JP2002022609A - Projection aligner - Google Patents

Projection aligner

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JP2002022609A
JP2002022609A JP2000208681A JP2000208681A JP2002022609A JP 2002022609 A JP2002022609 A JP 2002022609A JP 2000208681 A JP2000208681 A JP 2000208681A JP 2000208681 A JP2000208681 A JP 2000208681A JP 2002022609 A JP2002022609 A JP 2002022609A
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optical system
projection optical
pattern
projection
illumination
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JP2000208681A
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Kiyonari Miura
聖也 三浦
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Canon Inc
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Canon Inc
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Publication date
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591Testing optical components
    • G03F7/706Aberration measurement

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a projection aligner in which the wave front aberration of a projection optical system can be measured easily with high accuracy under a state where the projection optical system is mounted on the projection aligner. SOLUTION: A pattern to be inspected sufficiently larger than the resolution limit pattern of a projection optical system is placed in the vicinity of the focus position thereof and the amount of image shift in the focus image of a light beam passed through a sufficiently small region in the aperture of the projection optical system, among focus light beams of the pattern, is measured at a plurality of sufficiently small regions in order to calculate the wave front aberration of the projection optical system.

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、半導体素子を製造
するリソグラフイ工程で使用される、マスク上のパター
ンを投影光学系を介して感光性の基板に転写する投影露
光装置に関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a projection exposure apparatus for transferring a pattern on a mask to a photosensitive substrate via a projection optical system, which is used in a lithography process for manufacturing a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子の製造におけるフォトリソグ
ラフイ工程では、レチクルやフォトマスク(以下、レチ
クルと総称する)に形成された回路パターンを感光剤が
塗布された半導体ウエハーに転写する投影型露光装置が
使用される。この種の露光装置では、レチクル上のパタ
ーンを所定の倍率(縮小率)で高精度にウエハー上に転
写するため、結像性能のよい、収差を抑えた投影光学系
を用いることが重要である。近年では、半導体デバイス
の一層の微細化要求により、従来の光学系で期待されて
いた結像性能以上に微細なパターンを転写する要求が多
くなってきている。従来以上に微細なパターンの形成で
は、光学系の収差に対する敏感度が高くなっている。一
方で、投影光学系には露光面積の拡大・高NA化が求めら
れており、収差補正をより困難にしている。
2. Description of the Related Art In a photolithography process in the manufacture of semiconductor devices, a projection type exposure apparatus for transferring a circuit pattern formed on a reticle or a photomask (hereinafter collectively referred to as a reticle) onto a semiconductor wafer coated with a photosensitive agent. Is used. In this type of exposure apparatus, in order to transfer a pattern on a reticle onto a wafer with high accuracy at a predetermined magnification (reduction ratio), it is important to use a projection optical system with good imaging performance and reduced aberration. . In recent years, with the demand for further miniaturization of semiconductor devices, there has been an increasing demand for transferring a finer pattern than the imaging performance expected of conventional optical systems. In forming a finer pattern than ever before, the sensitivity of the optical system to aberrations is high. On the other hand, the projection optical system is required to have a large exposure area and a high NA, which makes aberration correction more difficult.

【0003】収差に対する要求が厳しくなっている状況
の中、露光装置に投影光学系を搭載した状態、すなわち
実際に露光に使用する状態で、投影光学系の収差、特に
波面収差を計測したいという要求が生じてきた。波面収
差の計測により、使用状態にそくした精密なレンズ調整
や、収差の影響を受けにくいデバイスの設計が可能とな
るためである。
In a situation where the requirements for aberrations are becoming severe, there is a demand for measuring the aberrations of the projection optical system, particularly the wavefront aberration, in a state where the projection optical system is mounted on the exposure apparatus, that is, in a state where the projection optical system is actually used for exposure. Has arisen. This is because the measurement of the wavefront aberration makes it possible to precisely adjust a lens in accordance with a use state and to design a device that is hardly affected by aberration.

【0004】投影光学系の結像性能を露光装置に搭載し
た状態で求める手投としては、実際にパターンを露光・
現像してパターンシフトや形状から収差量を類推する方
法や、バーチャートなど特定の形状をしたパターンのコ
ントラストを求めるやり方などがある。しかしながら、
これらの方法を用いて波面収差を求めることまでは行わ
れていない。干渉計を用いて波面収差を求める方法は投
影光学系の製造段階の検査装置として用いられるのが一
般的で、露光装置に搭載するには技術的及びコスト的に
壁が厚く、実用に至っていない。
As a manual projection for determining the imaging performance of the projection optical system in a state of being mounted on an exposure apparatus, a pattern is actually exposed / exposed.
There is a method of developing and estimating the amount of aberration from a pattern shift or shape, or a method of obtaining the contrast of a pattern having a specific shape such as a bar chart. However,
No attempt has been made to determine the wavefront aberration using these methods. The method of obtaining wavefront aberration using an interferometer is generally used as an inspection device at the stage of manufacturing a projection optical system, and has a technically and costly wall to be mounted on an exposure device, and is not practical. .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記、実際にパターン
を露光現像してパターンシフトや形状から収差量を類推
する方法では、計測するまでに作業に要する時間やコス
トがかかり、レジストや現像におけるプロセス要因との
切り分けが難しい。また、得られる結果も、特定の収差
を類推するに過ぎず、投影光学系のトータルの収差情報
を得ることは出来ない。一方、バーチャートを用いてコ
ントラストを求めるやりかたで波面収差を求める方法で
は、粗いピッチから解像限界を超えるピッチまで非常に
多数のバーチャートでコントラストを求める必要があ
り、バーチャートの製作上、及び測定労力の点から実用
的ではない。
In the method of estimating the amount of aberration from the pattern shift and the shape by actually exposing and developing a pattern, the time and cost required for the measurement are long, and the process for resist and development is difficult. Difficult to separate from factors. In addition, the obtained result only estimates a specific aberration, and cannot obtain total aberration information of the projection optical system. On the other hand, in the method of obtaining the wavefront aberration in a manner of obtaining the contrast using a bar chart, it is necessary to obtain the contrast in a very large number of bar charts from a coarse pitch to a pitch exceeding the resolution limit, on the production of the bar chart, and Not practical in terms of measurement effort.

【0006】また、干渉計を投影露光装置に搭載するに
はプリズム、ミラー、レンズなどからなる干渉計と干渉
計用のコヒーレンスの良い照明系を、レチクルステージ
あるいはウエハーステージの近傍に配置しなけらはなら
ない。一般に、ウエハーステージやレチクルステージ近
傍の空間には制限が多く、干渉計や干渉計用の照明系の
大ささが制約を受けると同時に、発熱や振動などの面か
らも制約があり、実装上の難度が高い。さらに、近年の
露光波長の短波長化により、露光波長領域において干渉
計に用いることができるコヒーレンスのよい光源は存在
しないか、非常に高額である。このため干渉計方式の収
差測定装置の投影露光装置への搭載は技術的にも、コス
ト的にも現実的でない。
In order to mount an interferometer on a projection exposure apparatus, an interferometer including a prism, a mirror, a lens, and the like, and an illumination system with good coherence for the interferometer must be arranged near the reticle stage or wafer stage. Not be. In general, the space near the wafer stage or reticle stage is often limited, and the size of the interferometer and the illumination system for the interferometer is limited. High difficulty. Furthermore, due to the recent shortening of the exposure wavelength, a light source with good coherence that can be used for an interferometer in the exposure wavelength region does not exist or is very expensive. For this reason, mounting the interferometer type aberration measuring apparatus on a projection exposure apparatus is not practical either technically or cost-effectively.

【0007】本発明は、前述の課題に鑑み、装置上で直
接、投影光学系の波面収差を計測する機能を備えた投影
露光装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a projection exposure apparatus having a function of directly measuring the wavefront aberration of a projection optical system on an apparatus.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明の投影露
光装置はレチクルやフォトマスク上の回路パターンを投
影光学系を介して基板上に投影露光する投影露光装置に
おいて、前記投影光学系の物体面または結像面にパター
ンを配置し、前記投影光学系を介して前記パターンの像
を形成させる際、前記投影光学系の開口内に部分領域を
形成し,かつ該部分領域位置を可変とする手段を有し,
該部分領域を通過した光束の結像によって生じる像シフ
ト量を、前記開口内の複数位置に関して計測して、前記
投影光学系の波面収差を算出することを特徴としてい
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a projection exposure apparatus for projecting and exposing a circuit pattern on a reticle or a photomask onto a substrate via a projection optical system. When arranging a pattern on an object plane or an imaging plane and forming an image of the pattern via the projection optical system, a partial area is formed in an opening of the projection optical system, and the position of the partial area is variable. Means to do
The method is characterized in that wave shifts of the projection optical system are calculated by measuring image shift amounts caused by the image formation of the light beam passing through the partial area with respect to a plurality of positions in the aperture.

【0009】請求項2の発明は請求項1の発明において
前記投影光学系に照明光を入射させる照明系に前記投影
光学系の開口内の十分小さい領域を通過させることので
きる照明開口可変手投を有するとともに、前記照明開口
可変手段を通過し投影光学系を介して形成された前記像
の位置を検出する受光系を有し、前記照明開口可変手段
の変化に応じて、形成される像シフト量を計測し、複数
個の照明開口の像シフト量情報から前記投影光学系の波
面収差量を算出することを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, an illumination aperture variable hand throw that allows a sufficiently small area within the aperture of the projection optical system to pass through an illumination system for making illumination light incident on the projection optical system. And a light receiving system that detects the position of the image formed through the projection optical system after passing through the illumination aperture variable unit, and the image shift formed according to the change of the illumination aperture variable unit. The amount is measured, and the wavefront aberration amount of the projection optical system is calculated from the image shift amount information of the plurality of illumination apertures.

【0010】請求項3の発明は請求項1の発明において
前記投影光学系に入射する照明光を前記投影光学系の瞳
より大きな広がりを持つ状態で照明し、前記投影光学系
を介して形成される前記像の位置を検出する受光系に前
記投影光学系の開口内の十分小さい領域を通過させるこ
とのできる受光開口可変手段を有し、前記受光開口手段
の変化に応じて、形成される像シフト量を計測し、複数
個の受光開口の像シフト量情報から投影光学系の波面収
差量を算出することを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the illumination light incident on the projection optical system is illuminated so as to have a greater extent than a pupil of the projection optical system, and is formed through the projection optical system. Light-receiving aperture variable means for allowing a light-receiving system for detecting the position of the image to pass through a sufficiently small area within the aperture of the projection optical system, and an image formed in response to a change in the light-receiving aperture means The shift amount is measured, and the wavefront aberration amount of the projection optical system is calculated from the image shift amount information of the plurality of light receiving apertures.

【0011】請求項4の発明は請求項2又は3の発明に
おいて前記像シフト量を観察する前記投影光学系の結像
面に配置されたパターンとして、前記投影レンズのウエ
ハーステージ上で前記投影光学系の結像位置近傍に前記
投影光学系の解像限界のパターンより十分大きい測定用
パターンを配置することを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, the projection optical system is arranged on a wafer stage of the projection lens as a pattern arranged on an image plane of the projection optical system for observing the image shift amount. It is characterized in that a measurement pattern sufficiently larger than the resolution limit pattern of the projection optical system is arranged near the image forming position of the system.

【0012】請求項5の発明は請求項2、3又は4の発
明において前記照明系が収差測定用の専用の照明系を持
つことを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the second, third or fourth aspect, the illumination system has a dedicated illumination system for measuring aberration.

【0013】請求項6の発明は請求項5の発明において
前記照明系がTTRアライメントスコープに構成されてい
ることを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the illumination system is configured as a TTR alignment scope.

【0014】請求項7の発明は請求項5の発明において
前記照明系がウエハーステージ側から前記測定用パター
ンを照明することを特徴としている。
The invention of claim 7 is characterized in that, in the invention of claim 5, the illumination system illuminates the measurement pattern from the wafer stage side.

【0015】請求項8の発明は請求項2から7のいずれ
か1項の発明において前記受光系はTTRアライメントス
コープと共通に構成されていることを特徴としている。
The invention of claim 8 is characterized in that, in the invention of any one of claims 2 to 7, the light receiving system is configured in common with a TTR alignment scope.

【0016】請求項9の発明は請求項1から6のいずれ
か1項又は8の発明において前記像シフト量計測時、前
記測定用パターンに対応するレチクル上の位置に基準マ
ークを設け、該基準マークと前記測定用パターンの相対
距離から像シフト量を計測することを特徴としている。
According to a ninth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a reference mark is provided at a position on a reticle corresponding to the measurement pattern when the image shift amount is measured. The image shift amount is measured from a relative distance between a mark and the measurement pattern.

【0017】請求項10の発明は請求項9記載の発明に
おいて前記基準マークがシングルエッジパターンで構成
されていることを特徴としている。
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect, the reference mark is formed of a single edge pattern.

【0018】請求項11の発明は請求項9又は10の発
明において前記レチクル上の基準マークの位置を前記受
光系において前記投影光学系を介さずに検出することを
特徴としている。
An eleventh aspect of the present invention is characterized in that, in the ninth or tenth aspect of the present invention, the position of the reference mark on the reticle is detected in the light receiving system without passing through the projection optical system.

【0019】請求項12の発明は請求項1から8のいず
れか1項の発明において前記投影光学系の開口全体を用
いた結像で前記測定用パターンの像の位置を基準位置と
して計測し、前記投影光学系の開口内の十分小さい領域
を通過した光束の結像によって生じる像シフト量を前記
基準位置をもとに計測して、前記投影光学系の波面収差
量を算出することを特徴としている。
According to a twelfth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, the position of the image of the measurement pattern is measured as a reference position by imaging using the entire aperture of the projection optical system, Measuring the image shift amount caused by the imaging of the light beam that has passed through a sufficiently small area in the opening of the projection optical system based on the reference position, and calculating the wavefront aberration amount of the projection optical system. I have.

【0020】請求項13の発明は請求項1〜12のいず
れか1項の発明において前記照明開口可変手段、あるい
は受光開口可変手段による開口の大きさが光学的に前記
投影光学系の瞳の径の大きさの約1/10付近の径を持つこ
とを特徴としている。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to twelfth aspects, the size of the aperture by the illumination aperture variable means or the light reception aperture variable means is optically the diameter of the pupil of the projection optical system. It is characterized by having a diameter of about 1/10 of the size of.

【0021】請求項14の発明の投影露光装置はレチク
ルやフォトマスク上の回路パターンを投影光学系を介し
て基板上に投影露光する投影露光装置において、前記投
影光学系の物体面に所定の第1のパターンを配置した
時、前記投影光学系を介した前記第1のパターンの像の
位置をウエハーステージ上に配置された第2のパターン
に重ねて光電検出する機構を備え、前記投影光学系の開
口内に部分領域を形成し,かつ該部分領域位置を可変と
する手段を有し、該部分領域を通過した光束の結像によ
って生じる前記第2のパターンに対する前記第1のパタ
ーンの像シフト量を、前記開口内の複数位置に関して計
測して、前記投影光学系の波面収差を算出することを特
徴としている。
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a projection exposure apparatus for projecting and exposing a circuit pattern on a reticle or a photomask onto a substrate via a projection optical system. And a mechanism for photoelectrically detecting the position of the image of the first pattern via the projection optical system when the first pattern is arranged, the second pattern being disposed on a wafer stage, and Means for forming a partial area in the opening of the lens and changing the position of the partial area, wherein the image shift of the first pattern with respect to the second pattern caused by the imaging of the light beam passing through the partial area The amount is measured for a plurality of positions in the opening to calculate a wavefront aberration of the projection optical system.

【0022】請求項15の発明は請求項14の発明にお
いて前記光電検出する機構がウエハーステージに載置さ
れていることを特徴としている。
A fifteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the fourteenth aspect, the photoelectric detection mechanism is mounted on a wafer stage.

【0023】請求項16の発明は請求項14又は15の
発明において前記第1のパターンと第2のパターンのピッ
チの比が前記投影光学系の倍率と等しいことを特徴とし
ている。
The invention of claim 16 is characterized in that, in the invention of claim 14 or 15, the ratio of the pitch of the first pattern to the pitch of the second pattern is equal to the magnification of the projection optical system.

【0024】請求項17の発明は請求項14、15又は
16の発明において前記投影光学系に照明光を入射させ
る照明系に前記投影光学系の開口内の十分小さい領域を
通過させることのできる照明開口可変手投を有するとと
もに、前記照明開口可変手段を通過し投影光学系を介し
て形成された前記像の位置を検出する受光系を有し、前
記照明開口可変手段の変化に応じて、形成される像シフ
ト量を計測し、複数個の照明開口の像シフト量情報から
前記投影光学系の波面収差量を算出することを特徴とし
ている。
According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided the illumination system according to the fourteenth, fifteenth, or sixteenth aspect, wherein the illumination system allows illumination light to enter the projection optical system, so that the illumination system can pass through a sufficiently small area within the opening of the projection optical system. It has a variable aperture hand throw, and has a light receiving system that detects the position of the image formed through the projection optical system through the illumination aperture variable means, and forms the light in response to a change in the illumination aperture variable means. The amount of image shift to be performed is measured, and the amount of wavefront aberration of the projection optical system is calculated from the information of the amount of image shift of a plurality of illumination apertures.

【0025】請求項18の発明は請求項17の発明にお
いて前記像シフト量を観察する前記レチクル面に配置さ
れたパターンとして、前記投影光学系の解像限界に対応
するパターンより十分大きい測定用パターンを配置する
ことを特徴としている。
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the invention of the seventeenth aspect, the pattern arranged on the reticle surface for observing the image shift amount is a measurement pattern sufficiently larger than a pattern corresponding to the resolution limit of the projection optical system. Is arranged.

【0026】請求項19の発明は請求項17又は18の
発明において前記照明系が収差測定用の専用の照明系を
持つことを特徴としている。
The invention of claim 19 is characterized in that, in the invention of claim 17 or 18, the illumination system has a dedicated illumination system for measuring aberration.

【0027】請求項20の発明は請求項17又は18の
発明において前記照明系が投影露光用の照明系と共用さ
れることを特徴としている。
The invention of claim 20 is characterized in that, in the invention of claim 17 or 18, the illumination system is shared with an illumination system for projection exposure.

【0028】請求項21の発明は請求項14から20の
いずれか1項の発明において記照明開口可変手段により
形成される前記投影光学系の瞳における開口の大きさが
前記投影光学系の瞳の径の約1/10付近の大きさの径を持
つことを特徴としている。
According to a twenty-first aspect of the present invention, the size of the aperture in the pupil of the projection optical system formed by the illumination aperture variable means is the same as that of the pupil of the projection optical system. It is characterized by having a diameter of about 1/10 of the diameter.

【0029】請求項22の発明は請求項1から21のい
ずれか1項の発明において前記計測された像シフト量よ
り前記投影光学系の光線収差を求め、前記光線収差量か
ら波面収差量を算出することを特徴としている。
According to a twenty-second aspect of the present invention, in any one of the first to twenty-first aspects, the ray aberration of the projection optical system is obtained from the measured image shift amount, and the wavefront aberration amount is calculated from the ray aberration amount. It is characterized by doing.

【0030】請求項23の発明の投影露光装置は照明光
学系に照明されたレチクルやフォトマスク上の回路パタ
ーンを投影光学系を介して基板上に投影露光する投影露
光装置において、前記照明光学系内に該投影光学系の波
面収差測定用の照明開口可変手段を設けたことを特徴と
している。
A projection exposure apparatus according to a twenty-third aspect of the present invention is a projection exposure apparatus for projecting and exposing a circuit pattern on a reticle or a photomask illuminated by an illumination optical system onto a substrate via the projection optical system. The illumination optical system is characterized in that an illumination aperture varying means for measuring the wavefront aberration of the projection optical system is provided therein.

【0031】請求項24の発明の投影露光装置はレチク
ルやフォトマスク上の回路パターンを投影光学系を介し
て基板上に投影露光する投影露光装置において、前記投
影光学系外の該投影光学系瞳共役位置に波面収差測定用
の可変開口を設けたことを特徴としている。
A projection exposure apparatus according to a twenty-fourth aspect of the present invention is a projection exposure apparatus for projecting and exposing a circuit pattern on a reticle or a photomask onto a substrate via a projection optical system. A variable aperture for measuring wavefront aberration is provided at the conjugate position.

【0032】請求項25の発明の波面収差測定方法はレ
チクルやフォトマスク上の回路パターンを投影光学系を
介して基板上に投影露光する投影露光装置の投影光学系
の波面収差を測定する方法であって、前記投影光学系外
の該投影光学計瞳共役位置から前記投影光学系の開口内
に部分領域を設定し、該部分領域を通過した光束の結像
によって生じる像シフト量を、前記開口内の複数位置に
関して計測して、前記投影光学系の波面収差を算出する
ことを特徴としている。
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, there is provided a method for measuring a wavefront aberration of a projection optical system of a projection exposure apparatus for projecting and exposing a circuit pattern on a reticle or a photomask onto a substrate via a projection optical system. A partial area is set within the aperture of the projection optical system from the pupil conjugate position of the projection optical meter outside the projection optical system, and an image shift amount caused by imaging of a light beam passing through the partial area is determined by the aperture. And measuring the wavefront aberration of the projection optical system.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下述べる実施形態では投影光学
系の開口内における複数個の領域の像シフト量情報から
は投影光学系の光線収差が求まるので、該光線収差量か
ら波面収差量を算出することができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the embodiments described below, the ray aberration of the projection optical system is obtained from the image shift amount information of a plurality of areas within the aperture of the projection optical system. can do.

【0034】投影光学系の開口内の十分小さい領域を通
過させる結像光束の生成を照明系内に照明開口可変手投
を構成したり、投影光学系の瞳全面を覆うような照明を
行った後に受光系内に配置した受光開口可変手段を用い
て実現する。
An image forming beam which passes through a sufficiently small area in the aperture of the projection optical system is generated by illuminating a variable aperture aperture in the illumination system or illuminating so as to cover the entire pupil of the projection optical system. This is realized later by using a light-receiving aperture variable means arranged in the light-receiving system.

【0035】つまり、先ず投影光学系の開口内の任意の
位置を十分小さい領域の照明条件で照明し、投影光学系
の開口内での回折光分布が十分小さくなる線幅、ピッチ
を持つ測定用の被検査パターンの反射、回折パターンを
投影光学系を介し検出光学系で観察する。続いて、被検
査パターンの像のシフト量を検出して横収差量を計測す
る。該計測を複数個の十分小さい領域の照明条件につい
て行い、投影光学系開口内の位置情報と被検査パターン
のシフト情報に基づいて投影光学系の波面収差を算出す
る。
That is, first, an arbitrary position within the opening of the projection optical system is illuminated under illumination conditions of a sufficiently small area, and a measurement width and a pitch having a line width and a pitch at which the diffracted light distribution within the opening of the projection optical system is sufficiently small. The reflection and diffraction patterns of the pattern to be inspected are observed by the detection optical system via the projection optical system. Subsequently, the amount of shift of the image of the pattern to be inspected is detected to measure the amount of lateral aberration. The measurement is performed for a plurality of sufficiently small illumination conditions, and the wavefront aberration of the projection optical system is calculated based on the position information in the opening of the projection optical system and the shift information of the pattern to be inspected.

【0036】被検査パターン11は投影光学系の結像領域
でアイソプラナティックな領域内に入る大きさを持つパ
ターンで、かつ、該パターンの回折光の分布、すなわち
フーリエ変換が瞳空間内で小さい拡がりしか持たない形
状のパターンとする。パターン11を照明する照明光束も
瞳空間内で限定されるように小さく絞ると、パターンの
像を形成する瞳空間内の光束を小さくすることができ、
瞳内の局所的な光線収差情報(ε,η)を得ることがで
きる。ここで(ε,η)は投影光学系の結線面での光線
収差、いわゆる横収差を示す。
The pattern 11 to be inspected is a pattern having a size that falls within the isoplanatic area in the image forming area of the projection optical system, and the distribution of the diffracted light of the pattern, that is, the Fourier transform is small in the pupil space. It is a pattern having a shape having only expansion. When the illumination light beam for illuminating the pattern 11 is also narrowed down so as to be limited in the pupil space, the light beam in the pupil space for forming an image of the pattern can be reduced,
Local ray aberration information (ε, η) in the pupil can be obtained. Here, (ε, η) indicates a ray aberration on the connection surface of the projection optical system, that is, a so-called lateral aberration.

【0037】一般的に、波面収差φと光線収差(ε,
η)の間には、R'を結像光束が参照球面と交わる位置と
結像面で交わる位置との光路長とすると ε(x,y)=R'∂φ/∂x … 〈1) η(x,y)=R'∂φ/∂y … (2) の関係があるため、(1),(2)式より波面収差φを求める
ことができる。ここで(x,y)は、被検査パターンの結像
面(測定面上)の位置座標で、かつ投影光学系の射出瞳
面の座標である。この関係式の導出は、Max Born,Emil
Wolf, "Principlesof Optics 6th Edition", Chapter
V, 1993, Pergamon Pressを参照することができる。
In general, the wavefront aberration φ and the ray aberration (ε,
During η), if R ′ is the optical path length between the position where the imaging light beam intersects the reference spherical surface and the position where it intersects on the imaging surface, ε (x, y) = R′∂φ / ∂x ... <1) η (x, y) = R′∂φ / ∂y (2) Therefore, the wavefront aberration φ can be obtained from the equations (1) and (2). Here, (x, y) is the position coordinates of the pattern to be inspected on the imaging plane (on the measurement plane) and the coordinates of the exit pupil plane of the projection optical system. The derivation of this relational expression is based on Max Born, Emil
Wolf, "Principlesof Optics 6 th Edition", Chapter
V, 1993, Pergamon Press.

【0038】一般に、R'は収差に依存する量で、式(1),
(2)より波面収差を求めるのは複雑な処理を必要とする
のが通例であった。本特許では式(1),(2)により波面収
差φを実用的な形で求めることを目的としている。
In general, R ′ is an amount dependent on aberration, and is expressed by the following equation (1),
(2) It is customary to obtain a wavefront aberration from a complicated process. The purpose of this patent is to obtain the wavefront aberration φ in a practical form by using equations (1) and (2).

【0039】図2aは投影光学系の射出瞳、結像面、光強
度分布測定面における波面と、光線の関係を説明した図
である。図中の記号は以下のとおりである。 XYZ:投影光学系10の射出瞳の中心を原点、光軸方向を
Z軸とする座標系。 W:被検査パターン11から出射し投影光学系10により形
成される結像光束の波面で、射出瞳の中心を通るもの。 G:参照球面。 C:投影光学系10の結像面。 D:光強度分布測定装置18の強度分布測定面。 O1:投影光学系10の射出瞳の中心。 O2:参照球面の中心。 P1:被検査パターン11の結像光束が射出瞳面と交わる
点。 P2:被検査パターン11の結像光束が強度分布測定面D
(結像面C)と交 わる点。 Q0:被検査パターン11の結像光束の最大NA光束が参照球
面と交わる点。 Q1:被検査パターン11の結像光束が波面Wと交わる点。 Q2:被検査パターン11の結像光束が参照球面と交わる
点。 R:参照球面の半径。 R':距離Q2P2。 φ:投影光学系10の波面収差(光路長Q1Q2)。 (ε,η):光線収差(線分O2P2)。 H0:投影光学系10の射出瞳最大半径。 NA0:投影光学系10の射出瞳最大半径に対応する開口
数。 NA0= H0/R xy座標:投影光学系10の射出瞳最大半径で規格化したXY
座標。
FIG. 2A is a diagram illustrating the relationship between the light rays and the wavefronts at the exit pupil, the image plane, and the light intensity distribution measurement plane of the projection optical system. The symbols in the figure are as follows. XYZ: a coordinate system in which the center of the exit pupil of the projection optical system 10 is the origin and the optical axis direction is the Z axis. W: Wavefront of an image forming light beam emitted from the pattern to be inspected 11 and formed by the projection optical system 10 and passing through the center of the exit pupil. G: Reference spherical surface. C: imaging plane of the projection optical system 10. D: Intensity distribution measuring surface of light intensity distribution measuring device 18. O1: the center of the exit pupil of the projection optical system 10. O2: center of reference sphere. P1: A point at which the image forming light flux of the pattern 11 to be inspected crosses the exit pupil plane. P2: The imaging light flux of the pattern 11 to be inspected is the intensity distribution measurement surface D
Intersection with (imaging plane C). Q0: A point at which the maximum NA light flux of the imaging light flux of the pattern 11 to be inspected crosses the reference spherical surface. Q1: The point where the imaged light flux of the pattern 11 to be inspected crosses the wavefront W. Q2: The point at which the imaging light flux of the pattern 11 to be inspected intersects the reference spherical surface. R: radius of reference sphere. R ': distance Q2P2. φ: wavefront aberration of the projection optical system 10 (optical path length Q1Q2). (Ε, η): Ray aberration (line segment O2P2). H0: maximum radius of the exit pupil of the projection optical system 10. NA0: numerical aperture corresponding to the maximum radius of the exit pupil of the projection optical system 10. NA0 = H0 / R xy coordinates: XY standardized by the maximum radius of the exit pupil of the projection optical system 10.
Coordinate.

【0040】X=H0・x,Y=H0・y H0':投影光学系10の射出瞳から無収差ででた全光束が
強度分布測定面 で交わる領域の最大半径。
X = H0.x, Y = H0.y H0 ': The maximum radius of the area where the total luminous flux from the exit pupil of the projection optical system 10 crosses on the intensity distribution measurement plane without aberration.

【0041】H0'=NA0・(L−R) 以上のようにすると、前述の波面収差と光線収差の関係
から ε=R' ∂φ/∂X=R ( 1+△R/R)∂φ/∂X η=R' ∂φ/∂Y=R ( 1+△R/R)∂φ/∂Y ただし △R=R'−R と表わすことができる。
H0 ′ = NA0 · (L−R) As described above, ε = R ′ ∂φ / ∂X = R (1 + △ R / R) ∂φ / ∂X η = R '∂φ / ∂Y = R (1 + △ R / R) ∂φ / ∂Y where ΔR = R'-R.

【0042】上式を瞳の最大半径H0で規格化した座標で
表わすと、 ε=(1+△R/R)・R/H0・∂φ/∂x=(1+△R/R)・1/NA0・∂φ/∂x……(3) η=( 1+△R/R)・R/H0・∂φ/∂y=( 1+△R/R)・1/NA0・∂φ/∂y……(4) となる。
When the above equation is represented by coordinates normalized by the maximum radius H0 of the pupil, ε = (1 + △ R / R) ・ R / H0∂∂ / ∂x = (1 + △ R / R) ・1 / NA0 ・ ∂φ / ∂x …… (3) η = (1 + △ R / R) ・ R / H0∂∂ / ∂y = (1 + △ R / R) ・ 1 / NA0 ・ ∂φ /∂y...(4)

【0043】以上の関係(3)、(4)より、 ΔR/R≪1……(5) とみなせる領域ならば、波面収差と光線収差との関係は
規格化座標 (x,y)で ε(x,y)=1/NA0・∂φ/∂x……(6) η(x,y)=1/NA0・∂φ/∂y……(7) とあらわすことができる。上式(6)、(7)において、NA0
は収差に依存しない固定値であるから、通常の数値積分
によって波面収差を求めることができる。
From the above relationships (3) and (4), if the region can be regarded as ΔR / R≪1 (5), the relationship between the wavefront aberration and the ray aberration is ε in normalized coordinates (x, y). (x, y) = 1 / NA0∂φ / ∂x (6) η (x, y) = 1 / NA0∂∂ / ∂y (7) In the above equations (6) and (7), NA0
Is a fixed value that does not depend on the aberration, so that the wavefront aberration can be obtained by ordinary numerical integration.

【0044】以下、図に基づき、詳細に説明する。The details will be described below with reference to the drawings.

【0045】図1は本発明の実施形態1を示すものであ
る。
FIG. 1 shows Embodiment 1 of the present invention.

【0046】10は投影光学系、80、81は通常の投影露光
用の照明系で、80がレーザー光源、81が照明光学系であ
る。照明光学系81から出射した光束は、レチクル12を透
過照明し、レチクル12の下面に形成された微細な回路パ
ターンで回折散乱されて、投影光学系10によりステージ
14上に配置されたウエハー表面近傍に結像される。
Reference numeral 10 denotes a projection optical system, 80 and 81 denote illumination systems for ordinary projection exposure, 80 denotes a laser light source, and 81 denotes an illumination optical system. The light beam emitted from the illumination optical system 81 transmits and illuminates the reticle 12, is diffracted and scattered by a fine circuit pattern formed on the lower surface of the reticle 12, and is staged by the projection optical system 10.
An image is formed in the vicinity of the surface of the wafer arranged on 14.

【0047】100は本発明を構成する収差計測光学系ユ
ニットである。本実施形態の収差計測では、投影光学系
と同じ露光波長の光でレチクルを通してウエハー上のパ
ターンを観察し、結像における横収差に相当する結像パ
ターンのシフト量をTTRアライメントスコープで検出す
ることを特徴としている。
Reference numeral 100 denotes an aberration measuring optical system unit constituting the present invention. In the aberration measurement according to the present embodiment, a pattern on a wafer is observed through a reticle with light having the same exposure wavelength as that of the projection optical system, and a shift amount of an imaging pattern corresponding to a lateral aberration in imaging is detected by a TTR alignment scope. It is characterized by.

【0048】露光用照明系81から分けられた光は光ファ
イバー90またはレンズやミラーなどで引き回され、収差
計測光学系ユニット100内の計測用照明系91に導かれ
る。計測用照明系91から発せられた光の広がりは投影光
学系の開口全てを覆う大きさであることが望ましい。
The light split from the exposure illumination system 81 is led by an optical fiber 90 or a lens or a mirror, and is guided to a measurement illumination system 91 in the aberration measurement optical system unit 100. It is desirable that the spread of the light emitted from the measurement illumination system 91 be large enough to cover all the openings of the projection optical system.

【0049】計測用照明系91から発せられる光は、投影
光学系の開口絞り面、いわゆる瞳面20とほほ共役な位置
に設けられた照明開口位置可変の開口絞りユニット10
1、102にて光束を制限される。101は、各種開口絞りが
形成されたターレット状の絞り板で、102はターレット
絞りを回転させるアクチュエーター及び制御装置であ
る。図6は被検査光学系である投影光学系10の開口領
域、いわゆる瞳面の全域について光線収差を計測する時
のサンプリング開口領域を示した例で、8方位33点の計
測点で計測を行う場合を図示している。
The light emitted from the measurement illumination system 91 is supplied to a variable aperture stop unit 10 provided at a position almost conjugate with the aperture stop surface of the projection optical system, that is, the so-called pupil surface 20.
The light flux is restricted at 1, 102. Reference numeral 101 denotes a turret-shaped aperture plate on which various aperture stops are formed. Reference numeral 102 denotes an actuator and a control device for rotating the turret aperture. FIG. 6 is an example showing the aperture area of the projection optical system 10 as the optical system to be inspected, that is, the sampling aperture area when measuring the ray aberration over the entire area of the pupil plane. Measurement is performed at 33 measurement points in 8 directions. The case is illustrated.

【0050】図6に対応した照明開口の切り替えの夕一
レット絞りが図7である。ターレット絞り上には照明開
口のサンプリングしたい領域に対応するピンホールを形
成した絞りがサンプリング点数分配置され、102により
タ一レットを順次回転させて切り替えが行われる。
FIG. 7 shows a one-letter stop for switching the illumination aperture corresponding to FIG. On the turret aperture, apertures formed with pinholes corresponding to the area of the illumination aperture to be sampled are arranged by the number of sampling points, and the turret is rotated by 102 in order to perform switching.

【0051】上記のようなターレット状の絞り可変装置
は構成はシンプルであるが、サンプリング開口の大きさ
およぴサンプリング位置が固定である。更に高精度な計
測を行うためにはサンプリング点数を密に取る必要があ
る場合も生じる。図8は投影露光装置の照明系などに使
用されるマスキングブレードのように、任意の位置に任
意の大きさの開口を形成できる可動の4枚板により絞り
を構成した実施形態である。図8のように開口位置と大
きさを自在に制御できる開口絞りを用いれば、サンプリ
ング点数を増やしたり、重畳的なサンプリングが可能と
なるため、高精度な計測が可能になる。
Although the turret-shaped variable aperture device as described above has a simple structure, the size of the sampling aperture and the sampling position are fixed. In order to perform more accurate measurement, the number of sampling points may need to be set densely. FIG. 8 shows an embodiment in which a diaphragm is constituted by four movable plates capable of forming an opening of an arbitrary size at an arbitrary position, such as a masking blade used for an illumination system of a projection exposure apparatus. If an aperture stop whose aperture position and size can be freely controlled as shown in FIG. 8 is used, the number of sampling points can be increased or superimposed sampling can be performed, so that highly accurate measurement can be performed.

【0052】照明開口位置を制限された照明光束はハー
フミラー103、検出用対物レンズ104やミラー105を介し
てレチクルを照明して透過し、投影露光光束と同様な光
路を程て、ウエハーステージ14上に配置された基準パタ
ーン11を照明する。
The illumination light beam whose illumination opening position is limited is transmitted through the half mirror 103, the detection objective lens 104 and the mirror 105 through the reticle through the half mirror 103, the light path similar to the projection exposure light beam, and the wafer stage 14. The reference pattern 11 arranged above is illuminated.

【0053】照明された光は測定用の被検査パターンと
なる基準プレー卜上の基準パターン11で正反射及び回折
され、投影光学系の光束の主光線PL1に対して対称な光
路を経て、受光系を構成する収差計測光学系ユニット10
0へ再度戻ってくる。戻ってきた光はミラー105、対物レ
ンズ104を経てハーフミラー103を透過し、受光開口絞り
106を通過した後、像を拡大する再結像レンズ107にてCC
D等の光電検出センサー108上へ結像される。109は検出
センサーからの信号処理装置である。
The illuminated light is specularly reflected and diffracted by the reference pattern 11 on the reference plate, which is the pattern to be inspected for measurement, and passes through the optical path symmetrical with respect to the principal ray PL1 of the light beam of the projection optical system. Aberration measurement optical system unit 10 that constitutes the system
Come back to 0 again. The returned light passes through the half mirror 103 via the mirror 105 and the objective lens 104,
After passing through 106, CC with a re-imaging lens 107 that enlarges the image
An image is formed on the photoelectric detection sensor 108 such as D. 109 is a signal processing device from the detection sensor.

【0054】収差計測光学系ユニット100は投影光学系
の結像領域内の任意の点の計測が可能なようにXY平面内
で移動可能に設定されている。図示しないが、収差計測
光学系ユニット100を左右対称な位置にもう一つ配置し
ても良い。
The aberration measurement optical system unit 100 is set to be movable in the XY plane so that an arbitrary point in the image forming area of the projection optical system can be measured. Although not shown, another aberration measurement optical system unit 100 may be disposed at a symmetrical position.

【0055】ステージ上に配置された基準パターン11も
XYZ方向に移動可能である。基準パターン11の移動に応
じて収差計測光学系ユニット100をレチクル上の対応点
の位置に移動させて結像性能を測定することにより、投
影光学系10の結像領域内の複数像点で結像性能を計測す
ることができる。
The reference pattern 11 arranged on the stage is also
It can move in XYZ directions. The aberration measurement optical system unit 100 is moved to the position of the corresponding point on the reticle in accordance with the movement of the reference pattern 11, and the imaging performance is measured, thereby forming an image at a plurality of image points in the imaging area of the projection optical system 10. Image performance can be measured.

【0056】光電検出センサー108で検出されるのは横
収差量、即ち基準点となる図2aのO 2点からの像のシフ
ト情報である。像のシフト情報は照明開口位置(x,y)つ
まり投影光学系の射出瞳面の座標に応じて計測されて信
号処理装置109に記憶され、光線収差(ε(x,y), η(x,
y))が求められる。
What is detected by the photoelectric detection sensor 108 is the amount of lateral aberration, that is, the shift information of the image from the point O2 in FIG. The image shift information is measured in accordance with the illumination aperture position (x, y), that is, the coordinates of the exit pupil plane of the projection optical system, and stored in the signal processing device 109, where the ray aberration (ε (x, y), η (x ,
y)) is required.

【0057】このようにして得られた光線収差から、前
述の関係式 ε(x,y)=1/NA0・∂φ/∂x……(6) η(x,y)=1/NA0・∂φ/∂y……(7) を用いれば信号処理装置109により、波面収差φ(x,y)が
求められる。
From the ray aberration obtained in this manner, the above-mentioned relational expression ε (x, y) = 1 / NA0 · ∂φ / ∂x (6) η (x, y) = 1 / NA0 · If ∂φ / ∂y (7) is used, the wavefront aberration φ (x, y) is obtained by the signal processing device 109.

【0058】図2は光線収差と波面収差の関係を示した
図である。(6)、(7)式に示したように光線収差(横収
差)は波面収差の微分として求められる。従って、開口
内で局所的に波面収差が変化している領域では光線収差
の値が大きい。逆に局所的に求めることのできる光線収
差量を開口領域全面にわたって計測し、積分処理を施せ
ば波面収差に変換することが可能である.投影光学系の
瞳空間内で局所的な光線収差情報を得るには、サンプリ
ング領域が十分に小さいことが好ましい。(6)、(7)式の
関係から波面収差を計算する時、限りなく微小な光束で
像シフト量を計測できれば、計測値をそのまま光線収差
量として用いることができる。しかしながら、実際には
検出光量に伴うS/N比の観点から、ある程度の有限の大
きさの広がりを持つ光束でかつ有限の大きさのパターン
を計測する必要がある。収差計測光学系ユニットの照明
系からの光束の広がりとしては、算出される波面収差の
精度にもよるが、投影光学系の開口の径の1/10以下は必
要である。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between ray aberration and wavefront aberration. As shown in the equations (6) and (7), the ray aberration (lateral aberration) is obtained as a derivative of the wavefront aberration. Accordingly, the value of the ray aberration is large in a region where the wavefront aberration locally changes in the aperture. Conversely, the ray aberration that can be obtained locally can be measured over the entire aperture area and converted into wavefront aberration by performing integration processing. In order to obtain local ray aberration information in the pupil space of the projection optical system, it is preferable that the sampling area is sufficiently small. When calculating the wavefront aberration from the relations of equations (6) and (7), if the image shift amount can be measured with an extremely small light flux, the measured value can be used as it is as the ray aberration amount. However, in practice, from the viewpoint of the S / N ratio associated with the detected light amount, it is necessary to measure a light beam having a certain finite size spread and a finite size pattern. The spread of the luminous flux from the illumination system of the aberration measurement optical system unit depends on the accuracy of the calculated wavefront aberration, but needs to be 1/10 or less of the diameter of the aperture of the projection optical system.

【0059】本発明で測定用の被検査パターンとなる基
準パターン11は、線幅及びスペースを比較的大きくして
回折光を密にし、投影光学系の開口内で広がらないよう
にするとともに、照明光束をなるべく細くして小さい光
束が投影レンズ開口内の所定の部分のみを通るようにす
ることを特徴としている。例えば、露光波長248nmで投
影光学系の開口数が0.75であった場合、測定用パターン
を線幅及びスペースが5μm程度以上の繰り返しパターン
とすれば、回折光の広がりは投影光学系の開口の1/10以
下に納めることができる。
The reference pattern 11, which is the pattern to be inspected for measurement in the present invention, has a relatively large line width and space to make the diffracted light dense, so that it does not spread within the aperture of the projection optical system, and has an illumination. It is characterized in that the light beam is made as narrow as possible so that a small light beam passes only through a predetermined portion within the projection lens aperture. For example, if the numerical aperture of the projection optical system is 0.75 at an exposure wavelength of 248 nm, and the measurement pattern is a repetitive pattern having a line width and space of about 5 μm or more, the spread of the diffracted light will be one of the aperture of the projection optical system. / 10 or less.

【0060】図3aは開口数が0.75の投影光学系の瞳空間
内における線幅及びスペース5μmのパターンの回折光
の様子、図3bは同じパターンをσ0.1で照明した場合の
瞳面強度分布を模式的に表したものである。元のパター
ンの回折光分布を検出するのに有効な照明光束の広がり
はNA 0.1程度となることがわかる。開口中のより細かい
領域を見たい場合には、更に大きい線幅ピッチのパター
ンで、かつ更に小σで照明すれば有効光束が小さくなる
ことが分かる。
FIG. 3A shows the state of diffracted light of a pattern having a line width and a space of 5 μm in a pupil space of a projection optical system having a numerical aperture of 0.75, and FIG. Is schematically represented. It can be seen that the spread of the illumination light beam effective for detecting the diffraction light distribution of the original pattern is about NA 0.1. When it is desired to view a finer area in the aperture, it can be seen that the effective light flux is reduced by illuminating with a pattern having a larger line width pitch and a smaller σ.

【0061】また、収差計測光学系ユニットの照明光学
系の有効光束の強度分布を予め計測する、あるいは計算
により求めておき、光線収差から波面収差に変換する際
にデコンボルーションすれば、より高精度な変換を行う
ことが可能となる。
If the intensity distribution of the effective luminous flux of the illumination optical system of the aberration measuring optical system unit is measured or calculated in advance, and deconvolution is performed when converting the ray aberration into the wavefront aberration, a higher level is obtained. Accurate conversion can be performed.

【0062】図5aは測定用の被検査パターンの例を示し
たものである。上記の様な繰り返しパターンをX及びY方
向に配置しておくことで、XY方向またはサジタル/メリ
ジオナルの収差を別々に計測することが出来る。
FIG. 5A shows an example of a pattern to be inspected for measurement. By arranging such repetitive patterns in the X and Y directions, it is possible to separately measure the aberration in the XY direction or sagittal / meridional.

【0063】図5bは被検査パターンを挟み込む形でレチ
クル上に形成されている基準マークである。レチクル上
に形成されているため、投影レンズを介さずに反射光を
直接検出光学系に導いて位置を検出できるので、投影光
学系の収差の影響を受けることなく被検査パターンの基
準位置として使用することが出来る。
FIG. 5B shows a reference mark formed on the reticle so as to sandwich the pattern to be inspected. Since it is formed on the reticle, the reflected light can be guided directly to the detection optical system without using a projection lens to detect the position, so it can be used as the reference position of the pattern to be inspected without being affected by the aberration of the projection optical system. You can do it.

【0064】図4は本実施形態で収差計測光学系ユニッ
ト100により得られる測定用の被検査パターン11の像シ
フト信号と、基準マークを同時に観察した時の信号の様
子を示すものである。基準マークの中心位置を基準とし
て用いれば、測定用の被検査パターンのシフト量△Lを
求めることができる。
FIG. 4 shows the state of the image shift signal of the pattern to be inspected 11 obtained by the aberration measuring optical system unit 100 in the present embodiment and the signal when the reference mark is observed at the same time. If the center position of the reference mark is used as a reference, the shift amount ΔL of the pattern to be measured for measurement can be obtained.

【0065】本実施形態では被検査パターンの像シフト
計測の基準として、レチクル上に基準マークを設ける方
法を示した。本実施形態の場合は、計測する像高毎に基
準マークを設けた専用のレチクルが必要となる。
In the present embodiment, a method has been described in which a reference mark is provided on a reticle as a reference for measuring an image shift of a pattern to be inspected. In the case of the present embodiment, a dedicated reticle provided with a reference mark for each image height to be measured is required.

【0066】レチクル上に基準となるマークを形成する
代りに、被検査パターン自体の信号を用いて基準位置を
決定できれば、専用のレチクルを用意する必要が無くな
り、装置自身で投影光学系の収差計測を行うことができ
る。
If the reference position can be determined by using the signal of the pattern to be inspected instead of forming a reference mark on the reticle, there is no need to prepare a dedicated reticle, and the apparatus itself measures the aberration of the projection optical system. It can be performed.

【0067】被検査パターンからの基準位置の決定に
は、例えば、投影光学系の瞳面全面の平均収差を用いる
方法がある。この場合は、切り替え照明系の径を投影光
学系の全面開口となるσ1.0の照明条件として照明し、
受光側も全面開口の条件で受光する。収差によるパター
ンの像シフト量が平均化されるため、パターンの基準位
置からのずれは収差の影響が十分無視できるほど小さく
なり、基準として用いることができる。
For determining the reference position from the pattern to be inspected, for example, there is a method using the average aberration of the entire pupil plane of the projection optical system. In this case, the diameter of the switching illumination system is illuminated as an illumination condition of σ1.0 that is the entire aperture of the projection optical system,
The light receiving side also receives light under the condition of full aperture. Since the amount of image shift of the pattern due to the aberration is averaged, the deviation of the pattern from the reference position is small enough that the influence of the aberration can be ignored, and can be used as a reference.

【0068】図9は実施形態1で瞳全面の平均収差によ
り基準位置計測を行った時の、光線収差、及び波面収差
を計測するフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart for measuring ray aberration and wavefront aberration when the reference position is measured based on the average aberration of the entire pupil in the first embodiment.

【0069】別の方法として、測定用の被検査パターン
11の外周にシングルエッジのパターンを挟み込むように
配置し、該シングルエッジを基準としても良い。シング
ルエッジは投影光学系の瞳面内に回折光が比較的ブロー
ドに広がるので、瞳面内の収差を平均化する効果を持
ち、収差があっても位置のシフトが起こりにくい。従っ
て、外周のエッジ情報から決めた基準位置に対する被検
査パターンのシフト量から収差量を算出しても良い。
As another method, a pattern to be inspected for measurement is
A pattern of a single edge may be arranged on the outer periphery of 11 and the single edge may be used as a reference. Since the single edge has comparatively broad spread of the diffracted light in the pupil plane of the projection optical system, it has an effect of averaging aberrations in the pupil plane. Therefore, the aberration amount may be calculated from the shift amount of the pattern to be inspected with respect to the reference position determined from the outer edge information.

【0070】本発明の実施形態2を示すのが図10であ
る。図中の番号で実施形態1と同一である部材は図1と
同じ番号で示されている。
FIG. 10 shows a second embodiment of the present invention. Members that are the same as those in the first embodiment with the numbers in the figure are indicated by the same numbers as in FIG.

【0071】本実施形態は、第1のパターン150がレチ
クル上に配置されると同時に、投影光学系を介した前記
第1のパターン150の結像面上に第2のパターン151と、
第2のパターン151を透過した光を受光する受光手段111
をステージ14内部に配置したことを特徴としている。ス
テージ14をスキャンすると、第2のパターン151で第1
のパターン150の像をスリットスキャンしたことにな
り、第1のパターン150の像の位置が検出される。
In this embodiment, the first pattern 150 is arranged on the reticle, and at the same time, the second pattern 151 is formed on the image forming surface of the first pattern 150 via the projection optical system.
Light receiving means 111 for receiving light transmitted through second pattern 151
Is arranged inside the stage 14. When the stage 14 is scanned, the first
This means that the image of the pattern 150 is slit-scanned, and the position of the image of the first pattern 150 is detected.

【0072】第1のパターンの照明は、開口位置及び開
口形状可変機構を有する実施形態1と同様な専用の照明
系が用いられ、マスク上の第1のパターン150が透過照明
される。
For illumination of the first pattern, a dedicated illumination system similar to that of Embodiment 1 having an opening position and opening shape variable mechanism is used, and the first pattern 150 on the mask is transmitted and illuminated.

【0073】専用照明系160で開口位置と開口の大きさ
を制限された光束は、レチクル上に形成された投影光学
系の解像限界より十分大きいパターン150を照明する。
パターン150は実施形態1と同じく十分に小さい回折角し
か発生させず、回折光束は投影光学系の開口内の局所的
で十分小さい領域を通ってウエハーステージ側に形成さ
れた像シフト計測用の第2のパターン151上に結像され
る。
The luminous flux whose aperture position and aperture size are restricted by the dedicated illumination system 160 illuminates a pattern 150 which is sufficiently larger than the resolution limit of the projection optical system formed on the reticle.
The pattern 150 generates only a sufficiently small diffraction angle as in the first embodiment, and the diffracted light beam passes through a local and sufficiently small area in the opening of the projection optical system and is formed on the wafer stage side for image shift measurement. An image is formed on the second pattern 151.

【0074】図11にレチクル上の第1のパターン150と
ウエハー側ステージ上の像シフト計測用スリットパター
ン151の例を示す。ウエハー側の第2のパターン151は第
1のパターン150より十分細いスリットで形成され、スリ
ットのピッチと本数は投影光学系の倍率を換算して第1
のパターンと合わせてある。
FIG. 11 shows an example of the first pattern 150 on the reticle and the slit pattern 151 for image shift measurement on the stage on the wafer side. The second pattern 151 on the wafer side is
The slits are formed with slits that are sufficiently thinner than the pattern 150, and the pitch and number of the slits are converted to the first by converting the magnification of the projection optical system.
It matches with the pattern of.

【0075】図11bは投影光学系を介して結像された第1
のパターンの像強度分布で、ウエハー側スリットを通過
した光が光電センサーヘ導かれる様子を示したものであ
る。第2のスリットパターンを一方向にスキャンした時
の信号を表したものが図11cで、第1のパターン全体の平
均的な像パターンの位置が計測され、信号161、162で示
されるように像シフト量が検出できることが分かる。
FIG. 11b shows the first image formed through the projection optical system.
FIG. 5 shows a state in which light passing through the slit on the wafer side is guided to the photoelectric sensor in the image intensity distribution of the pattern of FIG. FIG. 11c shows a signal obtained when the second slit pattern is scanned in one direction. The position of the average image pattern of the entire first pattern is measured, and the image is formed as shown by signals 161 and 162. It can be seen that the shift amount can be detected.

【0076】第1のパターンは解像限界より十分大きい
パターン、例えは線幅とピッチが各5μm等である。一
方、ウエハー側に配置する第2のパターンは0.5μm程度
の開口のスリットを配置すれは十分高精度な像プロファ
イルを得ることが可能である。0.5μm程度の開口を持つ
スリットの配置は容易に構成が可能である。
The first pattern is a pattern sufficiently larger than the resolution limit, for example, the line width and the pitch are each 5 μm or the like. On the other hand, if the second pattern disposed on the wafer side is provided with a slit having an opening of about 0.5 μm, a sufficiently high-accuracy image profile can be obtained. The arrangement of the slit having an opening of about 0.5 μm can be easily configured.

【0077】別の方法として、第2のパターンを十分大
きい開口を有するシングルエッジにしてナイフエッジス
キャンし、スキャン位置に応じて得られた信号強度を微
分して像プロファイルを計測することもできる。ナイフ
エッジ法では信号変化量が小さいため、高いS/N比と広
いダイナミックレンジが必要とされる。
As another method, the second pattern may be a single edge having a sufficiently large aperture, knife edge scan may be performed, and an image profile may be measured by differentiating a signal intensity obtained according to the scan position. The knife edge method requires a high signal-to-noise ratio and a wide dynamic range because the signal variation is small.

【0078】得られた像シフト情報と開口位置、大き
さ、強度分布、像のシフト量の情報から信号処理装置10
9で光線収差量が演算され、波面収差量に換算される過
程は、実施形態1と同様である。
From the obtained image shift information and information on the aperture position, size, intensity distribution, and image shift amount, the signal processing device 10
The process in which the ray aberration amount is calculated in 9 and converted into the wavefront aberration amount is the same as in the first embodiment.

【0079】図12は本発明の実施形態3で図10の実施形
態2で用いた収差計測用の照明系を投影露光系用の照明
系と共通な構成にした構成である。従って、照明系300
は通常の投影露光用と収差計測時の局所照明の両方の機
能を備えている。なお、図中の部材で前の実施形態と同
一の部材には同じ番号が付されている。
FIG. 12 shows a third embodiment of the present invention in which the illumination system for measuring aberration used in the second embodiment shown in FIG. 10 has the same configuration as the illumination system for the projection exposure system. Therefore, the lighting system 300
Has both functions of ordinary projection exposure and local illumination at the time of aberration measurement. In the drawings, the same members as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals.

【0080】レーザー等の単色光源80から発せられた光
束はビーム形状変換器201等で光束を整形されたのちハ
エの目光学系等の均一化素子203に入光する。均一化素
子203の射出面は投影光学系の瞳面とほほ共投で、その
付近に光束切り替え、及び制御手段101、102を構成す
る。ハエの目光学系は複数の小さい光学素子が瞳面を覆
う形で並んでいるため、個々の素子にシャッターを付け
ON/OFFする光束制御を行っても良い。
A light beam emitted from a monochromatic light source 80 such as a laser is shaped by a beam shape converter 201 or the like, and then enters a uniformizing element 203 such as a fly-eye optical system. The exit surface of the homogenizing element 203 is almost co-projected with the pupil plane of the projection optical system, and switches light beams in the vicinity thereof, and forms control means 101 and 102. The fly-eye optics consists of a series of small optical elements that cover the pupil plane.
Light flux control for turning ON / OFF may be performed.

【0081】照明系の構成は異なるが、像計測の方法は
実施形態2と同じである。
Although the configuration of the illumination system is different, the method of image measurement is the same as that of the second embodiment.

【0082】本実施例形態では、収差計測時の局所照明
機能を通常の投影露光用の照明系に持たせることで共通
化しているため、コンパクトな装置構成が可能である。
さらに、実際の投影露光に使用する照明系からの光を用
いているので、実際の露光に近い条件での収差計測が可
能というメリットがある。
In the present embodiment, the local illumination function at the time of aberration measurement is shared by providing the illumination system for normal projection exposure, so that a compact device configuration is possible.
Furthermore, since light from an illumination system used for actual projection exposure is used, there is an advantage that aberration measurement can be performed under conditions close to actual exposure.

【0083】図13は本発明の実施形態4で、前の実施形
態と同じ部材には同様に同じ番号を示してある。
FIG. 13 shows a fourth embodiment of the present invention, in which the same members as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals.

【0084】本実施形態は実施形態1の構成に似ている
が、照明系に光束可変手段を設ける代りに受光手段内部
に検出開口制御手投130を設けたことを特徴としてい
る。照明系は投影光学系の開口全面を覆う大きい開口で
照明を行う。
This embodiment is similar to the configuration of the first embodiment, but is characterized in that a detection aperture control means 130 is provided inside the light receiving means instead of providing the light beam varying means in the illumination system. The illumination system illuminates with a large opening that covers the entire opening of the projection optical system.

【0085】図中、専用照明系91は投影光学系の開口20
の全面を覆ういわゆるσ1.0以上の条件でレチクルを照
明する。測定用の比較的大きい線幅を持つ被検査パター
ンからの反射回折光も投影光学系の全面を通って受光系
である計測光学系180に戻ってくる。投影光学系10の開
口20とおおよそ共役な位置に設けられた受光開口制御手
投130により光束の開口位置、及び大きさが制限され、C
CD等の像計測センサー108に結像されて、像シフト量が
検出される。
In the figure, a dedicated illumination system 91 is provided with an aperture 20 of the projection optical system.
The reticle is illuminated under conditions of so-called σ1.0 or more covering the entire surface of the reticle. The reflected diffraction light from the pattern to be inspected having a relatively large line width for measurement also returns to the measurement optical system 180 as a light receiving system through the entire surface of the projection optical system. The aperture position and size of the light beam are limited by the light receiving aperture control hand throw 130 provided at a position approximately conjugate with the aperture 20 of the projection optical system 10, and C
An image is formed on the image measurement sensor 108 such as a CD, and the image shift amount is detected.

【0086】図14は本発明の実施形態5 を示すもので、
前の実施形態と同じ部材には同じ番号を示してある。
FIG. 14 shows a fifth embodiment of the present invention.
The same members as those in the previous embodiment have the same numbers.

【0087】本実施形態は引き回された光束がステージ
側から基準パターン11を透過照明する構成となっている
ことを特徴としている。実施形態4と同様に照明する側
に開口可変手段はなく、照明系は投影光学系の開口全面
を覆うような大さい開口で照明する。投影光学系の開口
部における光束位置の指定はレチクルを通して検出され
る受光手段内部の検出開口制御手投によって行われる。
The present embodiment is characterized in that the illuminated light beam transmits and illuminates the reference pattern 11 from the stage side. As in the fourth embodiment, there is no aperture changing means on the side to be illuminated, and the illumination system illuminates with a large opening that covers the entire opening of the projection optical system. The designation of the position of the light beam at the opening of the projection optical system is performed by a control aperture control inside the light receiving means which is detected through the reticle.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の投影露光
装置により投影露光装置の本体上で、実際に露光する状
態で前記投影光学系の波面収差を直接測定することが可
能となった。この結果、投影光学系の状態を正確に評価
することが可能となり、投影光学系を装置上でより精密
に調整することが可能となった。また、収差の影響を前
もって把握できるため、収差の状態に応じてのデバイス
の投影露光装置に対する適用の可否を事前に選択するこ
とが可能となる。
As described above, the projection exposure apparatus of the present invention makes it possible to directly measure the wavefront aberration of the projection optical system on the main body of the projection exposure apparatus while actually exposing. As a result, the state of the projection optical system can be accurately evaluated, and the projection optical system can be adjusted more precisely on the apparatus. Further, since the influence of the aberration can be grasped in advance, it is possible to select in advance whether the device can be applied to the projection exposure apparatus according to the state of the aberration.

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

【図1】 本発明の実施形態1を示す図、FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention;

【図2】 投影光学系の結像点近傍にける光線収差の様
子を説明する図と波面収差と光線収差との関係を示す図
FIG. 2 is a diagram illustrating a state of ray aberration near an imaging point of a projection optical system, and a diagram illustrating a relationship between wavefront aberration and ray aberration.

【図3】 比較的大きな線幅ピッチのパターンの投影光
学系開口内での回折光光強度分布を示す図(σ=0)と比
較的大きな線幅ピッチのパターンの投影光学系開口内で
の回折光光強度分布を示す図(σ=0.1)
FIG. 3 is a diagram (σ = 0) showing a diffracted light intensity distribution of a pattern having a relatively large line width pitch in the projection optical system opening, and FIG. Diagram showing intensity distribution of diffracted light (σ = 0.1)

【図4】 計測光学系で得られる像プロファイルの図FIG. 4 is a diagram of an image profile obtained by a measurement optical system.

【図5】 計測用の第1のパターンを示す図と基準用の
バターシを示す図
FIG. 5 is a diagram illustrating a first pattern for measurement and a diagram illustrating a battery for reference.

【図6】 被検査光学系の開口と計測サンプリング開口
を示す図
FIG. 6 is a diagram showing an aperture of an optical system to be inspected and a measurement sampling aperture.

【図7】 ターレット状に形成された開口切り替え機構
を示す図
FIG. 7 is a view showing an opening switching mechanism formed in a turret shape;

【図8】 任意の位置、任意の大きさに開口切り替え可
能な機構の例
FIG. 8 shows an example of a mechanism capable of switching an opening to an arbitrary position and an arbitrary size.

【図9】 本実施例での計測フローを示す図FIG. 9 is a diagram showing a measurement flow in the present embodiment.

【図10】 本発明の実施形態2における投影露光装置の
構成を示す図
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a projection exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図11】実施形態2での信号計測に用いるパターンを
示す図と実施形態2の計測信号と像面近傍の強度分布の
関係を示す図と実施形態2で計測により得られる信号強
度を示す図
FIG. 11 is a diagram illustrating a pattern used for signal measurement according to the second embodiment, a diagram illustrating a relationship between a measurement signal according to the second embodiment and an intensity distribution near an image plane, and a diagram illustrating a signal intensity obtained by measurement according to the second embodiment.

【図12】 実施形態3における投影露光装置の構成概略
を示す図
FIG. 12 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to a third embodiment.

【図13】 実施形態4における投影露光装置の構成概略
を示す図
FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a configuration of a projection exposure apparatus according to a fourth embodiment.

【図14】 実施形態5における投影露光装置の構成概略
を示す図
FIG. 14 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to a fifth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 投影光学系 11 測定用の被検査パターン(基準パターン) 12 レチクル 13 ウエハー 14 ウエハーステージ 16 ウエハーチャック 20 投影光学系の開口絞り 50 面位置検出装置 80 レーザー光源 81 照明系 91 計測用照明系 100 計測光学系ユニット 101 可変照明開口 102 照明開口制御手段 103 ハーフミラー 104 計測用対物レンズ 105 ミラー 108 像検出素子 109 信号処理装置 110 光電センサー 130 受光開口制御手段 150 レチクル側の第1のパターン 151 ウエハーステージ側の第2のパターン 160 専用照明系 190,195 照明光束 191 計測光束 201 ビーム形状変換器 203 均一化素子 AX:投影光学系の光軸 XYZ:投影光学系10の射出瞳の中心を原点、光軸方向を
Z軸とする座標系 W:被検査パターン11から出射し投影光学系10により形
成される結像光束の波面で、射出瞳の中心を通るもの G:参照球面 C:投影光学系10の結像面 D:光強度分布測定装置18の強度分布測定面 O1:投影光学系10の射出瞳の中心 O2:参照球面の中心 P1:被検査パターン11の結像光束が射出瞳面と交わる点 P2:被検査パターン11の結像光束が強度分布測定面D
(結像面C)と交わる点 Q0:被検査パターン11の結像光束の最大NA光束が参照球
面と交わる点 Q1:被検査パターン11の結像光束が波面Wと交わる点 Q2:被検査パターン11の結像光束が参照球面と交わる点 R:参照球面の半径 R':距離Q2P2 φ:投影光学系10の波面収差(光路長Q1Q2) (ε,η):光線収差(線分O2P2) 0:投影光学系10の射出瞳最大半径 A0:投影光学系10の射出瞳最大半径に対応する開口数、
NA0=H0/R y座標:投影光学系10の射出瞳最大半径で規格化したXY
座標 X=H0・x,Y=H0・y 0':投影光学系10の射出瞳から無収差ででた全光束が強
度分布測定面で交わる領域の最大半径 H0'=NA0・(L−R)
10 Projection optical system 11 Pattern to be inspected for measurement (reference pattern) 12 Reticle 13 Wafer 14 Wafer stage 16 Wafer chuck 20 Aperture stop of projection optical system 50 Surface position detector 80 Laser light source 81 Illumination system 91 Measurement illumination system 100 Measurement Optical system unit 101 Variable illumination aperture 102 Illumination aperture control means 103 Half mirror 104 Measurement objective lens 105 Mirror 108 Image detection element 109 Signal processing device 110 Photoelectric sensor 130 Reception aperture control means 150 First pattern on reticle side 151 Wafer stage side Second pattern 160 Dedicated illumination system 190,195 Illumination beam 191 Measurement beam 201 Beam shape converter 203 Uniformizing element AX: Optical axis of projection optical system XYZ: Center of exit pupil of projection optical system A coordinate system with the Z axis W: a wavefront of an imaging light beam emitted from the pattern 11 to be inspected and formed by the projection optical system 10 and passing through the center of the exit pupil G Reference spherical surface C: Image forming surface of projection optical system 10 D: Intensity distribution measuring surface of light intensity distribution measuring device O1: Center of exit pupil of projection optical system 10 O2: Center of reference spherical surface P1: Image of pattern 11 to be inspected Point P2 where the image light beam intersects the exit pupil plane: The image light beam of the pattern 11 to be inspected is the intensity distribution measurement surface D
Q0: Point at which the maximum NA beam of the imaging light beam of the pattern 11 to be inspected intersects the reference spherical surface Q1: Point at which the imaged light beam of the pattern 11 to be inspected intersects the wavefront W Q2: Pattern to be inspected The point at which the 11 imaging light beams intersect the reference spherical surface R: radius of the reference spherical surface R ': distance Q2P2 φ: wavefront aberration of the projection optical system 10 (optical path length Q1Q2) (ε, η): ray aberration (line segment O2P2) 0 : Maximum radius of exit pupil of projection optical system 10 A0: Numerical aperture corresponding to maximum radius of exit pupil of projection optical system 10
NA0 = H0 / R y coordinate: XY standardized by the maximum radius of the exit pupil of the projection optical system 10.
Coordinates X = H0.x, Y = H0.y0 ': Maximum radius of a region where all luminous fluxes from the exit pupil of the projection optical system 10 intersect on the intensity distribution measurement surface H0' = NA0. (LR) )

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レチクルやフォトマスク上の回路パター
ンを投影光学系を介して基板上に投影露光する投影露光
装置において、前記投影光学系の物体面または結像面に
パターンを配置し、前記投影光学系を介して前記パター
ンの像を形成させる際、前記投影光学系の開口内に部分
領域を形成し,かつ該部分領域位置を可変とする手段を
有し,該部分領域を通過した光束の結像によって生じる
像シフト量を、前記開口内の複数位置に関して計測し
て、前記投影光学系の波面収差を算出することを特徴と
する投影露光装置。
1. A projection exposure apparatus for projecting and exposing a circuit pattern on a reticle or a photomask onto a substrate via a projection optical system, wherein a pattern is arranged on an object plane or an image forming plane of the projection optical system, and When an image of the pattern is formed via an optical system, a means for forming a partial area in the opening of the projection optical system and changing the position of the partial area is provided. A projection exposure apparatus, wherein an amount of image shift caused by image formation is measured for a plurality of positions in the aperture, and a wavefront aberration of the projection optical system is calculated.
【請求項2】 前記投影光学系に照明光を入射させる照
明系に前記投影光学系の開口内の十分小さい領域を通過
させることのできる照明開口可変手投を有するととも
に、前記照明開口可変手段を通過し投影光学系を介して
形成された前記像の位置を検出する受光系を有し、前記
照明開口可変手段の変化に応じて、形成される像シフト
量を計測し、複数個の照明開口の像シフト量情報から前
記投影光学系の波面収差量を算出することを特徴とする
請求項1記載の投影露光装置。
2. An illumination system for allowing illumination light to enter the projection optical system, the illumination system having an illumination aperture variable hand throw capable of passing a sufficiently small area in an opening of the projection optical system, and the illumination aperture variable means being provided. A light-receiving system for detecting the position of the image formed through the projection optical system, and measuring the amount of image shift to be formed in accordance with a change in the illumination aperture changing means; 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein a wavefront aberration amount of the projection optical system is calculated from the image shift amount information.
【請求項3】 前記投影光学系に入射する照明光を前記
投影光学系の瞳より大きな広がりを持つ状態で照明し、
前記投影光学系を介して形成される前記像の位置を検出
する受光系に前記投影光学系の開口内の十分小さい領域
を通過させることのできる受光開口可変手段を有し、前
記受光開口手段の変化に応じて、形成される像シフト量
を計測し、複数個の受光開口の像シフト量情報から投影
光学系の波面収差量を算出することを特徴とする請求項
1記載の投影露光装置。
3. Illuminating the illumination light incident on the projection optical system in a state where the illumination light has a larger spread than a pupil of the projection optical system;
A light-receiving aperture detecting means for detecting a position of the image formed through the projection optical system, the light-receiving aperture varying means capable of passing a sufficiently small area in the opening of the projection optical system; 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein an image shift amount to be formed is measured according to the change, and a wavefront aberration amount of the projection optical system is calculated from the image shift amount information of the plurality of light receiving apertures.
【請求項4】 前記像シフト量を観察する前記投影光学
系の結像面に配置されたパターンとして、前記投影レン
ズのウエハーステージ上で前記投影光学系の結像位置近
傍に前記投影光学系の解像限界のパターンより十分大き
い測定用パターンを配置することを特徴とする請求項2
又は3記載の投影露光装置。
4. A pattern arranged on an image plane of the projection optical system for observing the image shift amount, wherein the pattern of the projection optical system is located on a wafer stage of the projection lens in the vicinity of an image position of the projection optical system. 3. The method according to claim 2, wherein a measurement pattern sufficiently larger than the resolution limit pattern is arranged.
Or the projection exposure apparatus according to 3.
【請求項5】 前記照明系が収差測定用の専用の照明系
を持つことを特徴とする請求項2、3又は4記載の投影
露光装置。
5. The projection exposure apparatus according to claim 2, wherein the illumination system has a dedicated illumination system for measuring aberration.
【請求項6】 前記照明系がTTRアライメントスコープ
に構成されていることを特徴とする請求項5記載の投影
露光装置。
6. The projection exposure apparatus according to claim 5, wherein the illumination system is configured as a TTR alignment scope.
【請求項7】 前記照明系がウエハーステージ側から前
記測定用パターンを照明することを特徴とする請求項5
記載の投影露光装置。
7. The illumination system according to claim 5, wherein the illumination system illuminates the measurement pattern from a wafer stage side.
The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項8】 前記受光系はTTRアライメントスコープ
と共通に構成されていることを特徴とする請求項2〜7
のいずれか1項の投影露光装置。
8. The light receiving system is configured in common with a TTR alignment scope.
The projection exposure apparatus according to any one of the above.
【請求項9】 前記像シフト量計測時、前記測定用パタ
ーンに対応するレチクル上の位置に基準マークを設け、
該基準マークと前記測定用パターンの相対距離から像シ
フト量を計測することを特徴とする請求項1〜6のいず
れか1項又は8記載の投影露光装置。
9. A reference mark is provided at a position on a reticle corresponding to the measurement pattern when the image shift amount is measured,
The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein an image shift amount is measured from a relative distance between the reference mark and the measurement pattern.
【請求項10】 前記基準マークがシングルエッジパタ
ーンで構成されていることを特徴とする請求項9記載の
投影露光装置。
10. The projection exposure apparatus according to claim 9, wherein said reference mark is constituted by a single edge pattern.
【請求項11】 前記レチクル上の基準マークの位置を
前記受光系において前記投影光学系を介さずに検出する
ことを特徴とする請求項9又は10記載の投影露光装
置。
11. The projection exposure apparatus according to claim 9, wherein a position of a reference mark on the reticle is detected in the light receiving system without passing through the projection optical system.
【請求項12】 前記投影光学系の開口全体を用いた結
像で前記測定用パターンの像の位置を基準位置として計
測し、前記投影光学系の開口内の十分小さい領域を通過
した光束の結像によって生じる像シフト量を前記基準位
置をもとに計測して、前記投影光学系の波面収差量を算
出することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項の
投影露光装置。
12. An image formation method using the entire aperture of the projection optical system, measuring the position of the image of the measurement pattern as a reference position, and forming a light beam having passed through a sufficiently small area in the aperture of the projection optical system. 9. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein an amount of image shift caused by an image is measured based on the reference position, and a wavefront aberration amount of the projection optical system is calculated.
【請求項13】 前記照明開口可変手段、あるいは受光
開口可変手段による開口の大きさが光学的に前記投影光
学系の瞳の径の大きさの約1/10付近の径を持つことを特
徴とする請求項1〜12のいずれか1項の投影露光装
置。
13. The method according to claim 1, wherein the size of the aperture by the illumination aperture varying means or the light receiving aperture varying means has a diameter which is optically about 1/10 of the diameter of the pupil of the projection optical system. The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項14】 レチクルやフォトマスク上の回路パタ
ーンを投影光学系を介して基板上に投影露光する投影露
光装置において、前記投影光学系の物体面に所定の第1
のパターンを配置した時、前記投影光学系を介した前記
第1のパターンの像の位置をウエハーステージ上に配置
された第2のパターンに重ねて光電検出する機構を備
え、前記投影光学系の開口内に部分領域を形成し,かつ
該部分領域位置を可変とする手段を有し、該部分領域を
通過した光束の結像によって生じる前記第2のパターン
に対する前記第1のパターンの像シフト量を、前記開口
内の複数位置に関して計測して、前記投影光学系の波面
収差を算出することを特徴とする投影露光装置。
14. A projection exposure apparatus for projecting and exposing a circuit pattern on a reticle or a photomask onto a substrate via a projection optical system.
When the pattern of the projection optical system is arranged, a mechanism for photoelectrically detecting the position of the image of the first pattern via the projection optical system is superimposed on the second pattern arranged on the wafer stage, and Means for forming a partial area in the opening and changing the position of the partial area, wherein an image shift amount of the first pattern with respect to the second pattern caused by imaging of a light beam passing through the partial area Is measured with respect to a plurality of positions in the opening, and a wavefront aberration of the projection optical system is calculated.
【請求項15】 前記光電検出する機構がウエハーステ
ージに載置されていることを特徴とする請求項14記載
の投影露光装置。
15. The projection exposure apparatus according to claim 14, wherein the mechanism for performing photoelectric detection is mounted on a wafer stage.
【請求項16】 前記第1のパターンと第2のパターンの
ピッチの比が前記投影光学系の倍率と等しいことを特徴
とする請求項14又は15記載の投影露光装置。
16. The projection exposure apparatus according to claim 14, wherein a ratio of a pitch between the first pattern and the second pattern is equal to a magnification of the projection optical system.
【請求項17】 前記投影光学系に照明光を入射させる
照明系に前記投影光学系の開口内の十分小さい領域を通
過させることのできる照明開口可変手投を有するととも
に、前記照明開口可変手段を通過し投影光学系を介して
形成された前記像の位置を検出する受光系を有し、前記
照明開口可変手段の変化に応じて、形成される像シフト
量を計測し、複数個の照明開口の像シフト量情報から前
記投影光学系の波面収差量を算出することを特徴とする
請求項14、15又は16の投影露光装置。
17. An illumination system for allowing illumination light to enter the projection optical system, the illumination system having an illumination aperture variable hand throw that allows a sufficiently small area in an opening of the projection optical system to pass therethrough. A light-receiving system that detects the position of the image formed through the projection optical system and that passes through the projection optical system; 17. The projection exposure apparatus according to claim 14, wherein the wavefront aberration amount of the projection optical system is calculated from the image shift amount information.
【請求項18】 前記像シフト量を観察する前記レチク
ル面に配置されたパターンとして、前記投影光学系の解
像限界に対応するパターンより十分大きい測定用パター
ンを配置することを特徴とする請求項17記載の投影露
光装置。
18. A measurement pattern arranged on the reticle surface for observing the image shift amount is a measurement pattern sufficiently larger than a pattern corresponding to a resolution limit of the projection optical system. 18. The projection exposure apparatus according to item 17.
【請求項19】 前記照明系が収差測定用の専用の照明
系を持つことを特徴とする請求項17又は18記載の投
影露光装置。
19. The projection exposure apparatus according to claim 17, wherein the illumination system has a dedicated illumination system for measuring aberration.
【請求項20】 前記照明系が投影露光用の照明系と共
用されることを特徴とする請求項17又は18記載の投
影露光装置。
20. The projection exposure apparatus according to claim 17, wherein the illumination system is shared with an illumination system for projection exposure.
【請求項21】 前記照明開口可変手段により形成され
る前記投影光学系の瞳における開口の大きさが前記投影
光学系の瞳の径の約1/10付近の大きさの径を持つことを
特徴とする請求項14〜20のいずれか1項の投影露光
装置
21. The size of an opening in the pupil of the projection optical system formed by the illumination aperture varying means has a diameter about 1/10 of the diameter of the pupil of the projection optical system. The projection exposure apparatus according to any one of claims 14 to 20,
【請求項22】 前記計測された像シフト量より前記投
影光学系の光線収差を求め、前記光線収差量から波面収
差量を算出することを特徴とする請求項1〜21のいず
れか1項の投影露光装置。
22. The method according to claim 1, wherein a ray aberration of the projection optical system is obtained from the measured image shift amount, and a wavefront aberration amount is calculated from the ray aberration amount. Projection exposure equipment.
【請求項23】 照明光学系に照明されたレチクルやフ
ォトマスク上の回路パターンを投影光学系を介して基板
上に投影露光する投影露光装置において、前記照明光学
系内に該投影光学系の波面収差測定用の照明開口可変手
段を設けたことを特徴とする投影露光装置。
23. A projection exposure apparatus for projecting and exposing a circuit pattern on a reticle or a photomask illuminated by an illumination optical system onto a substrate via a projection optical system, wherein a wavefront of the projection optical system is provided in the illumination optical system. A projection exposure apparatus comprising an illumination aperture variable unit for measuring aberration.
【請求項24】 レチクルやフォトマスク上の回路パタ
ーンを投影光学系を介して基板上に投影露光する投影露
光装置において、前記投影光学系外の該投影光学系瞳共
役位置に波面収差測定用の可変開口を設けたことを特徴
とする投影露光装置。
24. A projection exposure apparatus for projecting and exposing a circuit pattern on a reticle or a photomask onto a substrate via a projection optical system, wherein the projection optical system has a pupil conjugate position outside the projection optical system for measuring a wavefront aberration. A projection exposure apparatus having a variable aperture.
【請求項25】 レチクルやフォトマスク上の回路パタ
ーンを投影光学系を介して基板上に投影露光する投影露
光装置の投影光学系の波面収差を測定する方法であっ
て、前記投影光学系外の該投影光学計瞳共役位置から前
記投影光学系の開口内に部分領域を設定し、該部分領域
を通過した光束の結像によって生じる像シフト量を、前
記開口内の複数位置に関して計測して、前記投影光学系
の波面収差を算出することを特徴とする波面収差測定方
法。
25. A method for measuring a wavefront aberration of a projection optical system of a projection exposure apparatus for projecting and exposing a circuit pattern on a reticle or a photomask onto a substrate via a projection optical system, the method comprising: A partial area is set in the aperture of the projection optical system from the pupil conjugate position of the projection optical meter, and an image shift amount caused by imaging of a light beam passing through the partial area is measured for a plurality of positions in the aperture, A wavefront aberration measuring method, comprising calculating a wavefront aberration of the projection optical system.
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