet light source such as ArF excimer laser light source that supplies light, Kr 2 laser light source that supplies light with a wavelength of 146 nm, vacuum ultraviolet light source such as Ar 2 laser light source that supplies light with a wavelength of 126 nm, g-line (436 nm), A mercury lamp or the like that supplies i-line (365 nm) can also be used.

本発明の実施形態にかかる結像光学系の評価方法を適用する投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the exposure apparatus provided with the projection optical system which applies the evaluation method of the imaging optical system concerning embodiment of this invention. 投影光学系PLの像面座標および瞳座標を説明する図である。It is a figure explaining the image plane coordinate and pupil coordinate of projection optical system PL. 本実施形態における投影光学系PLの評価方法および調整方法の工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the evaluation method and adjustment method of projection optical system PL in this embodiment. マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。It is a flowchart of the method at the time of obtaining the semiconductor device as a microdevice. マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。It is a flowchart of the method at the time of obtaining the liquid crystal display element as a microdevice.

符号の説明Explanation of symbols

LS 光源
IL 照明光学系
R レチクル
RS レチクルステージ
PL 投影光学系
W ウェハ
WS ウェハステージ
LS Light source IL Illumination optical system R Reticle RS Reticle stage PL Projection optical system W Wafer WS Wafer stage

Claims (16)

収差多項式を用いて結像光学系の収差を評価する方法において、
前記収差多項式を前記結像光学系の像面座標および瞳座標の関数として正規直交関数系列のみを用いて設定する設定工程と、
前記結像光学系の像面における複数点について前記結像光学系の波面収差を得る収差獲得工程と、
前記収差獲得工程で得られた前記波面収差を瞳座標の関数としての所定の多項式で近似する近似工程と、
前記近似工程で得られた前記所定の多項式における各項の係数に基づいて前記収差多項式の各項の係数を決定する決定工程とを含むことを特徴とする評価方法。
In a method for evaluating aberration of an imaging optical system using an aberration polynomial,
Setting the aberration polynomial using only orthonormal function series as a function of image plane coordinates and pupil coordinates of the imaging optical system;
An aberration acquisition step of obtaining wavefront aberration of the imaging optical system for a plurality of points on the image plane of the imaging optical system;
An approximation step of approximating the wavefront aberration obtained in the aberration acquisition step with a predetermined polynomial as a function of pupil coordinates;
And a determining step of determining a coefficient of each term of the aberration polynomial based on a coefficient of each term in the predetermined polynomial obtained in the approximating step.
前記設定工程は、瞳座標でのツェルニケ関数と像面座標でのツェルニケ関数とにより前記正規直交関数系列を表す工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の評価方法。 2. The evaluation method according to claim 1, wherein the setting step includes a step of expressing the orthonormal function sequence by a Zernike function in pupil coordinates and a Zernike function in image plane coordinates. 前記所定の多項式はツェルニケ多項式を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の評価方法。 The evaluation method according to claim 1, wherein the predetermined polynomial includes a Zernike polynomial. 前記収差多項式は、前記結像光学系の光軸に関する回転対称収差成分、偏芯収差成分、アス(トーリック)収差成分、および三つ葉収差成分のうちの少なくとも1つの収差成分を含むように設定されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の評価方法。 The aberration polynomial is set so as to include at least one aberration component of a rotationally symmetric aberration component, an eccentric aberration component, an as (toric) aberration component, and a trefoil aberration component with respect to the optical axis of the imaging optical system. The evaluation method according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記収差多項式は、前記偏芯収差成分、前記アス(トーリック)収差成分および三つ葉収差成分のうちの少なくとも1つの収差成分を含むように設定されることを特徴とする請求項4に記載の評価方法。 5. The evaluation method according to claim 4, wherein the aberration polynomial is set so as to include at least one aberration component among the decentering aberration component, the as (toric) aberration component, and the trefoil aberration component. . 前記回転対称収差成分は、前記像面座標および前記瞳座標における回転に対する不変量の冪級数として表現されることを特徴とする請求項4または5に記載の評価方法。 6. The evaluation method according to claim 4, wherein the rotationally symmetric aberration component is expressed as an invariant power series with respect to rotation in the image plane coordinates and the pupil coordinates. 前記偏芯収差成分は、前記像面座標および前記瞳座標における座標の一次依存成分と、前記回転に対する不変量の冪級数との積として表現されることを特徴とする請求項6に記載の評価方法。 The evaluation according to claim 6, wherein the decentration aberration component is expressed as a product of a first-order dependent component of the coordinates in the image plane coordinates and the pupil coordinates and a power series of invariants with respect to the rotation. Method. 前記アス(トーリック)収差成分は、前記像面座標および前記瞳座標における座標の二次依存成分で且つ座標の回転に対して180度の周期関数である成分と、前記回転に対する不変量の冪級数との積を含むことを特徴とする請求項6に記載の評価方法。 The astigmatic aberration component is a quadratic dependent component of the coordinates in the image plane coordinates and the pupil coordinates and a periodic function of 180 degrees with respect to the rotation of the coordinates, and an invariable power series with respect to the rotation The evaluation method according to claim 6, further comprising: 前記三つ葉収差成分は、前記像面座標および前記瞳座標における座標の三次依存成分で且つ座標の回転に対して120度の周期関数である成分と、前記回転に対する不変量の冪級数との積を含むことを特徴とする請求項6に記載の評価方法。 The trefoil aberration component is a product of a third-order dependent component of the coordinates in the image plane coordinates and the pupil coordinates and a periodic function of 120 degrees with respect to the rotation of the coordinates and a power series of invariants with respect to the rotation. The evaluation method according to claim 6, further comprising: 前記決定工程は、前記近似工程で得られた前記所定の多項式における各項の係数の像面内分布を前記像面座標の関数としての所定の多項式で近似する第2の近似工程を含むことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の記載の評価方法。 The determining step includes a second approximating step of approximating the in-image distribution of the coefficient of each term in the predetermined polynomial obtained in the approximating step with a predetermined polynomial as a function of the image plane coordinates. The evaluation method according to any one of claims 1 to 9, wherein the evaluation method is characterized. 前記収差獲得工程は、前記結像光学系の波面収差を測定する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の評価方法。 The evaluation method according to claim 1, wherein the aberration acquisition step includes a step of measuring a wavefront aberration of the imaging optical system. 前記収差獲得工程は、前記結像光学系の波面収差を光線追跡により算出する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の評価方法。 The evaluation method according to claim 1, wherein the aberration acquisition step includes a step of calculating a wavefront aberration of the imaging optical system by ray tracing. 結像光学系の像面における複数点について得られた波面収差に基づいて、収差多項式を用いて前記結像光学系の収差を評価する方法において、
前記収差多項式を前記結像光学系の像面座標および瞳座標の関数として正規直交関数系列のみを用いて設定する設定工程と、
前記得られた波面収差を瞳座標の関数としての所定の多項式で近似する近似工程と、
前記近似工程で得られた前記所定の多項式における各項の係数に基づいて前記収差多項式の各項の係数を決定する決定工程とを含むことを特徴とする評価方法。
In a method for evaluating the aberration of the imaging optical system using an aberration polynomial, based on the wavefront aberration obtained for a plurality of points on the image plane of the imaging optical system,
Setting the aberration polynomial using only orthonormal function series as a function of image plane coordinates and pupil coordinates of the imaging optical system;
An approximation step of approximating the obtained wavefront aberration with a predetermined polynomial as a function of pupil coordinates;
And a determining step of determining a coefficient of each term of the aberration polynomial based on a coefficient of each term in the predetermined polynomial obtained in the approximating step.
請求項1乃至13のいずれか1項に記載の評価方法により得られた前記結像光学系の収差情報に基づいて前記結像光学系を光学調整することを特徴とする調整方法。 An adjustment method comprising: optically adjusting the imaging optical system based on aberration information of the imaging optical system obtained by the evaluation method according to claim 1. マスクのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系として、請求項14に記載の調整方法により光学調整された結像光学系を備えていることを特徴とする露光装置。 15. An exposure apparatus comprising an imaging optical system optically adjusted by the adjustment method according to claim 14 as a projection optical system for projecting and exposing a mask pattern onto a photosensitive substrate. 請求項14に記載の調整方法により光学調整された結像光学系を用いて、マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。 An exposure method comprising: projecting and exposing a pattern image formed on a mask onto a photosensitive substrate using an imaging optical system optically adjusted by the adjustment method according to claim 14.
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