JP2003318083A - Optical characteristic measuring method, adjusting method of optical system, exposing method and device, and device manufacturing method - Google Patents

Optical characteristic measuring method, adjusting method of optical system, exposing method and device, and device manufacturing method

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JP2003318083A
JP2003318083A JP2002119688A JP2002119688A JP2003318083A JP 2003318083 A JP2003318083 A JP 2003318083A JP 2002119688 A JP2002119688 A JP 2002119688A JP 2002119688 A JP2002119688 A JP 2002119688A JP 2003318083 A JP2003318083 A JP 2003318083A
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optical system
pattern
measurement
image
projection optical
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Shigeru Kato
茂 加藤
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Nikon Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate influence of a measurement error caused by a difference in an incident angle and to measure the characteristics of an optical system with high accuracy. <P>SOLUTION: In a state that incident angle (θ<SB>1</SB>, θ<SB>2</SB>and the like) of energy beams through the optical system are different, an object W having a photoresistive layer RL on the surface thereof is exposed, and images having a plurality of patterns are formed on the object. Next, the object formed with the images having a plurality of patterns are developed. Thus, transfer images (L1, L2 and the like) having the plurality of patterns are formed on the object. Next, each positional information of the transfer images having a plurality of patterns obtained after the development is measured. Taking into consideration a film thickness t of the photoresistive layer and the incident angle θ<SB>1</SB>, θ<SB>2</SB>or the like of the energy beams, the positional information is corrected in each transfer image, and the characteristics of the optical system are calculated by using the positional information of each of the corrected transfer image. Accordingly, it becomes possible to eliminate influences of the measurement error caused by a difference in the incident angle and to measure the characteristic of the optical system with high accuracy. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光学特性計測方
法、光学系の調整方法、露光方法及び装置、並びにデバ
イス製造方法に係り、さらに詳しくは、光学系を介した
エネルギビームにより感光物体を露光して該感光物体上
に複数のパターンの像を形成し、現像後に物体上に形成
された転写像を計測して光学系の特性を求める光学特性
計測方法、該光学特性計測方法によって計測された結果
に基づいて光学系を調整する調整方法、該調整方法で調
整された投影光学系を用いる露光方法及び露光装置、並
びに前記露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical characteristic measuring method, an optical system adjusting method, an exposure method and apparatus, and a device manufacturing method, and more particularly, to exposing a photosensitive object by an energy beam through the optical system. Then, an optical characteristic measuring method for forming an image of a plurality of patterns on the photosensitive object and measuring the transferred image formed on the object after development to obtain the characteristic of the optical system, and the optical characteristic measuring method. The present invention relates to an adjusting method for adjusting an optical system based on a result, an exposure method and an exposure apparatus using a projection optical system adjusted by the adjusting method, and a device manufacturing method using the exposure method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体素子(CPU、DRA
M等)、撮像素子(CCD等)及び液晶表示素子、薄膜
磁気ヘッド等を製造するリソグラフィ工程では、基板上
にデバイスパターンを形成する種々の露光装置が用いら
れている。近年においては、半導体素子等の高集積化に
伴い、高いスループットで微細パターンを精度良くウエ
ハ又はガラスプレート等の基板上に形成可能なステップ
・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置(いわゆる
ステッパ)やこのステッパに改良を加えたステップ・ア
ンド・スキャン方式の走査型露光装置(いわゆるスキャ
ニング・ステッパ)等の投影露光装置が主として用いら
れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductor elements (CPU, DRA
M, etc.), image pickup devices (CCDs, etc.), liquid crystal display devices, thin film magnetic heads, etc. In the lithography process, various exposure apparatuses for forming a device pattern on a substrate are used. In recent years, with high integration of semiconductor elements and the like, a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus (so-called stepper) capable of accurately forming a fine pattern on a substrate such as a wafer or a glass plate with high throughput, A projection exposure apparatus such as a step-and-scan type scanning exposure apparatus (so-called scanning stepper), which is an improved version of this stepper, is mainly used.

【0003】ところで、半導体素子等を製造する場合に
は、異なる回路パターンを基板上に幾層にも積み重ねて
形成する必要があるため、回路パターンが描画されたレ
チクル(又はマスク)と、基板上の各ショット領域に既
に形成されたパターンとを正確に重ね合わせることが重
要である。かかる重ね合せを精度良く行うためには、投
影光学系の光学特性を正確に計測し、これを所望の状態
に調整し管理する必要がある。
By the way, when manufacturing a semiconductor device or the like, it is necessary to stack different layers of circuit patterns on a substrate, and therefore, the reticle (or mask) on which the circuit pattern is drawn and the substrate are formed. It is important to accurately superimpose the pattern already formed on each of the shot areas. In order to perform such superposition with high accuracy, it is necessary to accurately measure the optical characteristics of the projection optical system, adjust it to a desired state, and manage it.

【0004】従来、投影光学系の光学特性の計測方法と
して、所定の計測用パターンが形成された計測用マスク
を用いて露光を行い、計測用パターンの投影像が転写さ
れた基板を現像して得られるレジスト像を計測した計測
結果に基づいて光学特性を算出する方法(以下、「焼き
付け法」と呼ぶ)が、主として用いられている。
Conventionally, as a method for measuring the optical characteristics of a projection optical system, exposure is performed using a measurement mask on which a predetermined measurement pattern is formed, and the substrate on which the projected image of the measurement pattern is transferred is developed. A method of calculating optical characteristics based on a measurement result obtained by measuring the obtained resist image (hereinafter, referred to as “baking method”) is mainly used.

【0005】従来の露光装置では、いわゆるザイデルの
5収差と呼ばれる球面収差、コマ収差、非点収差、像面
湾曲、歪曲収差(ディストーション)等の低次の収差を
上記焼き付け法によって計測し、この計測結果に基づい
て投影光学系の上記諸収差を調整し管理することが主と
して行われていた。
In the conventional exposure apparatus, low order aberrations such as so-called Seidel's 5 aberrations such as spherical aberration, coma aberration, astigmatism, field curvature, distortion (distortion) are measured by the above-mentioned printing method. It has been mainly performed to adjust and manage the above-mentioned various aberrations of the projection optical system based on the measurement result.

【0006】しかるに、半導体素子は年々高集積化し、
これに伴って露光装置には、より一層の高精度な露光性
能が要求されるようになり、近年では、上記の低次収差
のみを調整するのみでは不十分となっている。従って、
露光装置の製造工場内での組み立て時のみならず、半導
体製造工場のクリーンルーム内に設置後においても、投
影光学系の波面収差を計測してより高次の収差を含む投
影光学系の光学特性を維持管理する必要が生じている。
However, semiconductor devices are becoming highly integrated year by year,
Along with this, the exposure apparatus is required to have an exposure performance with higher accuracy, and in recent years, it has become insufficient to adjust only the above-mentioned low-order aberrations. Therefore,
The optical characteristics of the projection optical system including higher order aberrations can be measured by measuring the wavefront aberration of the projection optical system not only during assembly in the exposure equipment manufacturing plant but also after installation in the clean room of the semiconductor manufacturing plant. The need for maintenance has arisen.

【0007】上記の焼き付け法を利用して波面収差を計
測する技術として、特殊な構造のマスクを用い、そのマ
スク上の複数の計測用パターンのそれぞれを、個別に設
けられたピンホール及び投影光学系を順次介して基板上
に焼き付けるとともに、マスク上の基準パターンを集光
レンズ及びピンホールを介することなく、投影光学系を
介して基板上に焼き付けて、それぞれの焼き付けの結果
得られる複数の計測用パターンのレジスト像それぞれの
基準パターンのレジスト像に対する位置ずれ量を計測し
て所定の演算により、波面収差を算出する技術に関する
発明が、米国特許第5,978,085号に開示されて
いる。
As a technique for measuring the wavefront aberration using the above-mentioned printing method, a mask having a special structure is used, and a plurality of measurement patterns on the mask are individually provided with pinholes and projection optics. In addition to printing on the substrate sequentially through the system, the reference pattern on the mask is printed on the substrate via the projection optical system without passing through the condenser lens and pinhole, and multiple measurements are obtained as a result of each printing. U.S. Pat. No. 5,978,085 discloses an invention relating to a technique for calculating a wavefront aberration by measuring a positional deviation amount of each resist image of a work pattern with respect to a resist image of a reference pattern and performing a predetermined calculation.

【0008】この他、投影光学系のデフォーカス量を計
測する方法として、例えば特開2002−55435号
公報には、テストマークとしてプラス1次回折光とマイ
ナス1次回折光の回折効率が異なる(例えばいずれかの
回折効率が零である)非対称回折格子パターンと、この
非対称回折格子パターンの像のずれを測定する際の基準
となる像を得るための基準パターンとを含むものを用
い、このテストマークを投影光学系を介して基板上に焼
き付け、そのレジスト像を計測することで、投影光学系
のデフォーカス量を一度の計測で計測する方法が開示さ
れている。この公報に開示されている方法によると、非
対称回折格子パターンの像がデフォーカスに比例して横
シフトする量を定量化でき、且つ符号付きのデフォーカ
ス量を簡単に精度良く測定できる。
In addition, as a method of measuring the defocus amount of the projection optical system, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-55435, the diffraction efficiencies of the plus first-order diffracted light and the minus first-order diffracted light as test marks are different (for example, This test mark is used by using a test pattern including an asymmetrical diffraction grating pattern (where the diffraction efficiency is zero) and a reference pattern for obtaining a reference image when measuring the deviation of the image of this asymmetrical diffraction grating pattern. A method is disclosed in which the amount of defocus of the projection optical system is measured in one measurement by printing on a substrate via the projection optical system and measuring the resist image thereof. According to the method disclosed in this publication, the amount of lateral shift of the image of the asymmetric diffraction grating pattern in proportion to the defocus can be quantified, and the defocus amount with a sign can be easily and accurately measured.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記米
国特許に開示されている技術などを、実際のステッパ等
に適用し、投影光学系の波面収差を計測する場合、投影
光学系の視野内の異なる位置に対応するマスク上の位置
にそれぞれ配置された複数の計測用パターンのそれぞれ
を、個別に設けられたピンホール及び投影光学系を順次
介して基板上に焼き付けることとなるため、それぞれの
計測用パターンに由来する光束は瞳面上でそれぞれ異な
る位置を通過する。この通過位置の相違が、基板上に形
成される各計測用パターンの転写像(レジスト像)の形
状に影響し、結果的に、最終的な波面収差の計測誤差要
因となることが、発明者等の研究の結果、最近になって
判明した。
However, when the technique disclosed in the above-mentioned US patent is applied to an actual stepper or the like to measure the wavefront aberration of the projection optical system, it is different in the field of view of the projection optical system. Since each of the plurality of measurement patterns arranged at the position corresponding to the position on the mask is sequentially printed on the substrate through the individually provided pinhole and projection optical system, each measurement pattern is measured. Light fluxes originating from the pattern pass through different positions on the pupil plane. The difference in the passing position affects the shape of the transfer image (resist image) of each measurement pattern formed on the substrate, and as a result, causes a final measurement error of the wavefront aberration. As a result of such research, it was recently found.

【0010】すなわち、前述の瞳面上の異なる位置を通
過した各計測用パターン由来の光束は、基板上に対する
入射角が相互に異なるため、現像後に基板上に形成され
るレジスト像はその断面形状が平行四辺形となるととも
に、傾斜角が各計測用パターン毎に異なることになる。
この結果、同一条件で形成される各計測用パターンのレ
ジスト像について計測される線幅が互いに異なることと
なり、この線幅の相違は、計測用パターンのレジスト像
毎の中心位置のシフト量が異なる要因となる。一方、基
準パターンは、投影光学系の光軸近傍の位置に配置さ
れ、その位置に固定されたまま、しかもピンホールを介
することなく基板上に焼き付けられるので、基準パター
ンに由来する光束は、投影光学系の瞳面上の通過位置が
常にほぼ同じ位置となる。このため、基準パターンのレ
ジスト像は、中心位置のシフトが殆ど存在せず、仮にあ
ったとしてもいずれの基準パターンのレジスト像も同一
のシフト量となる。
That is, since the light beams originating from the respective measurement patterns that have passed through different positions on the pupil plane have different incident angles with respect to the substrate, the resist image formed on the substrate after development has its sectional shape. Becomes a parallelogram, and the inclination angle is different for each measurement pattern.
As a result, the line widths measured for the resist images of the respective measurement patterns formed under the same conditions are different from each other, and the difference in the line widths is the difference in the shift amount of the center position for each resist image of the measurement patterns. It becomes a factor. On the other hand, the reference pattern is placed near the optical axis of the projection optical system and is printed on the substrate while being fixed at that position and without passing through the pinhole, so that the light flux originating from the reference pattern is projected. The passing position on the pupil plane of the optical system is always the same position. Therefore, the resist image of the reference pattern has almost no shift of the center position, and even if there is any, the resist image of any reference pattern has the same shift amount.

【0011】しかるに、これまでは、上記のレジスト像
の傾斜角の相違に起因するレジスト像毎の中心位置のシ
フト量の相違は知られていなかったため、計測用パター
ンのレジスト像毎にその位置情報(基準パターンとの位
置ずれ量など)が異なる計測誤差を含み、その計測誤差
を含む位置情報を用いても波面収差を正確に求めること
ができないことは明らかである。
However, until now, the difference in the shift amount of the center position for each resist image due to the difference in the inclination angle of the resist image has not been known, and therefore the position information for each resist image of the measurement pattern is known. It is clear that the wavefront aberration cannot be accurately obtained even if the measurement error differs (such as the amount of positional deviation from the reference pattern) and the position information including the measurement error is used.

【0012】また、上記特開2002−55435号公
報に記載の計測方法では、該公報の図5からも明らかな
ように、非対称回折格子パターンから発生した回折光
(干渉縞)は、基板上に0°でない所定の入射角で入射
する。一方、基準パターンから発生した回折光は、上記
入射角とは異なる入射角で基板上に入射する。従って、
この特開2002−55435号公報に記載の計測方法
においても、前述と同様の計測誤差が生じ得る。
Further, in the measuring method described in JP-A-2002-55435, as is clear from FIG. 5 of the publication, diffracted light (interference fringes) generated from the asymmetric diffraction grating pattern is formed on the substrate. It is incident at a predetermined incident angle other than 0 °. On the other hand, the diffracted light generated from the reference pattern is incident on the substrate at an incident angle different from the above incident angle. Therefore,
Even in the measuring method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-55435, the same measurement error as described above may occur.

【0013】この他、焼付け法を利用した光学系の特性
の計測方法では、入射角を異ならせて基板上に複数のパ
ターンのレジスト像を形成するとき、前述のレジスト像
の傾斜角の相違に起因する計測誤差は、同様に生じ得
る。
In addition, in the method of measuring the characteristics of the optical system using the printing method, when the resist images having a plurality of patterns are formed on the substrate with different incident angles, the difference in the inclination angle of the resist image is caused. The resulting measurement error can occur as well.

【0014】本発明は、かかる事情の下でなされたもの
で、その第1の目的は、像形成時のエネルギビームの入
射角の相違に起因する計測誤差の影響を無くし、光学系
の特性を精度良く計測することができる光学特性計測方
法を提供することにある。
The present invention has been made under the above circumstances, and a first object thereof is to eliminate the influence of a measurement error due to the difference in the incident angle of the energy beam at the time of image formation and to improve the characteristics of the optical system. An object of the present invention is to provide an optical characteristic measuring method capable of measuring accurately.

【0015】本発明の第2の目的は、その光学的な特性
を高精度に調整することができる光学系の調整方法を提
供することにある。
A second object of the present invention is to provide an adjusting method of an optical system capable of adjusting its optical characteristics with high accuracy.

【0016】本発明の第3の目的は、物体上にデバイス
パターンを精度良く転写することができる露光方法及び
装置を提供することにある。
A third object of the present invention is to provide an exposure method and apparatus capable of accurately transferring a device pattern onto an object.

【0017】本発明の第4の目的は、デバイスの生産性
を向上させることができるデバイス製造方法を提供する
ことにある。
A fourth object of the present invention is to provide a device manufacturing method capable of improving device productivity.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、光学系を介したエネルギビームの入射角を異なる状
態で表面に感光層を有する物体を露光し、前記物体上に
複数のパターンの像を形成する第1工程と;前記複数の
パターンの像が形成された前記物体を現像する第2工程
と;前記現像後に得られた前記複数のパターンの転写像
それぞれの位置情報を計測する第3工程と;前記感光層
の膜厚と前記エネルギビームの入射角とを考慮して、前
記転写像毎に前記位置情報を補正し、その補正された前
記各転写像の位置情報を用いて前記光学系の特性を算出
する第4工程と;を含む光学特性計測方法である。
According to a first aspect of the present invention, an object having a photosensitive layer on its surface is exposed with different incident angles of energy beams through an optical system, and a plurality of patterns are formed on the object. The second step of developing the object on which the images of the plurality of patterns are formed; and the position information of each of the transfer images of the plurality of patterns obtained after the development is measured. Third step: taking into consideration the film thickness of the photosensitive layer and the incident angle of the energy beam, the position information is corrected for each transfer image, and the corrected position information of each transfer image is used. And a fourth step of calculating the characteristic of the optical system.

【0019】これによれば、光学系を介したエネルギビ
ームの入射角が異なる状態で表面に感光層を有する物体
が露光され、その物体上に複数のパターンの像が形成さ
れる。次いで、その複数のパターンの像が形成された物
体が現像される。これにより、物体上に複数のパターン
の転写像が形成される。次いで、その現像後に得られた
複数のパターンの転写像それぞれの位置情報が計測され
る。そして、感光層の膜厚とエネルギビームの入射角と
を考慮して、転写像毎に位置情報が補正され、その補正
された各転写像の位置情報を用いて光学系の特性が算出
される。すなわち、各パターンの位置情報の計測結果に
含まれ得るエネルギビームの入射角の相違に起因する計
測誤差が補正された位置情報を用いて光学系の特性が算
出される。従って、本発明によれば、像形成時のエネル
ギビームの入射角の相違に起因する計測誤差の影響を無
くし、光学系の特性を精度良く計測することが可能とな
る。
According to this, an object having a photosensitive layer on its surface is exposed in a state where the incident angles of the energy beams through the optical system are different, and a plurality of patterns of images are formed on the object. The object having the images of the plurality of patterns is then developed. As a result, a plurality of patterns of transferred images are formed on the object. Next, the position information of each of the transfer images of the plurality of patterns obtained after the development is measured. Then, the position information is corrected for each transfer image in consideration of the film thickness of the photosensitive layer and the incident angle of the energy beam, and the characteristic of the optical system is calculated using the corrected position information of each transfer image. . That is, the characteristic of the optical system is calculated using the position information in which the measurement error due to the difference in the incident angle of the energy beam that may be included in the measurement result of the position information of each pattern is corrected. Therefore, according to the present invention, it is possible to eliminate the influence of the measurement error caused by the difference in the incident angle of the energy beam at the time of image formation and to accurately measure the characteristics of the optical system.

【0020】この場合において、請求項2に記載の光学
特性計測方法の如く、前記第4工程では、前記第1工程
における像の形成条件を更に考慮して、前記位置情報の
補正を行うこととすることができる。
In this case, as in the optical characteristic measuring method according to claim 2, in the fourth step, the positional information is corrected by further considering the image forming condition in the first step. can do.

【0021】この場合において、請求項3に記載の光学
特性計測方法の如く、前記考慮される像の形成条件は、
前記第1工程で前記物体に照射される積算エネルギ量を
含むこととすることもできる。
In this case, as in the optical characteristic measuring method according to the third aspect, the considered image forming conditions are:
The integrated energy amount applied to the object in the first step may be included.

【0022】上記請求項2及び3に記載の各光学特性計
測方法において、請求項4に記載の光学特性計測方法の
如く、前記考慮される像の形成条件は、前記物体上の前
記感光層の膜厚の前記物体上の位置に応じた分布を含む
こととすることもできる。すなわち、像の形成条件とし
て、物体上の感光層の膜厚の物体上の位置に応じた分布
のみを考慮することとしても良いし、あるいはこの分布
とともに物体に照射される積算エネルギ量をも考慮する
こととしても良い。
In each of the optical characteristic measuring methods described in claims 2 and 3, as in the optical characteristic measuring method described in claim 4, the considered image forming condition is that the photosensitive layer on the object is formed. It is also possible to include a distribution of the film thickness according to the position on the object. That is, as the image forming condition, only the distribution of the film thickness of the photosensitive layer on the object according to the position on the object may be considered, or the cumulative energy amount irradiated to the object may be considered together with this distribution. It may be done.

【0023】上記請求項1〜4に記載の各光学特性計測
方法において、請求項5に記載の光学特性計測方法の如
く、前記第1工程における像の形成は、前記エネルギビ
ームの前記光学系の瞳面上での通過位置を異ならせるパ
ターンが形成されたマスクを用いて行われることとする
ことができる。
In each of the optical characteristic measuring methods described in claims 1 to 4, as in the optical characteristic measuring method described in claim 5, the image formation in the first step is performed by the optical system of the energy beam. It can be performed by using a mask in which a pattern that makes the passing position on the pupil plane different is formed.

【0024】この場合において、請求項6に記載の光学
特性計測方法の如く、前記マスクは、前記光学系の視野
内の複数の評価点に配置される計測用パターンを有し、
前記各評価点で前記計測用パターンとピンホールとを介
して前記エネルギビームを前記光学系に入射させること
ができる。ここで、マスク上には、少なくとも1つの計
測用パターンがあれば良く、視野内の複数の計測点に同
時に計測用パターンをそれぞれ配置することとしても良
いし、1つの計測用パターンを順次各評価点に配置して
も良い。また、ピンホールパターンも計測用パターンと
同様に少なくとも1つ、マスク上あるいはマスクとは別
に前記計測用パターンに対応して設けられていれば良
い。
In this case, as in the optical characteristic measuring method according to the sixth aspect, the mask has measurement patterns arranged at a plurality of evaluation points in the visual field of the optical system,
At each of the evaluation points, the energy beam can be incident on the optical system via the measurement pattern and the pinhole. Here, it suffices if there is at least one measurement pattern on the mask, and the measurement patterns may be simultaneously arranged at a plurality of measurement points in the field of view, or one measurement pattern may be sequentially evaluated. It may be placed at a point. Further, at least one pinhole pattern may be provided in the same manner as the measurement pattern, on the mask or separately from the mask and corresponding to the measurement pattern.

【0025】上記請求項5に記載の光学特性計測方法に
おいて、請求項7に記載の光学特性計測方法の如く、前
記マスクは、前記光学系の視野内の複数の評価点に対応
して複数の位相シフトパターンを有することとすること
もできる。あるいは、請求項8に記載の光学特性計測方
法の如く、前記マスクは、互いに形成条件が異なる複数
の計測用パターンを有することとすることもできる。後
者の場合、複数の評価点に計測用パターンを配置しなく
ても良く、各計測用パターンは、位相シフトパターンで
も良いし、位相シフトではない通常のパターンでも良
い。この通常のパターンの場合、例えばそのピッチが複
数の計測用パターン相互で異なっていても良い。但し、
例えば計測用パターンから発生する不要な次数の回折光
をカットする、あるいは各計測用パターンを異なる入射
角のエネルギビームで照射する必要がある。また、複数
の計測用パターンは同一のマスク上に形成しなくとも良
い。
In the optical characteristic measuring method according to the fifth aspect, as in the optical characteristic measuring method according to the seventh aspect, the mask has a plurality of masks corresponding to a plurality of evaluation points in the visual field of the optical system. It may have a phase shift pattern. Alternatively, as in the optical characteristic measuring method according to the eighth aspect, the mask may have a plurality of measuring patterns whose forming conditions are different from each other. In the latter case, the measurement patterns need not be arranged at a plurality of evaluation points, and each measurement pattern may be a phase shift pattern or a normal pattern that is not a phase shift. In the case of this normal pattern, for example, the pitch may be different among a plurality of measurement patterns. However,
For example, it is necessary to cut unnecessary order diffracted light generated from the measurement pattern, or to irradiate each measurement pattern with energy beams having different incident angles. Moreover, it is not necessary to form a plurality of measurement patterns on the same mask.

【0026】上記請求項1〜5のいずれか一項に記載の
光学特性計測方法において、請求項9に記載の光学特性
計測方法の如く、前記第1工程における像の形成は、前
記光学系の瞳面上で前記エネルギビームの通過位置を異
ならせるように、前記光学系を介して前記物体上に形成
すべきパターンの照明条件と結像条件との少なくとも一
方を変化させることとすることができる。ここで、例え
ばエネルギビームの入射角を変化させる、あるいは不要
な次数の回折光をカットするだけでも良いし、請求項5
のマスクと組み合わせても良い。
In the optical characteristic measuring method according to any one of claims 1 to 5, as in the optical characteristic measuring method according to claim 9, the image formation in the first step is performed by the optical system. At least one of an illumination condition and an imaging condition of a pattern to be formed on the object via the optical system can be changed so that the passing position of the energy beam is different on the pupil plane. . Here, for example, the incident angle of the energy beam may be changed, or unnecessary diffracted light may be cut.
May be combined with the mask.

【0027】上記請求項1〜9に記載の各光学特性計測
方法において、請求項10に記載の光学特性計測方法の
如く、前記位置情報は、前記各転写像と基準パターンと
の相対位置の情報であることとすることができる。
In each of the optical characteristic measuring methods described in claims 1 to 9, as in the optical characteristic measuring method described in claim 10, the position information is information on the relative position between each of the transferred images and the reference pattern. Can be

【0028】この場合において、請求項11に記載の光
学特性計測方法の如く、前記第4工程では、前記補正さ
れた前記各転写像の前記位置情報を用いて前記光学系の
波面収差を算出することとすることができる。
In this case, as in the optical characteristic measuring method according to claim 11, in the fourth step, the wavefront aberration of the optical system is calculated by using the corrected position information of each of the transferred images. Can be

【0029】上記請求項1〜9のいずれか一項に記載の
光学特性計測方法において、請求項12に記載の光学特
性計測方法の如く、前記位置情報は、前記各転写像間の
相対位置情報であることとすることができる。
In the optical characteristic measuring method according to any one of claims 1 to 9, as in the optical characteristic measuring method according to claim 12, the position information is relative position information between the transferred images. Can be

【0030】請求項13に記載の発明は、請求項1〜1
2のいずれか一項に記載の光学特性計測方法によって光
学系の特性を計測する工程と;前記計測結果に基づいて
前記光学系を調整する工程と;を含む光学系の調整方法
である。
The invention according to claim 13 is the invention according to claims 1 to 1.
2. A method of adjusting an optical system, comprising: a step of measuring a characteristic of an optical system by the optical characteristic measuring method according to any one of 2); and a step of adjusting the optical system based on the measurement result.

【0031】これによれば、請求項1〜12のいずれか
一項に記載の光学特性計測方法によって光学系の特性が
像形成時のエネルギビームの入射角の相違に起因する計
測誤差の影響無く高精度に計測され、この計測結果に基
づいて光学系が調整される。従って、光学系の光学的な
特性を高精度に調整することが可能となる。
According to this, by the optical characteristic measuring method according to any one of claims 1 to 12, the characteristic of the optical system is not affected by the measurement error caused by the difference in the incident angle of the energy beam at the time of image formation. The measurement is performed with high accuracy, and the optical system is adjusted based on the measurement result. Therefore, the optical characteristics of the optical system can be adjusted with high accuracy.

【0032】請求項14に記載の発明は、マスクに形成
されたデバイスパターンを投影光学系を介して表面に感
光層が形成された物体上に転写する露光方法であって、
請求項13に記載の調整方法により前記投影光学系を調
整する工程と;前記調整後の投影光学系を用いて前記デ
バイスパターンの像を前記物体上に投影する工程と;を
含む露光方法である。
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided an exposure method for transferring a device pattern formed on a mask onto an object having a photosensitive layer formed on the surface thereof via a projection optical system.
An exposure method comprising: a step of adjusting the projection optical system by the adjusting method according to claim 13; and a step of projecting an image of the device pattern onto the object by using the adjusted projection optical system. .

【0033】これによれば、請求項13に記載の調整方
法により投影光学系が調整されるので、その投影光学系
の光学的な特性が高精度に調整される。そして、この光
学的な特性が精度良く調整された投影光学系を用いてデ
バイスパターンの像が物体上に投影される。従って、物
体上にデバイスパターンを精度良く形成することが可能
となる。
According to this, since the projection optical system is adjusted by the adjusting method according to the thirteenth aspect, the optical characteristics of the projection optical system are adjusted with high accuracy. Then, the image of the device pattern is projected onto the object by using the projection optical system whose optical characteristics are adjusted with high accuracy. Therefore, the device pattern can be accurately formed on the object.

【0034】請求項15に記載の発明は、マスクに形成
されたデバイスパターンを投影光学系を介して表面に感
光層が形成された物体上に転写する露光方法であって、
請求項1〜12のいずれか一項に記載の計測方法により
前記投影光学系の光学特性を計測するとともに、前記計
測された光学特性に基づいて前記物体上での前記デバイ
スパターンの結像状態を調整することを特徴とする露光
方法である。
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided an exposure method for transferring a device pattern formed on a mask onto an object having a photosensitive layer formed on the surface thereof via a projection optical system.
The optical characteristic of the projection optical system is measured by the measuring method according to claim 1, and an image formation state of the device pattern on the object is measured based on the measured optical characteristic. The exposure method is characterized by adjusting.

【0035】これによれば、請求項1〜12のいずれか
一項に記載の計測方法により投影光学系の光学特性が高
精度に計測され、その高精度に計測された光学特性に基
づいて物体上でのデバイスパターンの結像状態が調整さ
れる。従って、物体上にデバイスパターンを精度良く形
成することが可能となる。ここで、結像状態の調整は、
計測される光学特性に応じた調整方法が採用され、例え
ば光学系の光軸方向に関する物体の位置の調整、エネル
ギビームの波長のシフト、あるいは投影光学系の調整、
又はこれらの少なくとも2つの適宜な組み合わせなどを
採用することができる。
According to this, the optical characteristic of the projection optical system is measured with high accuracy by the measuring method according to any one of claims 1 to 12, and the object is based on the optical characteristic measured with high accuracy. The imaging state of the device pattern above is adjusted. Therefore, the device pattern can be accurately formed on the object. Here, the adjustment of the imaging state is
An adjustment method according to the measured optical characteristics is adopted, for example, adjustment of the position of the object in the optical axis direction of the optical system, shift of the wavelength of the energy beam, or adjustment of the projection optical system,
Alternatively, an appropriate combination of at least two of these can be adopted.

【0036】請求項16に記載の発明は、請求項14又
は15に記載の露光方法を用いて前記物体上にデバイス
パターンを転写する、リソグラフィ工程を含むデバイス
製造方法である。
A sixteenth aspect of the invention is a device manufacturing method including a lithographic step of transferring a device pattern onto the object using the exposure method according to the fourteenth or fifteenth aspect.

【0037】請求項17に記載の発明は、エネルギビー
ムをマスクに照射し、該マスクに形成されたデバイスパ
ターンを表面に感光層が形成された物体上に転写する露
光装置であって、前記マスクから射出されるエネルギビ
ームを前記物体上に投射する、請求項10に記載の調整
方法により調整された投影光学系を、備えることを特徴
とする露光装置である。
According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus which irradiates an energy beam on a mask and transfers the device pattern formed on the mask onto an object having a photosensitive layer formed on the surface thereof. An exposure apparatus comprising: a projection optical system adjusted by the adjusting method according to claim 10, which projects an energy beam emitted from the object onto the object.

【0038】これによれば、マスクから射出されるエネ
ルギビームを物体上に投射する投影光学系として、請求
項13に記載の調整方法により調整された投影光学系を
備えているので、この投影光学系は、その光学的な特性
が高精度に調整されている。そして、露光の際には、エ
ネルギビームがデバイスパターンが形成されたマスクに
照射され、該マスクから射出されたエネルギビームが上
記投影光学系により表面に感光層が形成された物体上に
投射され、デバイスパターンが物体上の感光層に転写さ
れる。従って、物体上にデバイスパターンを精度良く転
写することが可能となる。
According to this, since the projection optical system adjusted by the adjusting method according to claim 13 is provided as the projection optical system for projecting the energy beam emitted from the mask onto the object, this projection optical system is provided. The optical characteristics of the system are adjusted with high precision. Then, at the time of exposure, the energy beam is applied to the mask on which the device pattern is formed, and the energy beam emitted from the mask is projected onto the object having the photosensitive layer formed on the surface by the projection optical system. The device pattern is transferred to the photosensitive layer on the object. Therefore, the device pattern can be accurately transferred onto the object.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図1
〜図9に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
~ It demonstrates based on FIG.

【0040】図1には、一実施形態に係る露光装置10
の概略構成が示されている。この露光装置10は、露光
用光源(以下「光源」という)にパルスレーザ光源を用
いたステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装
置、すなわちいわゆるステッパである。
FIG. 1 shows an exposure apparatus 10 according to one embodiment.
Is shown. This exposure apparatus 10 is a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus using a pulse laser light source as an exposure light source (hereinafter referred to as “light source”), that is, a so-called stepper.

【0041】この露光装置10は、光源16及び照明光
学系12を含む照明系、この照明系からのエネルギビー
ムとしての露光用照明光ELにより照明されるマスクと
してのレチクルRを保持するマスクステージとしてのレ
チクルステージRST、レチクルRから出射された露光
用照明光ELを物体としてのウエハW上(像面上)に投
射する投影光学系PL、ウエハWを保持するZチルトス
テージ58が搭載された基板ステージとしてのウエハス
テージWST、及びこれらの制御系等を備えている。
The exposure apparatus 10 serves as a mask stage for holding an illumination system including a light source 16 and an illumination optical system 12, and a reticle R as a mask illuminated by exposure illumination light EL as an energy beam from the illumination system. Reticle stage RST, a projection optical system PL for projecting the exposure illumination light EL emitted from the reticle R onto the wafer W (on the image plane) as an object, and a substrate on which the Z tilt stage 58 holding the wafer W is mounted. A wafer stage WST as a stage and a control system for these are provided.

【0042】前記光源16としては、ここでは、ArF
エキシマレーザ光源(出力波長193nm)が用いられ
ている。なお、光源16として、F2レーザ光源(出力
波長157nm)等の真空紫外域のパルス光を出力する
光源や、KrFエキシマレーザ光源(出力波長248n
m)などの遠紫外域のパルス光を出力する光源などを用
いても良い。
As the light source 16, here, ArF is used.
An excimer laser light source (output wavelength 193 nm) is used. As the light source 16, a light source that outputs pulsed light in the vacuum ultraviolet region such as an F 2 laser light source (output wavelength 157 nm) or a KrF excimer laser light source (output wavelength 248 n
For example, a light source that outputs pulsed light in the far ultraviolet region such as m) may be used.

【0043】前記光源16は、実際には、照明光学系1
2の各構成要素及びレチクルステージRST、投影光学
系PL、及びウエハステージWST等から成る露光装置
本体が収納されたチャンバ11が設置されたクリーンル
ームとは別のクリーン度の低いサービスルームに設置さ
れており、チャンバ11にビームマッチングユニットと
呼ばれる光軸調整用光学系を少なくとも一部に含む不図
示の送光光学系を介して接続されている。この光源16
は、主制御装置50からの制御情報TSに基づいて、内
部のコントローラにより、レーザ光LBの出力のオン・
オフ、レーザ光LBの1パルスあたりのエネルギ、発振
周波数(繰り返し周波数)、中心波長及びスペクトル半
値幅などが制御されるようになっている。
The light source 16 is actually the illumination optical system 1.
2 is installed in a low-clean service room different from the clean room in which the chamber 11 in which the exposure apparatus main body including the reticle stage RST, the projection optical system PL, the wafer stage WST and the like is housed is installed. And is connected to the chamber 11 via a light-transmitting optical system (not shown) including an optical axis adjusting optical system at least partially called a beam matching unit. This light source 16
Is based on the control information TS from the main controller 50, the internal controller turns on / off the output of the laser beam LB.
Off, energy per pulse of the laser beam LB, oscillation frequency (repetition frequency), center wavelength, spectrum half width, etc. are controlled.

【0044】前記照明光学系12は、シリンダレンズ,
ビームエキスパンダ及びズーム光学系(いずれも不図
示)及びオプティカルインテグレータ(ホモジナイザ)
としてのフライアイレンズ又は内面反射型インテグレー
タ(本実施形態ではフライアイレンズ)22等を含むビ
ーム整形・照度均一化光学系20、照明系開口絞り板2
4、第1リレーレンズ28A、第2リレーレンズ28
B、レチクルブラインド30、光路折り曲げ用のミラー
M及びコンデンサレンズ32等を備えている。
The illumination optical system 12 includes a cylinder lens,
Beam expander, zoom optical system (neither shown), and optical integrator (homogenizer)
Beam shaping / illuminance homogenizing optical system 20 including a fly-eye lens or an internal reflection type integrator (fly-eye lens in the present embodiment) 22 and the like, and an illumination system aperture stop plate 2
4, first relay lens 28A, second relay lens 28
B, a reticle blind 30, a mirror M for bending the optical path, a condenser lens 32, and the like.

【0045】前記ビーム整形・照度均一化光学系20
は、チャンバ11に設けられた光透過窓17を介して不
図示の送光光学系に接続されている。このビーム整形・
照度均一化光学系20は、光源16でパルス発光され光
透過窓17を介して入射したレーザビームLBの断面形
状を、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダを用
いて整形する。そして、ビーム整形・照度均一化光学系
20内部の射出端側に位置するフライアイレンズ22
は、レチクルRを均一な照度分布で照明するために、前
記断面形状が整形されたレーザビームの入射により、照
明光学系12の瞳面とほぼ一致するように配置されるそ
の射出側焦点面に多数の点光源(光源像)から成る面光
源(2次光源)を形成する。この2次光源から射出され
るレーザビームを以下においては、「照明光EL」と呼
ぶものとする。
Beam shaping / illuminance uniforming optical system 20
Are connected to a light transmission optical system (not shown) through a light transmission window 17 provided in the chamber 11. This beam shaping
The illuminance homogenizing optical system 20 shapes the cross-sectional shape of the laser beam LB which is pulse-emitted by the light source 16 and is incident through the light transmission window 17 using, for example, a cylinder lens or a beam expander. Then, the fly-eye lens 22 positioned on the exit end side inside the beam shaping / illuminance uniformizing optical system 20.
In order to illuminate the reticle R with a uniform illuminance distribution, by the incidence of the laser beam whose cross-sectional shape is shaped, on the exit-side focal plane of the illumination optical system 12, which is arranged so as to substantially coincide with the pupil plane. A surface light source (secondary light source) including a large number of point light sources (light source images) is formed. The laser beam emitted from this secondary light source is hereinafter referred to as "illumination light EL".

【0046】フライアイレンズ22の射出側焦点面の近
傍に、円板状部材から成る照明系開口絞り板24が配置
されている。この照明系開口絞り板24には、ほぼ等角
度間隔で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り(通
常絞り)、小さな円形開口より成りコヒーレンスファク
タであるσ値を小さくするための開口絞り(小σ絞
り)、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り(輪帯絞り)、及
び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る
変形開口絞り(図1ではこのうちの2種類の開口絞りの
みが図示されている)等が配置されている。この照明系
開口絞り板24は、主制御装置50により制御されるモ
ータ等の駆動装置40により回転されるようになってお
り、これによりいずれかの開口絞りが照明光ELの光路
上に選択的に設定され、後述するケーラー照明における
光源面形状が、輪帯、小円形、大円形、あるいは四つ目
等に制限される。
An illumination system aperture stop plate 24 made of a disk-shaped member is arranged near the exit-side focal plane of the fly-eye lens 22. The illumination system aperture stop plate 24 has, for example, an aperture stop having a normal circular aperture (normal aperture) and an aperture stop having a small circular aperture (small aperture) for reducing a coherence factor σ value at substantially equal angular intervals. σ stop), a ring-shaped aperture stop for ring-shaped illumination (ring-shaped aperture stop), and a modified aperture stop formed by eccentrically arranging a plurality of apertures for the modified light source method (of which two types are shown in FIG. 1). Only the aperture stop is shown) and so on. The illumination system aperture stop plate 24 is adapted to be rotated by a drive device 40 such as a motor controlled by the main control device 50, whereby any aperture stop is selectively placed on the optical path of the illumination light EL. The light source surface shape in the Koehler illumination, which will be described later, is limited to an annular zone, a small circle, a large circle, a fourth circle, or the like.

【0047】なお、本実施形態では開口絞り板24を用
いて照明光学系の瞳面上での照明光の光量分布(2次光
源の形状や大きさ)、すなわちレチクルRの照明条件を
変更するものとしたが、開口絞り板24の代わりに、あ
るいはそれと組み合わせて、例えば照明光学系の光路上
に交換して配置される複数の回折光学素子、及び照明光
学系の光軸に沿って移動可能な少なくとも1つのプリズ
ム(円錐プリズムや多面体プリズムなど)の少なくとも
一方と前述のズーム光学系とを含む光学ユニットを光源
16とオプティカルインテグレータ(フライアイレン
ズ)22との間に配置し、オプティカルインテグレータ
(フライアイレンズ)22の入射面上での照明光の強度
分布あるいは照明光の入射角度範囲を可変として、前述
の照明条件の変更に伴なう光量損失を最小限に抑えるこ
とが好ましい。
In this embodiment, the aperture stop plate 24 is used to change the light quantity distribution of illumination light (shape and size of the secondary light source) on the pupil plane of the illumination optical system, that is, the illumination condition of the reticle R. However, instead of or in combination with the aperture stop plate 24, it is possible to move along the optical axis of the illumination optical system and a plurality of diffractive optical elements that are arranged interchangeably on the optical path of the illumination optical system. An optical unit including at least one of at least one prism (a conical prism, a polyhedral prism, etc.) and the zoom optical system described above is arranged between the light source 16 and the optical integrator (fly-eye lens) 22, and the optical integrator (fly The intensity distribution of the illumination light on the incident surface of the (eye lens) 22 or the incident angle range of the illumination light can be changed to change the above-mentioned illumination conditions. It is preferable to suppress the Nau light loss to a minimum.

【0048】照明系開口絞り板24から出た照明光EL
の光路上に、レチクルブラインド30を介在させて第1
リレーレンズ28A及び第2リレーレンズ28Bから成
るリレー光学系が配置されている。レチクルブラインド
30は、レチクルRのパターン面に対する共役面に配置
され、レチクルR上の矩形の照明領域IARを規定する
矩形開口が形成されている。ここで、レチクルブライン
ド30としては、開口形状が可変の可動ブラインドが用
いられており、主制御装置50によってマスキング情報
とも呼ばれるブラインド設定情報に基づいてその開口が
設定されるようになっている。
Illumination light EL emitted from the illumination system aperture stop plate 24
The reticle blind 30 on the optical path of the first
A relay optical system including a relay lens 28A and a second relay lens 28B is arranged. The reticle blind 30 is arranged on a conjugate plane with respect to the pattern surface of the reticle R, and has a rectangular opening that defines a rectangular illumination area IAR on the reticle R. Here, as the reticle blind 30, a movable blind whose opening shape is variable is used, and the opening is set by the main control device 50 based on blind setting information also called masking information.

【0049】リレー光学系を構成する第2リレーレンズ
28B後方の照明光ELの光路上には、当該第2リレー
レンズ28Bを通過した照明光ELをレチクルRに向け
て反射する折り曲げミラーMが配置され、このミラーM
後方の照明光ELの光路上にコンデンサレンズ32が配
置されている。
A bending mirror M for reflecting the illumination light EL passing through the second relay lens 28B toward the reticle R is arranged on the optical path of the illumination light EL behind the second relay lens 28B constituting the relay optical system. And this mirror M
The condenser lens 32 is arranged on the optical path of the rear illumination light EL.

【0050】以上の構成において、フライアイレンズ2
2の入射面、レチクルブラインド30の配置面、及びレ
チクルRのパターン面は、光学的に互いに共役に設定さ
れ、フライアイレンズ22の射出側焦点面に形成される
光源面(照明光学系の瞳面)、投影光学系PLのフーリ
エ変換面(射出瞳面)は光学的に互いに共役に設定さ
れ、ケーラー照明系となっている。
In the above structure, the fly-eye lens 2
The incident surface of No. 2, the arrangement surface of the reticle blind 30, and the pattern surface of the reticle R are optically set to be conjugate with each other, and are formed on the exit-side focal plane of the fly-eye lens 22 (the pupil of the illumination optical system). Surface) and the Fourier transform surface (exit pupil surface) of the projection optical system PL are optically set to be conjugate with each other to form a Koehler illumination system.

【0051】このようにして構成された照明光学系12
の作用を簡単に説明すると、光源16からパルス発光さ
れたレーザビームLBは、ビーム整形・照度均一化光学
系に入射して断面形状が整形された後、フライアイレン
ズ22に入射する。これにより、フライアイレンズ22
の射出端に前述した2次光源が形成される。
The illumination optical system 12 configured in this way
In brief, the laser beam LB pulse-emitted from the light source 16 is incident on the beam shaping / illuminance uniforming optical system and the cross-sectional shape is shaped, and then is incident on the fly-eye lens 22. As a result, the fly-eye lens 22
The secondary light source described above is formed at the exit end of the.

【0052】上記の2次光源から射出された照明光EL
は、照明系開口絞り板24上のいずれかの開口絞りを通
過した後、第1リレーレンズ28Aを経てレチクルブラ
インド30の矩形開口を通過した後、第2リレーレンズ
28Bを通過してミラーMによって光路が垂直下方に折
り曲げられた後、コンデンサレンズ32を経て、レチク
ルステージRST上に保持されたレチクルR上の矩形の
照明領域IARを均一な照度分布で照明する。
Illumination light EL emitted from the above-mentioned secondary light source
Passes through one of the aperture stops on the illumination system aperture stop plate 24, then passes through the first relay lens 28A, the rectangular aperture of the reticle blind 30, and then passes through the second relay lens 28B. After the optical path is bent vertically downward, the rectangular illumination area IAR on the reticle R held on the reticle stage RST is illuminated with a uniform illuminance distribution via the condenser lens 32.

【0053】前記レチクルステージRST上にはレチク
ルRが装填され、不図示の静電チャック(又はバキュー
ムチャック)等を介して吸着保持されている。レチクル
ステージRSTは、不図示の駆動系により水平面(XY
平面)内で微小駆動(回転を含む)が可能な構成となっ
ている。また、レチクルステージRSTは、Y軸方向に
ついては、所定のストローク範囲(レチクルRの長さ程
度)で移動可能な構成となっている。なお、レチクルス
テージRSTの位置は、不図示の位置検出器、例えばレ
チクルレーザ干渉計によって、所定の分解能(例えば
0.5〜1nm程度の分解能)で計測され、この計測結
果が主制御装置50に供給されるようになっている。
The reticle R is mounted on the reticle stage RST and is suction-held via an electrostatic chuck (or vacuum chuck) or the like (not shown). The reticle stage RST is driven by a drive system (not shown) on a horizontal plane (XY
It is configured such that minute driving (including rotation) is possible within a plane. Further, reticle stage RST is configured to be movable within a predetermined stroke range (about the length of reticle R) in the Y-axis direction. The position of reticle stage RST is measured with a predetermined resolution (for example, a resolution of about 0.5 to 1 nm) by a position detector (not shown), for example, a reticle laser interferometer, and the measurement result is sent to main controller 50. It is being supplied.

【0054】前記投影光学系PLは、例えば両側テレセ
ントリックな縮小系が用いられている。この投影光学系
PLの投影倍率は例えば1/4、1/5あるいは1/6
等である。このため、前記の如くして、照明光ELによ
りレチクルR上の照明領域IARが照明されると、その
レチクルRに形成されたパターンが投影光学系PLによ
って前記投影倍率で縮小された像が表面にレジスト(感
光剤)が塗布されたウエハW上の矩形の露光領域IA
(通常は、ショット領域に一致)に投影され転写され
る。
As the projection optical system PL, for example, a bilateral telecentric reduction system is used. The projection magnification of this projection optical system PL is, for example, 1/4, 1/5 or 1/6.
Etc. Therefore, as described above, when the illumination area IAR on the reticle R is illuminated by the illumination light EL, the image formed by reducing the pattern formed on the reticle R by the projection optical system PL at the projection magnification is the surface. A rectangular exposure area IA on the wafer W coated with a resist (photosensitizer)
It is projected and transferred (usually coincident with the shot area).

【0055】投影光学系PLとしては、図1に示される
ように、複数枚、例えば10〜20枚程度の屈折光学素
子(レンズ)13のみから成る屈折系が用いられてい
る。この投影光学系PLを構成する複数枚のレンズ13
のうち、物体面側(レチクルR側)の複数枚(ここで
は、説明を簡略化するために4枚とする)のレンズ13
1,132,133,134は、結像特性補正コントローラ
48によって外部から駆動可能な可動レンズとなってい
る。レンズ131,132,134は、不図示のレンズホ
ルダにそれぞれ保持され、これらのレンズホルダが不図
示の駆動素子、例えばピエゾ素子などにより重力方向に
3点で支持されている。そして、これらの駆動素子に対
する印加電圧を独立して調整することにより、レンズ1
1,132,134を投影光学系PLの光軸方向である
Z軸方向にシフト駆動、及びXY面に対する傾斜方向
(すなわちX軸回りの回転方向及びY軸回りの回転方
向)に駆動可能(チルト可能)な構成となっている。ま
た、レンズ133は、不図示のレンズホルダに保持さ
れ、このレンズホルダの外周部に例えばほぼ90°間隔
でピエゾ素子などの駆動素子が配置されており、相互に
対向する2つの駆動素子をそれぞれ一組として、各駆動
素子に対する印加電圧を調整することにより、レンズ1
3をXY面内で2次元的にシフト駆動可能な構成とな
っている。
As the projection optical system PL, as shown in FIG. 1, a refraction system consisting of a plurality of, for example, about 10 to 20 refraction optical elements (lenses) 13 is used. A plurality of lenses 13 forming this projection optical system PL
Among them, a plurality of lenses 13 on the object plane side (reticle R side) (here, four lenses for simplification of description)
1 , 13, 2 , 13 3 , and 13 4 are movable lenses that can be externally driven by the imaging characteristic correction controller 48. The lenses 13 1 , 13 2 and 13 4 are respectively held by lens holders (not shown), and these lens holders are supported at three points in the direction of gravity by drive elements (not shown) such as piezo elements. Then, by independently adjusting the voltage applied to these drive elements, the lens 1
3 1 , 13 2 , 13 4 are shift-driven in the Z-axis direction which is the optical axis direction of the projection optical system PL, and are driven in the tilt direction with respect to the XY plane (that is, the rotation direction around the X-axis and the rotation direction around the Y-axis) It is possible (tiltable). Further, the lens 13 3 is held by a lens holder (not shown) are driven element disposed such as a piezoelectric element at approximately 90 ° intervals, for example, in the outer peripheral portion of the lens holder, the two driving elements facing each other By adjusting the voltage applied to each drive element as a set, the lens 1
3 3 can be two-dimensionally shift-driven in the XY plane.

【0056】なお、投影光学系PLで可動なレンズは上
記4枚のレンズに限られるものではなく、その枚数や投
影光学系PL内での位置などは任意で良い。また、投影
光学系PLの結像特性を調整する機構は前述したレンズ
の駆動に限られるものではなく、照明光ELの波長をシ
フトさせる、あるいは投影光学系PL内の一部で屈折率
を変化させるなど、いかなる方式でも構わない。
The lenses movable in the projection optical system PL are not limited to the above-mentioned four lenses, and the number thereof and the position in the projection optical system PL may be arbitrary. Further, the mechanism for adjusting the image forming characteristics of the projection optical system PL is not limited to the above-mentioned lens driving, but the wavelength of the illumination light EL is shifted, or the refractive index is changed in a part of the projection optical system PL. It does not matter which method is used.

【0057】前記ウエハステージWSTは、ウエハステ
ージ駆動部56によりXY2次元面内で自在に駆動され
るようになっている。このウエハステージWST上に搭
載されたZチルトステージ58上には不図示のウエハホ
ルダを介してウエハWが静電吸着(あるいは真空吸着)
等により保持されている。Zチルトステージ58は、ウ
エハWのZ方向の位置(フォーカス位置)を調整すると
共に、XY平面に対するウエハWの傾斜角を調整する機
能を有する。また、ウエハステージWSTのX、Y位置
及び回転(ヨーイング、ピッチング、ローリングを含
む)は、Zチルトステージ58上に固定された移動鏡5
2Wを介して外部のウエハレーザ干渉計54Wにより計
測され、このウエハレーザ干渉計54Wの計測値が主制
御装置50に供給されるようになっている。
The wafer stage WST can be freely driven in the XY two-dimensional plane by the wafer stage drive section 56. The wafer W is electrostatically attracted (or vacuum attracted) on the Z tilt stage 58 mounted on the wafer stage WST via a wafer holder (not shown).
And so on. The Z tilt stage 58 has the function of adjusting the position (focus position) of the wafer W in the Z direction and adjusting the tilt angle of the wafer W with respect to the XY plane. The X, Y position and rotation (including yawing, pitching, and rolling) of wafer stage WST are fixed to movable mirror 5 fixed on Z tilt stage 58.
An external wafer laser interferometer 54W measures through 2W, and the measured value of the wafer laser interferometer 54W is supplied to the main controller 50.

【0058】また、Zチルトステージ58上には、不図
示のウエハアライメント系のいわゆるベースライン計測
用の第1基準マークその他の基準マークが形成された基
準マーク板FMが、その表面がウエハWの表面とほぼ同
一高さとなるように固定されている。
On the Z-tilt stage 58, a reference mark plate FM having a first reference mark and other reference marks for so-called baseline measurement of a wafer alignment system (not shown) is formed on the surface of the wafer W. It is fixed so that it is almost flush with the surface.

【0059】制御系は、図1中、前記主制御装置50に
よって主に構成される。主制御装置50は、CPU(中
央演算処理装置)、ROM(リード・オンリ・メモ
リ)、RAM(ランダム・アクセス・メモリ)等からな
るいわゆるワークステーション(又はマイクロコンピュ
ータ)等から構成され、露光動作が的確に行われるよう
に、例えば、ウエハステージWSTのショット間ステッ
ピング、露光タイミング等を統括して制御する。
The control system is mainly constituted by the main controller 50 in FIG. The main controller 50 is composed of a so-called workstation (or microcomputer) including a CPU (central processing unit), a ROM (read only memory), a RAM (random access memory), etc. For example, the stepping between shots of the wafer stage WST, the exposure timing, etc. are centrally controlled so as to be performed accurately.

【0060】次に、本実施形態の露光装置10の投影光
学系PLの光学特性の計測の際に用いられる計測用レチ
クルRTについて説明する。
Next, the measurement reticle R T used when measuring the optical characteristics of the projection optical system PL of the exposure apparatus 10 of this embodiment will be described.

【0061】図2には、この計測用レチクルRTの概略
斜視図が示されている。また、図3には、レチクルステ
ージRST上に装填した状態におけるレチクルRTの光
軸AX近傍のXZ断面の概略図が、投影光学系PLの模
式図とともに示されている。また、図4には、レチクル
ステージRST上に装填した状態におけるレチクルR T
の−Y側端部近傍のXZ断面の概略図が、投影光学系P
Lの模式図とともに示されている。
FIG. 2 shows this measurement reticle R.TOutline of
A perspective view is shown. Moreover, in FIG.
Reticle R loaded on the RSTTLight of
The schematic diagram of the XZ cross section near the axis AX is a model of the projection optical system PL.
It is shown with a schematic diagram. Further, in FIG. 4, the reticle is
Reticle R loaded on the stage RST T
Is a schematic view of the XZ cross section near the −Y side end of the projection optical system P.
It is shown with a schematic diagram of L.

【0062】図2から明らかなように、この計測用レチ
クルRTの全体形状は、通常のペリクル付きレチクルと
ほぼ同様の形状を有している。この計測用レチクルRT
は、パターン形成部材としてのガラス基板60、該ガラ
ス基板60の図2における上面のX軸方向中央部に、固
定された長方形板状の形状を有するレンズ取付け部材6
2、ガラス基板60の図2における下面に取り付けられ
た通常のペリクルフレームと同様の外観を有する枠状部
材から成るスペーサ部材64、及びこのスペーサ部材6
4の下面に取り付けられた開口板66等を備えている。
As is apparent from FIG. 2, the entire shape of this measurement reticle R T is almost the same as that of a normal reticle with a pellicle. This measurement reticle R T
Is a glass substrate 60 as a pattern forming member, and a lens mounting member 6 having a rectangular plate shape fixed to the central portion of the upper surface of the glass substrate 60 in FIG. 2 in the X-axis direction.
2. A spacer member 64 made of a frame-shaped member attached to the lower surface of the glass substrate 60 in FIG. 2 and having the same appearance as a normal pellicle frame, and the spacer member 6
4 is provided with an opening plate 66 and the like attached to the lower surface.

【0063】前記レンズ取付け部材62には、Y軸方向
の両端部の一部の帯状の領域を除く、ほぼ全域にマトリ
ックス状配置でn個の円形開口63i,j(i=1〜p、
j=1〜q、p×q=n)が形成されている。各円形開
口63i,jの内部には、Z軸方向の光軸を有する凸レン
ズから成る集光レンズ65i,jがそれぞれ設けられてい
る(図3参照)。
In the lens attachment member 62, n circular openings 63 i, j (i = 1 to p, i = 1 to p, i = 1 to p
j = 1 to q, pxq = n) are formed. Inside each circular opening 63 i, j, a condenser lens 65 i, j made of a convex lens having an optical axis in the Z-axis direction is provided (see FIG. 3).

【0064】また、ガラス基板60とスペーサ部材64
と開口板66とで囲まれる空間の内部には、図3に示さ
れるように、補強部材69が所定の間隔で設けられてい
る。
Further, the glass substrate 60 and the spacer member 64
As shown in FIG. 3, reinforcing members 69 are provided at predetermined intervals inside the space surrounded by the opening plate 66.

【0065】更に、前記各集光レンズ65i,jに対向し
て、図3に示されるように、ガラス基板60の下面に
は、第1パターン67i,jがそれぞれ形成されている。
第1パターン67i,jは、後述する計測用パターンをそ
の一部に含むパターンである。また、開口板66には、
図3に示されるように、各第1パターン67i,jにそれ
ぞれ対向してピンホール状の開口70i,jが形成されて
いる。このピンホール状の開口70i,jは、例えば直径
100〜150μm程度とされる。
Further, as shown in FIG. 3, a first pattern 67 i, j is formed on the lower surface of the glass substrate 60 so as to face each of the condenser lenses 65 i, j .
The first pattern 67 i, j is a pattern including a measurement pattern described later as a part thereof. In addition, the opening plate 66,
As shown in FIG. 3, pinhole-shaped openings 70 i, j are formed to face the first patterns 67 i, j , respectively. The pinhole-shaped opening 70 i, j has a diameter of, for example, about 100 to 150 μm.

【0066】図2に戻り、レンズ保持部材62には、Y
軸方向の両端部の一部の帯状の領域の中央部に、開口7
1、722がそれぞれ形成されている。図4に示される
ように、ガラス基板60の下面(パターン面)には、一
方の開口721に対向して第2パターン741が形成され
ている。ここで、この第2パターンは、後述する基準パ
ターンをその一部に含むパターンである。また、図示は
省略されているが、他方の開口722に対向して、ガラ
ス基板60の下面(パターン面)に、第2パターン74
1と同様の第2パターン(便宜上、「第2パターン7
2」と記述する)が形成されている。
Returning to FIG. 2, the lens holding member 62 has a Y
The opening 7 is formed in the center of a part of the belt-shaped region at both ends in the axial direction.
2 1 and 72 2 are formed respectively. As shown in FIG. 4, a second pattern 74 1 is formed on the lower surface (pattern surface) of the glass substrate 60 so as to face one opening 72 1 . Here, the second pattern is a pattern including a reference pattern described later as a part thereof. Although not shown, the second pattern 74 is formed on the lower surface (pattern surface) of the glass substrate 60 so as to face the other opening 72 2.
The second pattern similar to 1 (for convenience, "second pattern 7
4 2 ”) is formed.

【0067】また、図2に示されるように、ガラス基板
60のレチクル中心を通るX軸上には、レンズ保持部材
62の両外側に、レチクル中心に関して対称な配置で一
対のレチクルアライメントマークRM1,RM2が形成
されている。
Further, as shown in FIG. 2, on the X axis passing through the center of the reticle of the glass substrate 60, a pair of reticle alignment marks RM1 are arranged on both outsides of the lens holding member 62 in a symmetrical arrangement with respect to the center of the reticle. RM2 is formed.

【0068】ここで、本実施形態では、第1パターン6
i,jとして、図5(A)に示されるような網目状(ス
トリートライン状)の遮光パターン67aと、該遮光パ
ターン67aによって区画された正方形の各区画領域内
の中央部に形成された正方形枠状のパターン、すなわち
所定ピッチでマトリックス状に配置された正方形枠状の
パターンから成る計測用パターン67bとを含むパター
ンが用いられている。この第1パターン67i,jは、遮
光部であるクロム層を遮光パターン67aと計測用パタ
ーン67bとが残るようにパターンニングにより除去し
て形成されたポジパターン(いわゆる抜き残しパター
ン)である。
Here, in the present embodiment, the first pattern 6
7 i, j are formed in a mesh-shaped (street line-shaped) light-shielding pattern 67a as shown in FIG. 5A, and in a central portion in each of the square divided regions divided by the light-shielding pattern 67a. A pattern including a square frame pattern, that is, a measurement pattern 67b composed of square frame patterns arranged in a matrix at a predetermined pitch is used. The first pattern 67 i, j is a positive pattern (so-called unremoved pattern) formed by removing the chromium layer, which is the light-shielding portion, by patterning so that the light-shielding pattern 67a and the measurement pattern 67b remain.

【0069】上記の第1パターン67i,jに対応して、
第2パターン741、742として、図5(B)に示され
るような、第1パターン67i,jと同一ピッチ(より正
確には、計測用パターン67bと同一ピッチで形成され
たストリートライン状の基準パターン74aと、該基準
パターン74aによって区画された正方形の各区画領域
内の中央部に形成された正方形枠状の遮光パターン74
bとを含むパターンが用いられている。この第2パター
ン741、742は、遮光部であるクロム層を基準パター
ン74aと遮光パターン74bとが残るようにパターン
ニングにより除去して形成されたポジパターン(いわゆ
る残しパターン)である。
Corresponding to the above first pattern 67 i, j ,
As the second patterns 74 1 and 74 2, as shown in FIG. 5B, the same pitch as the first pattern 67 i, j (more accurately, the street line formed at the same pitch as the measurement pattern 67 b). -Shaped reference pattern 74a, and a square frame-shaped light-shielding pattern 74 formed in the central portion of each of the square divided areas divided by the reference pattern 74a
A pattern including b and is used. The second patterns 74 1 and 74 2 are positive patterns (so-called residual patterns) formed by removing the chromium layer, which is the light shielding portion, by patterning so that the reference pattern 74a and the light shielding pattern 74b remain.

【0070】ここで、上記第1パターン67i,jと第2
パターン741との関係を、図6(A)〜図6(C)に
基づいて説明する。
Here, the first pattern 67 i, j and the second pattern 67 i, j
The relationship with the pattern 74 1 will be described based on FIGS. 6 (A) to 6 (C).

【0071】図6(A)は、第1パターン67i,jの一
部を断面した端面図が示され、図6(B)には、第1パ
ターンとの位置合わせがなされた状態の第2パターンの
一部を断面した端面図が示されている。図6(A)と図
6(B)とから、計測用パターン67bと遮光パターン
74bとの関係としては、各遮光パターン74bの遮光
領域に計測用パターン67b(より正確には計測用パタ
ーン67bを構成する各正方形枠状のパターン)が完全
に含まれる関係があることがわかる。同様に、基準パタ
ーン74aと遮光パターン67aとの関係としては、遮
光パターン67aの遮光領域に基準パターン74aが完
全に含まれる関係があることがわかる。
FIG. 6A shows an end view in which a part of the first pattern 67 i, j is cross-sectioned, and FIG. 6B shows the first pattern 67 i, j in a state of being aligned with the first pattern. An end view of a portion of two patterns is shown. From FIG. 6A and FIG. 6B, the relationship between the measurement pattern 67b and the light-shielding pattern 74b is that the measurement pattern 67b (more accurately, the measurement pattern 67b is formed in the light-shielding region of each light-shielding pattern 74b). It can be seen that there is a relationship in which each of the constituent square frame patterns) is completely included. Similarly, it can be seen that the reference pattern 74a and the light blocking pattern 67a have a relationship in which the reference pattern 74a is completely included in the light blocking region of the light blocking pattern 67a.

【0072】従って、ウエハW上のレジスト層に第1パ
ターン67i,jを転写し、その第1パターンの潜像が形
成された領域に、第2パターン741(又は742)を重
ねて転写した後、そのウエハWを現像すると、ウエハW
上には、第1パターン67i, jと第2パターン741(又
は742)とが正確に重ね合わされているものとする
と、図6(C)に示されるようなレジスト像が形成され
ることとなる。この図6(C)において、符号67b’
は、計測用パターン67b(より正確には、計測用パタ
ーン67bを構成する正方形枠状のパターン)のレジス
ト像であり、符号74a’は、基準パターン74aの一
部のレジスト像である。
Therefore, the first pattern 67 i, j is transferred to the resist layer on the wafer W, and the second pattern 74 1 (or 74 2 ) is superposed on the area where the latent image of the first pattern is formed. After the transfer, when the wafer W is developed, the wafer W
Assuming that the first pattern 67 i, j and the second pattern 74 1 (or 74 2 ) are accurately superimposed on each other, a resist image as shown in FIG. 6C is formed. It will be. In FIG. 6C, reference numeral 67b '
Is a resist image of the measurement pattern 67b (more accurately, a square frame-shaped pattern that constitutes the measurement pattern 67b), and reference numeral 74a ′ is a resist image of a part of the reference pattern 74a.

【0073】このように、本実施形態では、最終的にウ
エハW上に形成されるレジスト像は、計測用パターンと
基準パターンとのレジスト像のみであり、前述の遮光パ
ターンは、残しパターンとポジレジストが用いられてい
る関係で所望のパターン形成ができるように、便宜上設
けられているに過ぎない。従って、以下の説明では、前
述の第1パターンを計測用パターン67i,jと記述し、
第2パターンを基準パターン741(又は742)と記述
するものとする。
As described above, in the present embodiment, the resist image finally formed on the wafer W is only the resist image of the measurement pattern and the reference pattern, and the above-mentioned light-shielding pattern is the remaining pattern and the positive pattern. It is merely provided for convenience so that a desired pattern can be formed because the resist is used. Therefore, in the following description, the above-mentioned first pattern is referred to as a measurement pattern 67 i, j ,
The second pattern will be referred to as the reference pattern 74 1 (or 74 2 ).

【0074】なお、基準パターン741、742として図
5(A)のパターンを用い、計測用パターンとして図5
(B)に示されるパターンを用いることは可能である。
また、計測用パターン67i,jは、これに限られず、そ
の他の形状のパターンを用いても良く、その場合には、
基準パターンとして、その計測用パターンとの間に所定
の位置関係があるパターンを用いれば良い。すなわち、
基準パターンは、計測用パターンの位置ずれの基準とな
るパターンであれば良く、その形状等は問わないが、投
影光学系PLの光学特性(結像特性を含む)を計測する
ためには、投影光学系PLのイメージフィールド又は露
光エリアの全面に渡ってパターンが分布しているパター
ンが望ましい。
The pattern of FIG. 5A is used as the reference patterns 74 1 and 74 2 , and the pattern of FIG.
It is possible to use the pattern shown in (B).
Further, the measurement pattern 67 i, j is not limited to this, and patterns of other shapes may be used. In that case,
As the reference pattern, a pattern having a predetermined positional relationship with the measurement pattern may be used. That is,
The reference pattern may be any pattern as long as it serves as a reference for the positional deviation of the measurement pattern, and its shape and the like are not limited, but in order to measure the optical characteristics (including the imaging characteristics) of the projection optical system PL, A pattern in which the pattern is distributed over the entire image field or exposure area of the optical system PL is desirable.

【0075】次に、計測用レチクルRTを用いて、投影
光学系PLの光学特性を計測する際の手順について説明
する。
Next, the procedure for measuring the optical characteristics of the projection optical system PL using the measurement reticle R T will be described.

【0076】まず、主制御装置50では、不図示のレチ
クルローダを介して計測用レチクルRTをレチクルステ
ージRST上にロードする。次いで、主制御装置50で
は、レーザ干渉計54Wの出力をモニタしつつ、ウエハ
ステージ駆動部56を介してウエハステージWSTを移
動し、基準マーク板FM上の一対のレチクルアライメン
ト用基準マーク(以下、「第2基準マーク」と呼ぶ)を
予め定められた基準位置に位置決めする。ここで、この
基準位置とは、例えば一対の第2基準マークの中心が、
レーザ干渉計54Wで規定されるステージ座標系上の原
点に一致する位置に定められている。
First, main controller 50 loads measurement reticle R T onto reticle stage RST via a reticle loader (not shown). Next, in main controller 50, while monitoring the output of laser interferometer 54W, wafer stage WST is moved via wafer stage drive unit 56, and a pair of reticle alignment reference marks (hereinafter, referred to as reference marks for reticle alignment on fiducial mark plate FM. A "second reference mark") is positioned at a predetermined reference position. Here, the reference position is, for example, the center of the pair of second reference marks,
It is set at a position corresponding to the origin on the stage coordinate system defined by the laser interferometer 54W.

【0077】次に、主制御装置50では、計測用レチク
ルRT上の一対のレチクルアライメントマークRM1,
RM2とこれらに対応する第2基準マークとを、不図示
の一対のレチクルアライメント顕微鏡により同時に観察
し、レチクルアライメントマークRM1,RM2の基準
板FM上への投影像と、対応する第2基準マークとの位
置ずれ量が、共に最小となるように、不図示の駆動系を
介してレチクルステージRSTをXY2次元面内で微少
駆動する。これにより、レチクルアライメントが終了
し、レチクル中心が投影光学系PLの光軸にほぼ一致す
る。
Next, in main controller 50, a pair of reticle alignment marks RM1, on reticle R T for measurement is used.
The RM2 and the second reference marks corresponding thereto are simultaneously observed by a pair of reticle alignment microscopes (not shown), and projected images of the reticle alignment marks RM1 and RM2 on the reference plate FM and the corresponding second reference marks. The reticle stage RST is finely driven in the XY two-dimensional plane via a drive system (not shown) so that the positional deviation amounts of are both minimized. As a result, the reticle alignment is completed and the center of the reticle substantially coincides with the optical axis of the projection optical system PL.

【0078】次に、主制御装置50では、不図示のウエ
ハローダを用いて表面にレジスト(感光剤)が塗布され
たウエハWをZチルトステージ58上にロードする。
Next, in main controller 50, a wafer W having a surface coated with a resist (photosensitive agent) is loaded onto Z tilt stage 58 using a wafer loader (not shown).

【0079】次いで、主制御装置50では、計測用レチ
クルRTの集光レンズ65i,jの全てが含まれ、かつ開口
721,722が含まれず、レンズ保持部材62のX軸方
向の最大幅以内のX軸方向の長さを有する矩形の照明領
域を形成するため、不図示の駆動系を介してレチクルブ
ラインド30の開口を設定する。また、これと同時に、
主制御装置50では、駆動装置40を介して照明系開口
絞り板24を回転して、所定の開口絞り、例えば小σ絞
りを照明光ELの光路上に設定する。このとき、前述し
た照明光学系内の光学ユニット(不図示)、例えばズー
ム光学系などを用いてオプティカルインテグレータ(フ
ライアイレンズ22)に入射する照明光の光束径(又は
入射角度範囲)を小さくして光量損失を最小限とするこ
とが望ましい。
Next, the main controller 50 includes all of the condenser lenses 65 i, j of the measurement reticle R T and does not include the openings 72 1 and 72 2 , and the lens holding member 62 in the X-axis direction. In order to form a rectangular illumination area having a length within the maximum width in the X-axis direction, the opening of the reticle blind 30 is set via a drive system (not shown). At the same time,
The main controller 50 rotates the illumination system aperture stop plate 24 via the drive device 40 to set a predetermined aperture stop, for example, a small σ stop on the optical path of the illumination light EL. At this time, the luminous flux diameter (or incident angle range) of the illumination light incident on the optical integrator (fly-eye lens 22) is reduced by using an optical unit (not shown) in the illumination optical system described above, for example, a zoom optical system. It is desirable to minimize light loss.

【0080】このような準備作業の後、主制御装置50
では、制御情報TSを光源16に与えて、レーザビーム
LBを発光させて、照明光ELをレチクルRTに照射し
て露光を行う。これにより、図3に示されるように、各
計測用パターン67i,jが、対応するピンホール状の開
口70i,j及び投影光学系PLを介して同時にウエハW
上のレジスト(ポジレジスト)層に転写される。この結
果、ウエハW上のレジスト層には、図7(A)に示され
るような各計測用パターン67i,jの縮小像(潜像)6
7’i,jが、所定間隔でXY2次元方向に沿って所定間
隔で形成される。
After such preparatory work, main controller 50
Then, the control information TS is given to the light source 16, the laser beam LB is emitted, and the reticle R T is irradiated with the illumination light EL to perform exposure. As a result, as shown in FIG. 3, the respective measurement patterns 67 i, j are simultaneously exposed to the wafer W via the corresponding pinhole-shaped openings 70 i, j and the projection optical system PL.
Transferred to the upper resist (positive resist) layer. As a result, a reduced image (latent image) 6 of each measurement pattern 67 i, j as shown in FIG. 7A is formed on the resist layer on the wafer W.
7 ′ i, j are formed at predetermined intervals along the XY two-dimensional direction at predetermined intervals.

【0081】次に、主制御装置50では、不図示のレチ
クルレーザ干渉計の計測値とレチクルセンタと一方の基
準パターン741との設計上の位置関係とに基づいて、
基準パターン741の中心位置が光軸AX上に一致する
ように、不図示の駆動系を介してレチクルステージRS
TをY軸方向に所定距離移動する。次いで、主制御装置
50では、その移動後の開口721を含むレンズ保持部
材62上の所定面積の矩形領域(この領域は、いずれの
集光レンズにも掛からない)にのみ照明光ELの照明領
域を規定すべく、不図示の駆動系を介してレチクルブラ
インド30の開口を設定する。
Next, in main controller 50, based on the measured value of the reticle laser interferometer (not shown) and the designed positional relationship between the reticle center and one of the reference patterns 74 1 ,
The reticle stage RS is arranged via a drive system (not shown) so that the center position of the reference pattern 74 1 coincides with the optical axis AX.
The T is moved in the Y-axis direction by a predetermined distance. Next, in the main controller 50, the illumination light EL is illuminated only on a rectangular area of a predetermined area (this area is not covered by any condenser lens) on the lens holding member 62 including the moved opening 72 1. In order to define the area, the opening of the reticle blind 30 is set via a drive system (not shown).

【0082】次に、主制御装置50では、最初の計測用
パターン671,1の潜像67’1,1が形成されたウエハW
上の領域のほぼ中心が、投影光学系PLの光軸上にほぼ
一致するように、レーザ干渉計54Wの計測値をモニタ
しつつ、ウエハステージWSTを移動する。
Next, the main controller 50, the wafer W latent image 67 '1,1 of the first measurement pattern 67 1,1 are formed
The wafer stage WST is moved while monitoring the measurement value of the laser interferometer 54W so that the approximate center of the upper region substantially coincides with the optical axis of the projection optical system PL.

【0083】そして、主制御装置50では、制御情報T
Sを光源16に与えて、レーザビームLBを発光させ
て、照明光ELをレチクルRTに照射して露光を行う。
これにより、ウエハW上のレジスト層の計測用パターン
671,1の潜像が既に形成されている領域(領域S1,1
呼ぶ)に基準パターン741が重ねて転写される。この
結果、ウエハW上の領域S1,1には、図7(B)に示さ
れるように、計測用パターン671,1の潜像67’1,1
基準パターン741の潜像74’1が同図のような位置関
係で形成される。
Then, in the main controller 50, the control information T
S is given to the light source 16 to cause the laser beam LB to emit light, and the illumination light EL is irradiated to the reticle RT to perform exposure.
As a result, the reference pattern 74 1 is transferred in an overlapping manner onto the region (referred to as the region S 1,1 ) in which the latent image of the measurement pattern 67 1,1 of the resist layer on the wafer W is already formed. As a result, in the area S 1,1 on the wafer W, as shown in FIG. 7B, the latent image 67 ′ 1,1 of the measurement pattern 67 1,1 and the latent image 74 of the reference pattern 74 1 are formed. ' 1 is formed in the positional relationship shown in the same figure.

【0084】次いで、主制御装置50では、レチクルR
T上の計測用パターン67i,jの配列ピッチと投影光学系
PLの投影倍率とに基づいて、ウエハW上の計測用パタ
ーン67i,jの設計上の配列ピッチpを算出し、そのピ
ッチpだけ、ウエハステージWSTをX軸方向に移動し
て、第2番目の計測用パターン671,2の潜像が形成さ
れたウエハW上の領域(領域S1,2と呼ぶ)のほぼ中心
が、投影光学系PLの光軸上にほぼ一致するように、ウ
エハステージWSTを移動する。
Next, in the main controller 50, the reticle R
The design arrangement pitch p of the measurement patterns 67 i, j on the wafer W is calculated based on the arrangement pitch of the measurement patterns 67 i, j on T and the projection magnification of the projection optical system PL, and the pitch is calculated. The wafer stage WST is moved in the X-axis direction by p, and the center of the area (called area S 1,2 ) on the wafer W where the latent image of the second measurement pattern 67 1,2 is formed. Moves wafer stage WST so that it substantially coincides with the optical axis of projection optical system PL.

【0085】そして、主制御装置50では、制御情報T
Sを光源16に与えて、レーザビームLBを発光させ
て、照明光ELをレチクルRTに照射して露光を行う。
これにより、ウエハW上の領域S1,2には基準パターン
741が重ねて転写される。
Then, in the main controller 50, the control information T
S is given to the light source 16 to cause the laser beam LB to emit light, and the illumination light EL is irradiated to the reticle RT to perform exposure.
As a result, the reference pattern 74 1 is transferred onto the area S 1,2 on the wafer W in an overlapping manner.

【0086】以後、上記と同様の領域間ステッピング動
作と、露光動作とを繰り返すことにより、ウエハW上の
領域Si,jに、図7(B)と同様の計測用パターンと基
準パターンとの潜像が形成される。
Thereafter, by repeating the inter-region stepping operation and the exposure operation similar to the above, the measurement pattern and the reference pattern similar to those in FIG. 7B are formed in the region S i, j on the wafer W. A latent image is formed.

【0087】このようにして、全ての露光が終了する
と、主制御装置50では、不図示のウエハローダを介し
てウエハWをZチルトステージ58上からアンロードし
た後、チャンバ11にインラインにて接続されている不
図示のコータ・デベロッパ(以下、「C/D」と略述す
る)に送る。そして、C/D内で、そのウエハWの現像
が行われ、その現像後にウエハW上には、マトリックス
状に配列された各領域S i,jに図6(C)と同様の配置
で計測用パターンと基準パターンとのレジスト像が形成
される。
In this way, all exposure is completed.
In the main controller 50, a wafer loader (not shown) is used.
And unload the wafer W from the Z tilt stage 58.
Connected to the chamber 11 inline.
The illustrated coater / developer (abbreviated as "C / D" below)
Send) to. Then, the development of the wafer W is performed in the C / D.
And the matrix is formed on the wafer W after the development.
Areas S arranged in a line i, jThe same arrangement as in Fig. 6 (C)
A resist image of the measurement pattern and the reference pattern is formed by
To be done.

【0088】その後、現像が終了したウエハWは、C/
Dから取り出され、外部の重ね合せ測定器(レジストレ
ーション測定器)を用いて、各領域Si,jについて重ね
合せ誤差の測定が行われ、この結果に基づいて、各計測
用パターン67i,jのレジスト像の対応する基準パター
ン741のレジスト像に対する位置誤差(位置ずれ量)
が算出される。
After that, the wafer W which has been developed is C /
Then, the overlay error is measured for each region S i, j by using an external overlay measuring device (registration measuring device), and based on this result, each measurement pattern 67 i, Positional error (positional shift amount) of the resist image of j with respect to the resist image of the corresponding reference pattern 74 1.
Is calculated.

【0089】このようにして、各領域Si,jについて、
基準パターンに対する計測用パターン67i,jのX,Y
2次元方向の位置ずれ量(Δξi,j,Δηi,j)が算出さ
れる。
In this way, for each area S i, j ,
X, Y of the measurement pattern 67 i, j with respect to the reference pattern
The positional deviation amount (Δξ i, j , Δη i, j ) in the two-dimensional direction is calculated.

【0090】ここで、波面の算出の説明に先立って、位
置ずれ量(Δξi,j,Δηi,j)と波面との物理的な関係
を、図3及び図4に基づいて簡単に説明する。
Here, prior to the explanation of the calculation of the wavefront, the physical relationship between the positional deviation amount (Δξ i, j , Δη i, j ) and the wavefront will be briefly explained with reference to FIGS. 3 and 4. To do.

【0091】図3に、計測用パターン67k,lについ
て、代表的に示されるように、計測用パターン67i,j
(67k,l)で発生した回折光のうち、ピンホール状の
開口70 i,j を通過した光は、計測用パターン67k,l
のどの位置に由来する光であるかによって、投影光学系
PLの瞳面を通る位置が異なる。すなわち、当該瞳面の
各位置における波面は、その位置に対応する計測用パタ
ーン67i,j(67k,l)における位置を介した光の波面
と対応している。そして、仮に投影光学系PLに収差が
全くないものとすると、それらの波面は、投影光学系P
Lの瞳面では、符号F1で示されるような理想波面(こ
こでは平面)となるはずである。しかるに、収差の全く
無い投影光学系は実際には存在しないため、瞳面におい
ては、例えば、点線で示されるような曲面状の波面F2
となる。従って、計測用パターン67i ,jの像は、ウエ
ハW上で波面F2の理想波面に対する傾きに応じてずれ
た位置に結像される。
FIG. 3 shows a measurement pattern 67.k, lAbout
Then, as representatively shown, the measurement pattern 67i, j
(67k, l) Of the diffracted light generated by
Opening 70 i, j The light that has passed through thek, l
Of the projection optical system
The position passing through the pupil plane of PL is different. That is, of the pupil plane
The wavefront at each position is the measurement pattern corresponding to that position.
67i, j(67k, l) The wavefront of light through the position at
It corresponds to. Then, if the projection optical system PL has an aberration,
If there is no wavefront, their wavefronts are
In the pupil plane of L, the code F1The ideal wavefront (see
It should be flat). However, there is no aberration
There is no projection optical system, so there is no projection optical system on the pupil plane.
Is, for example, a curved wavefront F as shown by a dotted line.2
Becomes Therefore, the measurement pattern 67i , jThe statue of
Wave front F on W2Shift according to the inclination of the ideal wavefront
The image is formed at the selected position.

【0092】この一方、基準パターン741(又は7
2)から発生する回折光は、図4に示されるように、
ピンホール状の開口の制限を受けることなく、しかも投
影光学系PLに直接入射し、該投影光学系PLを介して
ウエハW上に結像される。更に、この基準パターン74
1を用いた露光は、投影光学系PLの光軸上に基準パタ
ーン741の中心を位置決めした状態で行われることか
ら、基準パターン741から発生する結像光束は殆ど投
影光学系PLの収差の影響を受けることなく、光軸を含
む微小領域に位置ずれなく結像する。
On the other hand, the reference pattern 74 1 (or 7
4 2 ) generates diffracted light, as shown in FIG.
Without being restricted by the pinhole-shaped opening, the light directly enters the projection optical system PL and is imaged on the wafer W through the projection optical system PL. Furthermore, this reference pattern 74
Since exposure using 1 is performed with the center of the reference pattern 74 1 being positioned on the optical axis of the projection optical system PL, most of the imaging light flux generated from the reference pattern 74 1 is an aberration of the projection optical system PL. The image is formed on the minute area including the optical axis without any positional deviation without being affected by.

【0093】従って、位置ずれ量(Δξi,j,Δηi,j
は、波面の理想波面に対する傾斜をそのまま反映した値
になり、逆に位置ずれ量(Δξi,j,Δηi,j)に基づい
て波面を復元することができる。なお、上記の位置ずれ
量(Δξi,j,Δηi,j)と波面との物理的な関係から明
らかなように、本実施形態における波面の算出原理は、
周知のShack-Hartmanの波面算出原理そのものである。
Therefore, the positional deviation amount (Δξ i, j , Δη i, j )
Is a value that directly reflects the inclination of the wavefront with respect to the ideal wavefront, and conversely the wavefront can be restored based on the amount of positional deviation (Δξ i, j , Δη i, j ). As is clear from the physical relationship between the positional deviation amount (Δξ i, j , Δη i, j ) and the wavefront, the wavefront calculation principle in this embodiment is
This is the well-known Shack-Hartman principle of wavefront calculation.

【0094】ところで、図3では、図示の便宜上から各
計測用パターン67i,jで発生した多数の回折光のうち
対応するピンホール状の開口70i,jを通過した光のう
ち代表的な光のみが図示されているが、各光は投影光学
系PLの瞳面における異なる位置を通過し、その位置に
応じてウエハW上に入射する入射角が異なる。この場
合、それぞれの光の入射角は、各計測用パターン67
i,jの投影光学系PLの視野内における配置と、各計測
用パターンを構成する正方形枠状パターンのピッチ、線
幅などと、ピンホール状の開口70i,jと各計測用パタ
ーン67i,jとの位置関係とで定まる、投影光学系PL
の瞳面における通過位置に応じた位置となる。
Incidentally, in FIG. 3, for convenience of illustration, of the many diffracted lights generated in the respective measurement patterns 67 i, j , a typical light among the lights passing through the corresponding pinhole-shaped openings 70 i, j. Although only light is shown, each light passes through different positions on the pupil plane of the projection optical system PL, and the incident angle on the wafer W differs depending on the position. In this case, the incident angle of each light is determined by the measurement pattern 67.
Arrangement of i, j in the visual field of the projection optical system PL, pitches, line widths, etc. of square frame patterns forming each measurement pattern, pinhole-shaped openings 70 i, j and each measurement pattern 67 i. , determined by the positional relationship between the j, the projection optical system PL
The position corresponds to the passing position on the pupil plane.

【0095】ここで、ウエハW上への結像に寄与する光
の入射角が零でない場合、そのウエハWを現像した後に
得られるレジスト像は、基準となる位置(本実施形態の
場合基準パターンのレジスト像の位置が基準となる)か
らの位置ずれが実際にはない場合であっても、その位置
がずれて重ね合せ測定器などで計測される。以下この点
について説明する。
Here, when the incident angle of the light contributing to the image formation on the wafer W is not zero, the resist image obtained after developing the wafer W is at the reference position (reference pattern in the case of the present embodiment). (The position of the resist image as a reference) does not actually deviate from the position, the position is deviated and measured by an overlay measuring instrument or the like. This point will be described below.

【0096】図8(A)には、ウエハW上に形成された
レジスト像の一部を断面した端面図が示されている。こ
の図8(A)において、符号L1、L2は計測用パター
ンのレジスト像の一部であり、符号L3、L4、L5は
基準パターンのレジスト像の一部である。レジスト像L
1、L2は、それぞれ、図8(B)中に示される入射角
θ1、θ2でレジスト層RLにそれぞれ入射した光によっ
て形成されたものである。ここで、レジスト像L1、L
2を採り挙げて説明する。これらのレジスト像L1、L
2を重ね合わせ測定器その他の画像処理装置で計測した
場合、設計上の線幅がd、レジスト層RLの厚さがtで
一様であるとすると、レジスト像L1、L2の線幅の計
測値L1’、L2’は、次式(1)、(2)のようにな
る。
FIG. 8A shows an end view in which a part of the resist image formed on the wafer W is sectioned. In FIG. 8A, reference characters L1 and L2 are part of the resist image of the measurement pattern, and reference characters L3, L4 and L5 are part of the resist image of the reference pattern. Resist image L
1 and L2 are formed by the lights respectively incident on the resist layer RL at the incident angles θ 1 and θ 2 shown in FIG. 8B. Here, the resist images L1 and L
2 will be explained. These resist images L1 and L
2 is measured by an overlay measuring device or other image processing device, and assuming that the designed line width is d and the resist layer RL has a uniform thickness t, the line widths of the resist images L1 and L2 are measured. The values L1 ′ and L2 ′ are expressed by the following equations (1) and (2).

【0097】 L1’=d+Δd1 ……(1) L2’=d+Δd2 ……(2) ここで、Δd、Δdは、それぞれ図8(A)に示さ
れる位置ずれ量を示す。
L1 ′ = d + Δd 1 (1) L2 ′ = d + Δd 2 (2) Here, Δd 1 and Δd 2 represent the positional deviation amounts shown in FIG. 8A.

【0098】しかるに、Δd、Δdは、図8(A)
の幾何学的関係から明らかなように、次式(3)、
(4)のように表させる。
However, Δd 1 and Δd 2 are as shown in FIG.
As is clear from the geometrical relation of,
Display as in (4).

【0099】 Δd1=t・tanθ1 ……(3) Δd2=t・tanθ2 ……(4) 従って、レジスト像L1、L2の中心位置のずれ量
δ1、δ2は、それぞれ次式(5)、(6)のようにな
る。
Δd 1 = t · tan θ 1 (3) Δd 2 = t · tan θ 2 (4) Therefore, the shift amounts δ 1 and δ 2 of the center positions of the resist images L 1 and L 2 are respectively calculated by the following equations. It becomes like (5) and (6).

【0100】 δ1=(d+Δd1)/2−d/2=Δd1/2=t・tanθ1/2……(5) δ2=(d+Δd2)/2−d/2=Δd2/2=t・tanθ2/2……(6) 但し、この場合、レジスト像L1は、その左側の基準パ
ターンのレジスト像L4にδ1だけ近づき、レジスト像
L2は、その右側のレジスト像L4からδ2だけ遠ざか
る。
[0100] δ 1 = (d + Δd 1 ) / 2-d / 2 = Δd 1/2 = t · tanθ 1/2 ...... (5) δ 2 = (d + Δd 2) / 2-d / 2 = Δd 2 / 2 = t · tanθ 2/2 ...... (6) However, in this case, resist image L1 is closer only [delta] 1 to resist image L4 of the reference pattern of the left, resist image L2 is the resist image L4 to the right Go away by δ 2 .

【0101】但し、通常、同一の計測用パターンのレジ
スト像のライン同士では、前述の入射角θ1、θ2など
は、ほぼ同一であるとみなせる(図9参照)。すなわち
θ1=θ2=θが成立する。
However, in general, the lines of the resist image of the same measurement pattern have the same incident angles θ 1 and θ 2 (see FIG. 9). That is, θ 1 = θ 2 = θ holds.

【0102】従って、以下の説明では、XZ面内の入射
角θyi,jに起因する計測用パターン67i,jのレジスト
像67’i,jの対応する基準パターン741(又は7
2)のレジスト像に対するX軸方向の位置誤差δxi,j
は、−(t・tanθyi,j)/2又は+(t・tan
θyi,j)/2(但しθyi,j≧0)になるものとする。
Therefore, in the following description, the corresponding reference pattern 74 1 (or 7) of the resist image 67 ′ i, j of the measurement pattern 67 i, j caused by the incident angle θy i, j in the XZ plane will be described.
4 2 ) position error in the X-axis direction with respect to the resist image δx i, j
Is-(t · tan θy i, j ) / 2 or + (t · tan
θy i, j ) / 2 (where θy i, j ≧ 0).

【0103】同様に、YZ面内の入射角θxi,jに起因
する計測用パターン67i,jのレジスト像67’i,jの対
応する基準パターン741(又は742)のレジスト像に
対するY軸方向の位置誤差δyi,jは、−(t・tan
θxi,j)/2、又は+(t・tanθxi,j)/2(但
しθxi,j≧0)になるものとする。
Similarly, with respect to the resist image of the corresponding reference pattern 74 1 (or 74 2 ) of the resist image 67 ′ i, j of the measurement pattern 67 i, j due to the incident angle θx i, j in the YZ plane. The position error δy i, j in the Y-axis direction is − (t · tan
θx i, j ) / 2, or + (t · tan θx i, j ) / 2 (where θx i, j ≧ 0).

【0104】ここで、入射角θxi,j及び入射角θyi,j
は、各計測用パターン67i,jの投影光学系PLの視野
内における配置と、ピンホール状の開口70i,j と各計
測用パターン67i,jとの位置関係とで定まる、投影光
学系PLの瞳面における通過位置に応じて定まる。すな
わち、実際に計測を必要とせず、設計値に応じて算出さ
れる。
Here, the incident angle θx i, j and the incident angle θy i, j
Is determined by the arrangement of each measurement pattern 67 i, j in the visual field of the projection optical system PL and the positional relationship between the pinhole-shaped opening 70 i, j and each measurement pattern 67 i, j. It is determined according to the passing position on the pupil plane of the system PL. That is, it is calculated according to the design value without actually requiring measurement.

【0105】上記の説明からもわかるように、計測用パ
ターン67i,j毎に、すなわちウエハW上の領域Si,j
に結像に寄与する光の入射角は異なる。図9には、一例
として、p×q=n個の領域のうちの3つの領域
a,b、Sk,l、及びSt,uにおける上記光の入射角が相
違する様子が示されている。
As can be seen from the above description, the incident angle of the light contributing to image formation is different for each measurement pattern 67 i, j , that is , for each region S i, j on the wafer W. As an example, FIG. 9 shows that the incident angles of the light are different in three regions S a, b , S k, l , and S t, u out of the p × q = n regions. ing.

【0106】そこで、本実施形態では、主制御装置50
が、後述する波面(波面収差)の算出に先立って、前述
の位置ずれ量(Δξi,j,Δηi,j)を、δxi,j及びδ
i,jを用いて補正した位置情報(Δξ’i,j,Δη’
i,j)=(Δξi,j−δxi,j,Δηi,j−δyi,j)を算
出し、その位置情報に基づいて、後述するようにして投
影光学系PLの波面収差を算出するようになっている。
Therefore, in the present embodiment, the main controller 50
However, prior to the calculation of the wavefront (wavefront aberration) described later, the above-mentioned positional displacement amounts (Δξ i, j , Δη i, j ) are calculated as δx i, j and δ
Position information corrected using y i, j (Δξ ′ i, j , Δη ′
i, j ) = (Δξ i, j −δx i, j , Δη i, j −δy i, j ) and calculates the wavefront aberration of the projection optical system PL based on the position information as described later. It is supposed to be calculated.

【0107】次に、上記の位置情報、すなわち補正後の
位置ずれ量(Δξ’i,j,Δη’i,j)に基づいて、波面
を算出する方法について、簡単に説明する。
Next, a method for calculating the wavefront based on the above position information, that is, the corrected position shift amount (Δξ ′ i, j , Δη ′ i, j ) will be briefly described.

【0108】上述の如く、補正後の位置ずれ量(Δξ’
i,j,Δη’i,j)は波面の傾きに対応しており、これを
積分することにより波面の形状(厳密には基準面(理想
波面)からのずれ)が求められる。波面(波面の基準面
からのずれ)の式をW(x,y)とし、比例係数をkと
すると、次式(7)、(8)のような関係式が成立す
る。
As described above, the positional deviation amount after correction (Δξ ′
i, j , Δη ′ i, j ) corresponds to the inclination of the wavefront, and the shape of the wavefront (strictly speaking, the deviation from the reference plane (ideal wavefront)) is obtained by integrating this. If the equation of the wavefront (deviation of the wavefront from the reference plane) is W (x, y) and the proportional coefficient is k, the following relational expressions (7) and (8) are established.

【0109】[0109]

【数1】 [Equation 1]

【0110】位置ずれ量のみでしか与えられていない波
面の傾きをそのまま積分するのは容易ではないため、面
形状を級数に展開して、これにフィットするものとす
る。この場合、級数は直交系を選ぶものとする。ツェル
ニケ多項式は軸対称な面の展開に適した級数で、円周方
向は三角級数に展開する。すなわち、波面Wを極座標系
(ρ,θ)で表すと、ツェルニケ多項式をRn m(ρ)と
して、次式(9)のように展開できる。
Since it is not easy to directly integrate the slope of the wavefront, which is given only by the amount of displacement, it is assumed that the surface shape is developed into a series and fitted to it. In this case, the series should be orthogonal. The Zernike polynomial is a series suitable for expanding an axisymmetric surface, and expands into a trigonometric series in the circumferential direction. That is, when the wavefront W is represented by the polar coordinate system (ρ, θ), the Zernike polynomial can be expanded as R n m (ρ) as shown in the following expression (9).

【0111】[0111]

【数2】 [Equation 2]

【0112】なお、Rn m(ρ)の具体的な形は、周知で
ある(例えば光学の一般的な教科書などに記載されてい
る)ので、詳細な説明は省略する。直交系であるから各
項の係数、An m,Bn mは独立に決定することができる。
有限項で切ることはある種のフィルタリングを行うこと
に対応する。
Since the specific form of R n m (ρ) is well known (for example, it is described in a general textbook of optics), detailed description will be omitted. Since it is an orthogonal system, the coefficients of each term, A n m and B n m, can be independently determined.
Cutting with a finite term corresponds to performing some sort of filtering.

【0113】実際には、その微分が上記の位置ずれ量と
して検出されるので、フィッティングは微係数について
行う必要がある。極座標系(x=ρcosθ,y=ρs
inθ)では、次式(10)、(11)のように表され
る。
In practice, since the derivative is detected as the above-mentioned positional deviation amount, the fitting needs to be performed on the differential coefficient. Polar coordinate system (x = ρcos θ, y = ρs
in θ) is expressed by the following equations (10) and (11).

【0114】[0114]

【数3】 [Equation 3]

【0115】ツェルニケ多項式の微分形は直交系ではな
いので、フィッティングは最小自乗法で行う必要があ
る。1つの計測用パターンからの情報(ずれの量)はX
とY方向につき与えられるので、計測用パターンの数を
N(Nは、例えば81〜400程度とする)とすると、
上式(7)〜(11)で与えられる観測方程式の数は2
N(=162〜800程度)となる。これから例えば2
7の係数を決めるため各係数の誤差はかなり小さくなる
(面の傾きを表すA1 1,B1 1を除けば係数のばらつきは
数nm程度に収まっている)。
Since the differential form of the Zernike polynomial is not an orthogonal system, the fitting must be performed by the least square method. The information (the amount of deviation) from one measurement pattern is X
And the number of measurement patterns is N (N is, for example, about 81 to 400),
The number of observation equations given by the above equations (7) to (11) is 2
N (= about 162 to 800). From now on, for example, 2
Error for each coefficient to determine the coefficient of 7 much smaller (the variation coefficients except A 1 1, B 1 1 representing the tilt of the surface is accommodated in several nm).

【0116】ツェルニケ多項式のそれぞれの項は光学収
差に対応する。しかも低次の項はザイデル収差にほぼ対
応する。従って、ツェルニケ多項式を用いることによ
り、投影光学系PLの波面収差を求めることができる。
Each term in the Zernike polynomial corresponds to an optical aberration. Moreover, the low-order terms almost correspond to Seidel aberrations. Therefore, the wavefront aberration of the projection optical system PL can be obtained by using the Zernike polynomial.

【0117】そこで、本実施形態では、前述のようにし
て求められた各領域Si,jについての基準パターンに対
する計測用パターンのX,Y2次元方向の位置ずれ量
(Δξ i,j,Δηi,j)のデータが、オペレータ等によ
り、図1の入出力装置44を介して主制御装置50に入
力される。なお、外部の重ね合せ測定器から、演算した
各領域Si,jについての位置ずれ量(Δξi,j,Δ
ηi,j)のデータを、オンラインにて主制御装置50に
入力することも可能である。
Therefore, in this embodiment, as described above,
Each area S obtained byi, jAgainst the reference pattern for
Amount of misalignment of measuring pattern in X, Y two-dimensional direction
(Δξ i, j, Δηi, j) Data is
Input to the main controller 50 via the input / output device 44 of FIG.
I will be forced. Note that the calculation was performed from an external overlay measuring instrument.
Each area Si, jAmount of displacement (Δξi, j, Δ
ηi, j) Data to the main controller 50 online
It is also possible to enter.

【0118】いずれにしても、上記の入力に応答して、
主制御装置50内のCPUでは、まず、次式(12)、
(13)の演算を行う。
In any case, in response to the above input,
In the CPU in the main controller 50, first, the following equation (12),
The calculation of (13) is performed.

【0119】 Δξ’i,j=Δξi,j−δxi,j ……(12) Δη’i,j=Δηi,j−δyi,j ……(13)Δξ ′ i, j = Δξ i, j −δx i, j (12) Δη ′ i, j = Δη i, j −δy i, j (13)

【0120】次に、CPUでは、所定の演算プログラム
を用いて、位置情報(Δξ’i,j,Δη’i,j)に基づい
て、前述した原理に従って、各領域Si,jに対応する、
すなわち投影光学系PLの視野内の第1計測点〜第n計
測点に対応する波面(波面収差)、ここでは、ツェルニ
ケ多項式の各項の係数、例えば第2項の係数Z2〜第3
6項の係数Z36を演算する。
Next, the CPU corresponds to each area S i, j based on the position information (Δξ ′ i, j , Δη ′ i, j ) using a predetermined arithmetic program according to the above-mentioned principle. ,
That is, the wavefront (wavefront aberration) corresponding to the first measurement point to the nth measurement point in the field of view of the projection optical system PL, here, the coefficient of each term of the Zernike polynomial, for example, the coefficient Z 2 to the third term of the second term.
The coefficient Z 36 of the 6th term is calculated.

【0121】本実施形態の露光装置10では、半導体デ
バイスの製造時には、レチクルとしてデバイス製造用の
レチクルRがレチクルステージRST上に装填され、そ
の後、レチクルアライメント及び不図示のウエハアライ
メント系のいわゆるベースライン計測、並びにEGA
(エンハンスト・グローバル・アライメント)等のウエ
ハアライメントなどの準備作業が行われる。その後、前
述した光学特性の計測時と同様のステップ・アンド・リ
ピート方式の露光が行われる。但し、この場合、ステッ
ピングは、ウエハアライメント結果に基づいて、ショッ
ト間を単位として行われる。なお、露光時の動作等は通
常のステッパと異なることがないので、詳細説明につい
ては省略する。
In the exposure apparatus 10 of the present embodiment, when manufacturing a semiconductor device, a reticle R for manufacturing a device is loaded on the reticle stage RST as a reticle, and then the reticle alignment and a so-called baseline of a wafer alignment system (not shown). Measurement and EGA
Preparation work such as wafer alignment such as (enhanced global alignment) is performed. After that, the same step-and-repeat exposure is performed as in the measurement of the optical characteristics described above. However, in this case, stepping is performed in units of shots based on the wafer alignment result. Since the operation during exposure does not differ from that of a normal stepper, detailed description thereof will be omitted.

【0122】但し、この露光装置10では、定期的にメ
ンテナンスを行い、その際に、前述した計測用レチクル
Tを用いて、前述した手順で波面収差の計測が行わ
れ、その計測結果に基づいて、投影光学系PLが調整さ
れる。この調整は、例えば、主制御装置50が波面収差
の計測結果に基づいて、非点収差、コマ収差、ディスト
ーション、像面湾曲(又はフォーカス)、球面収差など
の低次収差、すなわちザイデルの5収差等を求め、これ
らの収差を補正すべき旨の指令を結像特性補正コントロ
ーラ48に与える。これにより、結像特性補正コントロ
ーラ48により、可動レンズ131〜134のうちの少な
くとも1つの所定の可動レンズを、少なくとも1自由度
方向に駆動する所定の駆動素子に対する印加電圧が制御
され、前記所定の可動レンズの位置及び姿勢の少なくと
も一方が調整され、投影光学系PLの結像特性、例えば
ディストーション、像面湾曲、コマ収差、球面収差、及
び非点収差等が補正される。
However, in this exposure apparatus 10, maintenance is periodically performed, and at that time, the wavefront aberration is measured using the above-described measurement reticle R T according to the procedure described above, and based on the measurement result. Thus, the projection optical system PL is adjusted. This adjustment is performed, for example, by the main control device 50 based on the measurement result of the wavefront aberration, astigmatism, coma aberration, distortion, field curvature (or focus), low-order aberration such as spherical aberration, that is, Seidel's 5 aberrations. Etc., and gives a command to the imaging characteristic correction controller 48 to correct these aberrations. As a result, the imaging characteristic correction controller 48 controls the applied voltage to a predetermined drive element that drives at least one predetermined movable lens of the movable lenses 13 1 to 13 4 in at least one degree of freedom direction, and At least one of the position and the posture of the predetermined movable lens is adjusted, and the imaging characteristics of the projection optical system PL, such as distortion, field curvature, coma aberration, spherical aberration, and astigmatism, are corrected.

【0123】この場合において、各可動レンズの各自由
度方向の単位駆動量と、波面収差(ツェルニケ多項式の
各項の係数)の変化量との関係を予め求め、これをデー
タベースとしてメモリ内に記憶しておくとともに、この
データベースとツェルニケ多項式の各項の係数とに基づ
いて結像特性の調整量を演算する調整量演算プログラム
を準備しておくこととしても良い。このようにすると、
主制御装置50では、波面収差の計測結果(ツェルニケ
多項式の各項の係数の算出値)が得られた時点で、上記
のデータベースとその得られた波面収差の計測結果とを
用いて上記の調整量演算プログラムに従って、可動レン
ズ131〜134を各自由度方向に駆動すべき調整量を演
算し、この調整量の指令値を、結像特性補正コントロー
ラ48に与える。これにより、結像特性補正コントロー
ラ48により、可動レンズ131〜134をそれぞれの自
由度方向に駆動する各駆動素子に対する印加電圧が制御
され、可動レンズ131〜134の位置及び姿勢の少なく
とも一方がほぼ同時に調整され、投影光学系PLの結像
特性、例えばディストーション、像面湾曲、コマ収差、
球面収差、及び非点収差等が補正される。なお、コマ収
差、球面収差、及び非点収差については、低次のみなら
ず高次の収差をも補正可能である。
In this case, the relationship between the unit drive amount of each movable lens in the direction of each degree of freedom and the change amount of the wavefront aberration (the coefficient of each term of the Zernike polynomial) is obtained in advance and stored in a memory as a database. At the same time, an adjustment amount calculation program for calculating the adjustment amount of the imaging characteristic based on this database and the coefficient of each term of the Zernike polynomial may be prepared. This way,
In the main controller 50, when the measurement result of the wavefront aberration (calculated value of the coefficient of each term of the Zernike polynomial) is obtained, the above adjustment is performed using the database and the obtained measurement result of the wavefront aberration. An adjustment amount for driving the movable lenses 13 1 to 13 4 in each of the degrees of freedom is calculated according to the amount calculation program, and a command value of this adjustment amount is given to the imaging characteristic correction controller 48. As a result, the imaging characteristic correction controller 48 controls the applied voltage to each drive element that drives the movable lenses 13 1 to 13 4 in the respective degrees of freedom, and at least the positions and orientations of the movable lenses 13 1 to 13 4 are controlled. One of them is adjusted almost at the same time, and image forming characteristics of the projection optical system PL, such as distortion, field curvature, and coma aberration,
Spherical aberration, astigmatism, etc. are corrected. Regarding coma aberration, spherical aberration, and astigmatism, not only low-order aberrations but also high-order aberrations can be corrected.

【0124】次に、露光装置10の製造方法について説
明する。
Next, a method of manufacturing the exposure apparatus 10 will be described.

【0125】露光装置10の製造に際しては、まず、複
数のレンズ、ミラー等の光学素子などを含む照明光学系
12、投影光学系PL、多数の機械部品から成るレチク
ルステージ系やウエハステージ系などを、それぞれユニ
ットとして組み立てるとともに、それぞれユニット単体
としての所望の性能を発揮するように、光学的な調整、
機械的な調整、及び電気的な調整等を行う。
In manufacturing the exposure apparatus 10, first, an illumination optical system 12 including optical elements such as a plurality of lenses and mirrors, a projection optical system PL, a reticle stage system including a large number of mechanical parts, a wafer stage system, and the like. , Assembling each as a unit, and performing optical adjustments so that each unit exhibits the desired performance as a unit,
Make mechanical and electrical adjustments.

【0126】次に、照明光学系12や投影光学系PLな
どを露光装置本体に組むとともに、レチクルステージ系
やウエハステージ系などを露光装置本体に取り付けて配
線や配管を接続する。
Next, the illumination optical system 12, the projection optical system PL, etc. are assembled in the exposure apparatus main body, and the reticle stage system, wafer stage system, etc. are attached to the exposure apparatus main body to connect wiring and piping.

【0127】次いで、照明光学系12や投影光学系PL
については、光学的な調整を更に行う。これは、露光装
置本体への組み付け前と組み付け後とでは、それらの光
学系、特に投影光学系PLの光学特性が微妙に変化する
からである。本実施形態では、この露光装置本体への組
み込み後に行われる投影光学系PLの光学的な調整に際
して、前述した計測用レチクルRTを用いて前述した手
順で、投影光学系PLの波面収差の計測を行う。そし
て、この波面収差結果に基づいて、前述のメンテナンス
時と同様にして、ザイデル収差等の補正が行われる。ま
た、より高次の収差に基づいて必要であればレンズ等の
組付けを再調整する。なお、再調整により所望の性能が
得られない場合などには、一部のレンズを再加工する必
要も生じる。なお、投影光学系PLの光学素子の再加工
を容易に行うため、投影光学系PLを露光装置本体に組
み込む前に前述の波面収差を計測し、この計測結果に基
づいて再加工が必要な光学素子の有無や位置などを特定
し、その光学素子の再加工と他の光学素子の再調整とを
並行して行うようにしても良い。
Next, the illumination optical system 12 and the projection optical system PL
With respect to, the optical adjustment is further performed. This is because the optical characteristics of those optical systems, in particular, the projection optical system PL slightly change before and after assembling to the exposure apparatus main body. In the present embodiment, in the optical adjustment of the projection optical system PL that is performed after being incorporated into the exposure apparatus main body, the measurement of the wavefront aberration of the projection optical system PL is performed using the measurement reticle R T described above. I do. Then, based on this wavefront aberration result, Seidel aberration and the like are corrected in the same manner as during the above-mentioned maintenance. If necessary, the assembling of the lens or the like is readjusted based on the higher order aberrations. If the desired performance cannot be obtained by the readjustment, it is necessary to reprocess some lenses. In order to easily reprocess the optical elements of the projection optical system PL, the above-mentioned wavefront aberration is measured before the projection optical system PL is incorporated into the exposure apparatus main body, and the optical processing that requires reprocessing is performed based on this measurement result. The presence or the position of the element may be specified, and the re-machining of the optical element and the readjustment of other optical elements may be performed in parallel.

【0128】その後、更に総合調整(電気調整、動作確
認等)をする。これにより、光学特性が高精度に調整さ
れた投影光学系PLを用いて、レチクルRのパターンを
ウエハW上に精度良く転写することができる、本実施形
態の露光装置10を製造することができる。なお、露光
装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリ
ーンルームで行うことが望ましい。
Thereafter, further comprehensive adjustment (electrical adjustment, operation confirmation, etc.) is performed. This makes it possible to manufacture the exposure apparatus 10 of the present embodiment, which can accurately transfer the pattern of the reticle R onto the wafer W by using the projection optical system PL whose optical characteristics are adjusted with high accuracy. . It is desirable that the exposure apparatus be manufactured in a clean room where the temperature and cleanliness are controlled.

【0129】ところで、本実施形態のように、ウエハ上
のレジスト層に形成された計測用パターンの像と基準パ
ターンの像との位置関係を計測し、その位置関係を計測
用パターンの形成時の露光光の入射角とレジストの厚さ
とに基づいて補正し、その補正後の位置情報に基づい
て、投影光学系の光学特性(波面収差など)を算出する
場合には、レジスト層の厚さによって、前述の補正量が
相違する。従って、ウエハ表面のレジスト層の膜厚にむ
ら、膜厚分布が存在するときは、光学特性の計測結果に
誤差が含まれることになる。従って、レジスト層の厚さ
は、投影光学系の光学特性の計測の際には、ほぼ一定で
あることが望ましい。しかし、現実問題として、スピン
コーター等を用いてレジストをウエハ上に塗布する際
に、レジスト層の厚さを常に一定かつ均一とすること
は、容易ではない。
By the way, as in this embodiment, the positional relationship between the image of the measurement pattern formed on the resist layer on the wafer and the image of the reference pattern is measured, and the positional relationship is measured when the measurement pattern is formed. When the optical characteristics of the projection optical system (wavefront aberration, etc.) are calculated based on the corrected position information after correction based on the incident angle of exposure light and the resist thickness, the thickness of the resist layer The above-mentioned correction amount is different. Therefore, if there is unevenness in the film thickness of the resist layer on the wafer surface and there is a film thickness distribution, an error will be included in the measurement result of the optical characteristics. Therefore, it is desirable that the thickness of the resist layer be substantially constant when measuring the optical characteristics of the projection optical system. However, as a practical matter, it is not easy to always make the thickness of the resist layer constant and uniform when the resist is applied onto the wafer using a spin coater or the like.

【0130】そこで、前述した計測用レチクルRTと同
様の計測用レチクルを用いて、投影光学系の光学特性の
計測を行う場合には、その計測の開始に先立って、光学
方式又は接触針方式で計測に用いるウエハ上のレジスト
層の厚さむらを計測し、その計測結果を保存しておく。
そして、前述と同様の手順で、計測用パターン及び基準
パターンを順次ウエハ上に転写し、そのウエハを現像す
る。そして、その現像後にウエハ上に形成された計測用
パターンの像と基準パターンの像との位置関係を計測
し、その計測された位置関係を前述の如くして補正する
際に、先に記憶していた膜厚むらを更に考慮することが
望ましい。このようにすると、レジストの膜厚のむらに
影響を受けることなく、精度良く投影光学系PLの光学
特性(波面収差など)を求めることができる。
Therefore, when the optical characteristic of the projection optical system is measured using the same measurement reticle as the above-mentioned measurement reticle R T , before the measurement is started, the optical method or the contact needle method is used. The thickness unevenness of the resist layer on the wafer used for measurement is measured and the measurement result is stored.
Then, in the same procedure as described above, the measurement pattern and the reference pattern are sequentially transferred onto the wafer, and the wafer is developed. Then, the positional relationship between the image of the measurement pattern formed on the wafer after the development and the image of the reference pattern is measured, and when the measured positional relationship is corrected as described above, it is stored in advance. It is desirable to further consider the uneven film thickness. By doing so, the optical characteristics (wavefront aberration, etc.) of the projection optical system PL can be accurately obtained without being affected by the unevenness of the resist film thickness.

【0131】また、計測用レチクルRT及び投影光学系
を介してウエハW上に照射される照明光ELの積算エネ
ルギ量(露光ドーズ量)が変更されると、現像後のレジ
スト像の形成状態(例えばその膜厚などを含む)が変化
する。このことは、露光ドーズ量を変更することによ
り、現像後のレジスト像の形成状態を制御できることを
意味する。従って、露光ドーズ量を更に考慮して、前述
の現像後にウエハ上に形成された計測用パターンの像と
基準パターンの像との位置関係を補正することにより、
更に精度良く前述の位置情報(Δξ’i,j,Δη’i,j
を得ることができる。
When the integrated energy amount (exposure dose amount) of the illumination light EL irradiated on the wafer W via the measurement reticle R T and the projection optical system is changed, the state of formation of the resist image after development is changed. (For example, including its film thickness) changes. This means that the formation state of the resist image after development can be controlled by changing the exposure dose amount. Therefore, by further considering the exposure dose amount, by correcting the positional relationship between the image of the measurement pattern and the image of the reference pattern formed on the wafer after the development described above,
More accurate position information (Δξ ' i, j , Δη' i, j )
Can be obtained.

【0132】なお、本実施形態ではレジスト像の形成条
件として、ウエハ上でのレジスト層の膜厚むら(ウエハ
上で各レジスト像が形成される位置でのレジスト層の膜
厚)と露光ドーズ量との少なくとも一方を考慮するもの
としたが、その代わりに、あるいはそれに加えて他の形
成条件、例えばウエハの現像むらなどを考慮しても良
く、要はその形成条件の種類や数は任意で構わない。
In the present embodiment, the resist image forming conditions are as follows: unevenness of the resist layer thickness on the wafer (thickness of the resist layer at the position where each resist image is formed on the wafer) and exposure dose amount. At least one of the above is taken into consideration, but instead of this or in addition thereto, other forming conditions such as uneven development of the wafer may be taken into consideration. The point is that the type and number of the forming conditions are arbitrary. I do not care.

【0133】そして、その位置情報に基づいて投影光学
系PLの光学特性、例えば波面収差を求める。これによ
り、精度の良い波面収差の計測が可能となり、この計測
結果に基づいて、前述の投影光学系PLの調整を行うこ
とにより、投影光学系の光学特性、例えば諸収差を精度
良く調整することが可能となる。
Then, the optical characteristic of the projection optical system PL, for example, the wavefront aberration is obtained based on the position information. As a result, it is possible to measure the wavefront aberration with high accuracy, and by adjusting the projection optical system PL based on the measurement result, it is possible to accurately adjust the optical characteristics of the projection optical system, such as various aberrations. Is possible.

【0134】以上説明したように、本実施形態による
と、投影光学系PLの光学特性(波面収差)の計測に際
して、投影光学系PLの視野内の複数の評価点に対応し
て設けられた複数の計測用パターン67i,jと各計測用
パターン67i,jに個別に対応して設けられたピンホー
ル70i,jとを有する計測用レチクルRTが投影光学系P
Lの物体面に配置される。このため、各計測用パターン
67i,jを介した照明光ELの投影光学系PLの瞳面上
での通過位置がその計測用パターン67i,jに応じて異
なることとなる。この結果、投影光学系PLを介した照
明光ELの入射角を計測用パターン毎にその視野内の位
置に応じて異ならせた状態で表面にレジスト層を有する
ウエハWが露光され、そのウエハW上に複数の計測用パ
ターン67i, jの像が形成される。
As described above, according to the present embodiment, when measuring the optical characteristics (wavefront aberration) of the projection optical system PL, a plurality of evaluation points provided in the visual field of the projection optical system PL are provided. for measurement pattern 67 i, j and the measurement pattern 67 i, a pinhole 70 i provided corresponding individually to j, reticle for measurement and a j R T is the projection optical system P
It is arranged on the object plane of L. Therefore, the passing position of the illumination light EL on the pupil plane of the projection optical system PL via each measurement pattern 67 i, j varies depending on the measurement pattern 67 i, j . As a result, the wafer W having the resist layer on the surface is exposed in a state where the incident angle of the illumination light EL via the projection optical system PL is changed according to the position within the field of view for each measurement pattern, and the wafer W is exposed. Images of the plurality of measurement patterns 67 i, j are formed on the upper surface.

【0135】次いで、計測用レチクルRT上の基準パタ
ーン741(又は742)が投影光学系PLの光軸上に位
置決めされた状態でピンホールを介することなく、かつ
ステップ・アンド・リピート方式で、ウエハW上の計測
用パターン67i,jの潜像が形成された領域Si,jに重ね
て転写される。
Next, the reference pattern 74 1 (or 74 2 ) on the measurement reticle R T is positioned on the optical axis of the projection optical system PL without using a pinhole and in a step-and-repeat system. Then, the measurement pattern 67 i, j on the wafer W is transferred onto the area S i, j where the latent image is formed.

【0136】次いで、その複数の計測用パターン67
i,jの像及び対応する基準パターン741(又は742
の像が形成されたウエハWが現像される。これにより、
ウエハW上に複数の計測用パターン67i,jの像及び対
応する基準パターン741(又は742)のレジスト像が
形成される。次いで、その現像後に得られた複数の複数
の計測用パターン67i,jのレジスト像(転写像)それ
ぞれの位置情報、この場合対応する基準パターンのレジ
スト像に対する位置ずれ量(Δξi,j,Δηi,j)が計測
される。そして、レジスト層の膜厚と照明光ELの入射
角とを考慮して、上式(12)及び(13)の演算によ
り計測用パターン67i,jのレジスト像毎に前述の位置
情報(Δξi,j,Δηi,j)が補正され、その補正された
各計測用パターン67i,jのレジスト像の位置情報(Δ
ξ’i,j,Δη’i,j)を用いて投影光学系PLの特性、
この場合波面収差が算出される。
Next, the plurality of measurement patterns 67
Image of i, j and corresponding reference pattern 74 1 (or 74 2 )
The wafer W on which the image of is formed is developed. This allows
Images of the plurality of measurement patterns 67 i, j and corresponding resist images of the reference pattern 74 1 (or 74 2 ) are formed on the wafer W. Next, the positional information of each of the resist images (transfer images) of the plurality of measurement patterns 67 i, j obtained after the development, in this case, the positional deviation amount (Δξ i, j , with respect to the resist image of the corresponding reference pattern, Δη i, j ) is measured. Then, in consideration of the film thickness of the resist layer and the incident angle of the illumination light EL, the above-mentioned position information (Δξ is calculated for each resist image of the measurement pattern 67 i, j by the calculation of the above equations (12) and (13). i, j , Δη i, j ) is corrected, and the position information (Δ) of the resist image of each corrected measurement pattern 67 i, j is corrected.
ξ ′ i, j , Δη ′ i, j ), the characteristics of the projection optical system PL,
In this case, the wavefront aberration is calculated.

【0137】従って、本実施形態に係る光学特性計測方
法によると、像形成時の照明光ELの入射角の相違に起
因する計測誤差の影響を無くし、投影光学系の特性(波
面収差)を精度良く計測することが可能となる。
Therefore, according to the optical characteristic measuring method according to the present embodiment, the influence of the measurement error caused by the difference in the incident angle of the illumination light EL at the time of image formation is eliminated, and the characteristic (wavefront aberration) of the projection optical system is accurately measured. It is possible to measure well.

【0138】また、本実施形態に係る露光装置10によ
ると、定期的にメンテナンスが行われ、その際に前述の
投影光学系PLの波面収差の計測が行われ、投影光学系
PLの波面収差が前述の照明光ELの入射角の相違に起
因する計測誤差の影響無く精度良く計測される。そし
て、この計測結果に基づいて投影光学系PLが前述の如
く、調整される。従って、投影光学系PLの光学的な特
性である結像特性、例えばディストーション、像面湾
曲、コマ収差、球面収差、及び非点収差等が補正され
る。この際、コマ収差、球面収差、及び非点収差につい
ては、低次のみならず高次の収差をも補正することが可
能である。
Further, according to the exposure apparatus 10 according to the present embodiment, maintenance is regularly performed, and at that time, the wavefront aberration of the projection optical system PL is measured, and the wavefront aberration of the projection optical system PL is measured. The measurement is performed accurately without the influence of the measurement error caused by the difference in the incident angle of the illumination light EL. Then, the projection optical system PL is adjusted based on this measurement result as described above. Therefore, the imaging characteristics, which are the optical characteristics of the projection optical system PL, such as distortion, field curvature, coma aberration, spherical aberration, and astigmatism, are corrected. At this time, regarding coma aberration, spherical aberration, and astigmatism, not only low-order aberrations but also high-order aberrations can be corrected.

【0139】そして、本実施形態の露光装置10及びそ
の露光方法によると、半導体デバイスの製造時に、上記
の結像特性が精度良く調整された投影光学系PLを用い
てデバイスパターンの像がウエハW上に、ステップ・ア
ンド・リピート方式で投影される。従って、ウエハW上
にデバイスパターンを精度良く転写することが可能とな
る。
Then, according to the exposure apparatus 10 and the exposure method thereof of the present embodiment, when the semiconductor device is manufactured, the image of the device pattern is formed on the wafer W by using the projection optical system PL in which the above-mentioned image forming characteristics are accurately adjusted. Projected on the top in a step-and-repeat manner. Therefore, the device pattern can be accurately transferred onto the wafer W.

【0140】さらに、本実施形態によると、露光装置1
0の製造時においても、投影光学系PLを露光装置本体
に組み込んだ後において、前述のように投影光学系PL
の波面収差が計測され、その計測された波面収差に基づ
いて投影光学系PLを調整するので、投影光学系の結像
特性が精度良く調整される。従って、投影光学系の結像
特性が精度良く調整された露光装置10が製造され、該
露光装置10を用いて露光を行うことにより、レチクル
パターンを投影光学系PLを介してウエハ上に精度良く
転写することが可能になる。
Furthermore, according to the present embodiment, the exposure apparatus 1
Even when 0 is manufactured, after the projection optical system PL is incorporated in the exposure apparatus main body, as described above,
Is measured, and the projection optical system PL is adjusted based on the measured wavefront aberration, so that the imaging characteristics of the projection optical system are adjusted with high accuracy. Therefore, the exposure apparatus 10 in which the image forming characteristics of the projection optical system are adjusted with high accuracy is manufactured, and exposure is performed using the exposure apparatus 10, whereby the reticle pattern is accurately transferred onto the wafer via the projection optical system PL. It becomes possible to transfer.

【0141】なお、上記実施形態では、光学特性の計測
の際に、計測用パターンのみでなく基準パターンもウエ
ハW上に転写するものとしたが、本発明がこれに限定さ
れないことは勿論である。すなわち、計測用パターンが
転写される物体として、予め基準パターンが形成された
基準ウエハを用いることとしても良く、この場合には、
投影光学系PLの光学特性の計測に際し、計測用パター
ンの転写を行うのみで足りるので、基準パターンの転写
(通常のこの転写は、ステップ・アンド・リピート方式
で行われる)が不要となり、その分計測時間の短縮が可
能となり、ひいては投影光学系PLの調整時間の短縮が
可能となる。
In the above embodiment, not only the measurement pattern but also the reference pattern is transferred onto the wafer W when the optical characteristic is measured, but the present invention is not limited to this. . That is, a reference wafer on which a reference pattern is formed in advance may be used as the object to which the measurement pattern is transferred. In this case,
When measuring the optical characteristics of the projection optical system PL, it is sufficient to transfer the measurement pattern. Therefore, the transfer of the reference pattern (normally this transfer is performed by the step-and-repeat method) becomes unnecessary, and The measurement time can be shortened, and the adjustment time of the projection optical system PL can be shortened.

【0142】なお、上記実施形態では、投影光学系PL
の特性として波面収差を求める場合について説明した
が、本発明の光学特性計測方法がこれに限定されるもの
ではない。すなわち、本発明は、光学系の特性を計測す
る際に、光学系を介したエネルギビームの入射角を異な
らせて表面に感光層を有する物体を露光し、前記物体上
に複数のパターンの像を形成するものであれば、好適に
適用することができる。例えば、前述した特開2002
−55435号公報に開示される投影光学系のデフォー
カス量を計測する方法を用いて、投影光学系の像面湾曲
を計測する場合には、投影光学系の視野内の複数の評価
領域に対応して前述のテストマークが複数配置されたフ
ォトマスク(レチクル)が用いられる。このフォトマス
クを照明光で照射して複数のテストマークを同時に投影
光学系を介して基板上に焼き付けることとなる。この
際、各テストマークを構成する非対称回折格子パターン
(位相シフトパターンの一種)からの回折光(干渉縞)
は、そのテストマークの視野内の位置、すなわちその干
渉縞のもととなる回折光が通る投影光学系の瞳面内の位
置に応じた入射角でそれぞれウエハ上に入射する。従っ
て、このウエハを現像して得られる各テストマークのレ
ジスト像では、非対称回折格子パターンの像の位置情
報、すなわち基準パターンの像からの位置ずれ量の計測
結果には、上記実施形態と同様に、上記入射角に応じた
計測誤差が同様に含まれる。従って、この場合にも、上
記のテストマーク毎の非対称回折格子パターンの像の位
置情報を、その入射角とレジスト層の膜厚を考慮して補
正することにより、各評価点における投影光学系の光学
特性、例えば符号付きのデフォーカス量をより精度良く
計測することができ、その各評価点における符号付きの
デフォーカス量を用いて最小自乗法などの統計演算によ
り近似曲面を求めることにより、像面湾曲を精度良く求
めることが可能となる。
In the above embodiment, the projection optical system PL
Although the case has been described where the wavefront aberration is obtained as the characteristic, the optical characteristic measuring method of the present invention is not limited to this. That is, in the present invention, when measuring the characteristics of an optical system, an object having a photosensitive layer on the surface is exposed by changing the incident angle of the energy beam through the optical system, and images of a plurality of patterns are formed on the object. It can be suitably applied if it forms For example, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 2002
When measuring the field curvature of the projection optical system using the method for measuring the defocus amount of the projection optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55435, it corresponds to a plurality of evaluation regions within the field of view of the projection optical system. Then, a photomask (reticle) on which a plurality of the above-described test marks are arranged is used. This photomask is illuminated with illumination light to simultaneously print a plurality of test marks on the substrate via the projection optical system. At this time, diffracted light (interference fringe) from the asymmetric diffraction grating pattern (a type of phase shift pattern) that constitutes each test mark
Are incident on the wafer at an incident angle corresponding to the position in the visual field of the test mark, that is, the position in the pupil plane of the projection optical system through which the diffracted light that is the source of the interference fringes passes. Therefore, in the resist image of each test mark obtained by developing this wafer, the positional information of the image of the asymmetrical diffraction grating pattern, that is, the measurement result of the amount of displacement from the image of the reference pattern, is the same as in the above embodiment. The measurement error corresponding to the incident angle is also included. Therefore, also in this case, by correcting the position information of the image of the asymmetrical diffraction grating pattern for each test mark described above in consideration of the incident angle and the film thickness of the resist layer, the projection optical system at each evaluation point is corrected. The optical characteristics, for example, the defocus amount with a sign can be measured more accurately, and the defocus amount with a sign at each evaluation point is used to obtain an approximate curved surface by a statistical calculation such as the least squares method. It is possible to accurately obtain the surface curvature.

【0143】すなわち、本発明の光学特性計測方法が対
象とする光学系の特性は、波面収差に限らず、その一部
の収差、すなわち像面湾曲などの結像特性でも良いし、
あるいは投影光学系のフォーカス位置などでも良い。ま
た、上記実施形態では投影光学系PLによってウエハ上
に投影されるパターン像の結像状態を調整するために、
前述の如く計測した光学特性に基づいて投影光学系PL
の調整(光学素子の移動)を行うものとしたが、パター
ン像の結像状態を調整する方法はこれに限られるもので
はなく、例えば照明光ELの波長を僅かに変化させる、
あるいは投影光学系PLの結像面に対してウエハを相対
移動させても良い。
That is, the characteristic of the optical system targeted by the optical characteristic measuring method of the present invention is not limited to the wavefront aberration, but may be a part of the aberration, that is, the imaging characteristic such as field curvature.
Alternatively, it may be the focus position of the projection optical system. In the above embodiment, in order to adjust the image formation state of the pattern image projected on the wafer by the projection optical system PL,
Based on the optical characteristics measured as described above, the projection optical system PL
However, the method of adjusting the image formation state of the pattern image is not limited to this, and for example, the wavelength of the illumination light EL is slightly changed,
Alternatively, the wafer may be moved relative to the image plane of the projection optical system PL.

【0144】また、上記の説明から明らかなように、本
発明の光学特性計測方法で用いることができる、パター
ンを介したエネルギビームの光学系の瞳面上での通過位
置を異ならせるフォトマスク(レチクル)は、光学系の
視野内の複数の評価点に対応して複数の位相シフトパタ
ーンを有するフォトマスクであっても良い。
Further, as is apparent from the above description, a photomask (which can be used in the optical characteristic measuring method of the present invention, which makes the passing position of the energy beam via the pattern on the pupil plane of the optical system different ( The reticle may be a photomask having a plurality of phase shift patterns corresponding to a plurality of evaluation points in the visual field of the optical system.

【0145】さらに、本実施形態では、図2のマスクあ
るいは位相シフトマスクを用いて、投影光学系の瞳面上
での照明光ELの通過位置、すなわちウエハ上での照明
光ELの入射角を異ならせてウエハ上にパターン像を形
成するものとしたが、例えば互いに形成条件(ピッチな
ど)が異なる複数の計測用パターンが形成されるマスク
を用い、各計測用パターンの転写時に不要な次数の回折
光をカットしても良い。また、照明光ELの入射角を異
ならせてパターン像を形成する方法は、この種のマスク
の使用に限定されるものではなく、ウエハ上に転写すべ
きパターンの照明条件と結像条件との少なくとも一方を
変更する、例えばパターンへの照明光の入射角を異なら
せるとともに、投影光学系を通る回折光のうち不要な次
数の回折光を遮光しても良い。
Furthermore, in the present embodiment, the passing position of the illumination light EL on the pupil plane of the projection optical system, that is, the incident angle of the illumination light EL on the wafer is determined by using the mask of FIG. 2 or the phase shift mask. Although the pattern images are formed on the wafer by making them different, for example, a mask in which a plurality of measurement patterns having different formation conditions (pitch, etc.) from each other are formed is used, and an undesired order You may cut the diffracted light. Further, the method of forming the pattern image by changing the incident angle of the illumination light EL is not limited to the use of this type of mask, and the illumination condition and the imaging condition of the pattern to be transferred onto the wafer At least one of them may be changed, for example, the incident angle of the illumination light to the pattern may be made different, and unnecessary diffracted light of the diffracted light passing through the projection optical system may be shielded.

【0146】なお、本発明の光学特性計測方法で用いら
れるマスクは、前述の計測用レチクルあるいは位相シフ
トマスクに限定されないことは勿論である。本発明で用
いられるマスク上には、少なくとも1つの計測用パター
ンがあれば良く、投影光学系の視野内の複数の計測点に
同時に計測用パターンをそれぞれ配置することとしても
良いし、1つの計測用パターンを順次各評価点に配置し
ても良い。また、計測用パターンとともにピンホールパ
ターンを有する場合には、そのピンホールパターンも計
測用パターンと同様に少なくとも1つ、マスク上あるい
はマスクとは別に露光装置側に計測用パターンに対応し
て設けられていれば良い。
Of course, the mask used in the optical characteristic measuring method of the present invention is not limited to the above-mentioned measuring reticle or phase shift mask. At least one measurement pattern may be provided on the mask used in the present invention, and the measurement patterns may be simultaneously arranged at a plurality of measurement points in the visual field of the projection optical system, or one measurement pattern may be provided. The use patterns may be sequentially arranged at each evaluation point. Further, in the case of having a pinhole pattern together with the measurement pattern, at least one pinhole pattern is provided on the mask or on the exposure apparatus side corresponding to the measurement pattern separately from the mask, like the measurement pattern. I'm good.

【0147】ところで、上記のフォトマスクを用いた像
面湾曲の計測に際しても、テストマークの像の形成条
件、例えば基板に照射される照明光の積算エネルギ量、
あるいは基板上の感光層の膜厚の基板上の位置に応じた
分布(膜厚むら)を更に考慮して、前記位置情報の補正
を行うことが望ましい。
By the way, also in the measurement of the field curvature using the above photomask, the test mark image forming conditions, for example, the integrated energy amount of the illumination light irradiated to the substrate,
Alternatively, it is desirable to further consider the distribution (film thickness unevenness) of the film thickness of the photosensitive layer on the substrate in accordance with the position on the substrate to correct the position information.

【0148】なお、上記実施形態及び上記の像面湾曲の
計測では、各計測用パターン(又は非対称回折格子パタ
ーン)の像と対応する基準パターンの像との位置関係
(相対位置情報)をそれぞれ計測し、かつ補正に用いら
れる計測誤差を各計測用パターン毎に算出する場合につ
いて説明したが、補正の対象となる位置情報や、位置誤
差の求め方がこれらに限定されるものではない。例え
ば、任意の一つの計測パターンの像の計測誤差(中心位
置のシフト量)を計測し、この計測誤差を基準として、
他の計測用パターンの像の各々における計測誤差を計算
により求めても良い。また、補正の対象となる位置情報
は、計測用パターンの像と基準パターンの像との相対位
置情報(位置ずれ量など)に限られるものではなく、計
測用パターンの各像間の相対位置情報などでも良いし、
さらには相対位置情報に限らず、実際に計測された像の
座標位置などであっても勿論良い。
In the embodiment and the measurement of the field curvature described above, the positional relationship (relative position information) between the image of each measurement pattern (or asymmetrical diffraction grating pattern) and the corresponding image of the reference pattern is measured. In addition, the case where the measurement error used for the correction is calculated for each measurement pattern has been described, but the position information to be corrected and the method of obtaining the position error are not limited to these. For example, the measurement error (shift amount of the center position) of the image of any one measurement pattern is measured, and this measurement error is used as a reference,
The measurement error in each of the images of other measurement patterns may be calculated. Further, the position information to be corrected is not limited to the relative position information (positional deviation amount, etc.) between the image of the measurement pattern and the image of the reference pattern, but relative position information between the images of the measurement pattern. And so on,
Further, it is not limited to the relative position information, and may be the coordinate position of the actually measured image.

【0149】この他、本発明の光学特性計測方法は、投
影光学系に限らず、照明光学系の特性、例えば照明光学
系のコヒーレンスファクタσ値(照明σ)の計測にも好
適に適用できる。この場合、例えば計測用ウエハに光源
像が転写される。かかる転写に際し、まず、微小開口パ
ターンが形成された計測用レチクルをレチクルステージ
RSTにロードするとともに、計測用のウエハをZチル
トステージ58にロードする。そして、計測用レチクル
の配置位置と、計測用のウエハの配置位置との関係を、
投影光学系PLに関する共役関係から所定量ずらした位
置関係(投影光学系PLの瞳面と測定用ウエハの表面と
が互いに光学的共役位置となる位置関係)に設定して、
ケーラー照明方式により計測用レチクルを照明する。そ
して、計測用レチクルの微小開口パターンを通過した光
が投影光学系PLを介した後の光によって計測用のウエ
ハ表面を露光することにより、計測用のウエハにオプテ
ィカルインテグレータ、例えばフライアイレンズの射出
側焦点面に形成される光源像が転写される。そして、光
源像が転写された計測用ウエハを現像し、その現像後に
ウエハ表面に形成されるレジスト像の撮像結果に基づい
て、所定の演算を行うことにより、照明σが求められ
る。
Besides, the optical characteristic measuring method of the present invention can be suitably applied not only to the projection optical system but also to the characteristic of the illumination optical system, for example, the measurement of the coherence factor σ value (illumination σ) of the illumination optical system. In this case, for example, the light source image is transferred onto the measurement wafer. At the time of such transfer, first, the measurement reticle on which the minute opening pattern is formed is loaded on the reticle stage RST, and the measurement wafer is loaded on the Z tilt stage 58. Then, the relationship between the arrangement position of the measurement reticle and the arrangement position of the measurement wafer is
It is set to a positional relationship (a positional relationship in which the pupil plane of the projection optical system PL and the surface of the measurement wafer are optically conjugate positions with respect to each other) shifted from the conjugate relationship with respect to the projection optical system PL by a predetermined amount.
The measurement reticle is illuminated by the Koehler illumination method. Then, the light that has passed through the minute aperture pattern of the measurement reticle passes through the projection optical system PL to expose the surface of the measurement wafer by the light, and the optical integrator, for example, a fly-eye lens is projected onto the measurement wafer. The light source image formed on the side focal plane is transferred. Then, the measurement wafer to which the light source image has been transferred is developed, and a predetermined calculation is performed based on the imaging result of the resist image formed on the wafer surface after the development to obtain the illumination σ.

【0150】上記の光源像のウエハへの転写過程の説明
から明らかなように、この場合にも上記実施形態と同様
に、計測用レチクルの微小開口パターンによって照明光
の投影光学系の瞳面上における通過位置が異ならされる
ので、本発明の光学特性計測方法を用いることにより、
その計測精度を向上させることができることについて
は、これ以上の説明を要しないであろう。
As is clear from the description of the process of transferring the light source image onto the wafer, in this case as well, similar to the above embodiment, the minute aperture pattern of the measurement reticle causes the illumination light on the pupil plane of the projection optical system. Since the passing positions at are different, by using the optical characteristic measuring method of the present invention,
No further explanation will be needed on the possibility of improving the measurement accuracy.

【0151】なお、上記実施形態では、露光装置外部の
重ね合わせ測定器などの専用の計測装置を用いて、ウエ
ハ上に形成されたレジスト像の計測を行う場合について
説明したが、本発明がこれに限定されないことは勿論で
ある。例えば、露光装置に備えられた不図示のウエハア
ライメント系などを用いても良い。この場合において、
そのウエハアライメント系は、例えばウエハ上のレジス
トを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マー
クに照射し、その対象マークからの反射光により受光面
に結像された対象マークの像と不図示の指標の像とを撮
像素子(CCD)等を用いて撮像し、それらの撮像信号
を出力する画像処理方式の結像式アライメントセンサ
(いわゆるFIA(Filed Image Alignment)系)でも
良いし、あるいはコヒーレントな検出光を対象マークに
照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光
を検出したり、その対象マークから発生する2つの回折
光(例えば同次数)を干渉させて検出するアライメント
センサなどであっても良い。
In the above embodiment, the case where the resist image formed on the wafer is measured by using a dedicated measuring device such as an overlay measuring device outside the exposure apparatus has been described. Of course, it is not limited to. For example, a wafer alignment system (not shown) provided in the exposure apparatus may be used. In this case,
The wafer alignment system, for example, irradiates a target mark with a broadband detection light flux that does not expose the resist on the wafer, and reflects the light from the target mark to form an image of the target mark on the light receiving surface and an index (not shown). An image processing type image forming type alignment sensor (so-called FIA (Filed Image Alignment) system) for picking up an image with an image pickup device (CCD) and outputting the image pickup signals may be used, or coherent detection light. An alignment sensor for irradiating a target mark with light, detecting scattered light or diffracted light generated from the target mark, or interferingly detecting two diffracted light (for example, of the same order) generated from the target mark. Is also good.

【0152】なお、上記実施形態では、本発明がステッ
パに適用された場合について説明したが、これに限ら
ず、例えば米国特許第5,473,410号等に開示さ
れるマスクと基板とを同期移動してマスクのパターンを
基板上に転写する走査型の露光装置にも適用することが
できる。
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the stepper has been described. However, the present invention is not limited to this, and the mask and the substrate disclosed in US Pat. No. 5,473,410 are synchronized. It can also be applied to a scanning type exposure apparatus that moves to transfer the pattern of the mask onto the substrate.

【0153】露光装置の用途としては半導体製造用の露
光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプ
レートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光
装置や、プラズマディスプレイや有機ELなどの表示装
置、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン及びDNAチップ
などを製造するための露光装置にも広く適用できる。ま
た、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光
露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線
露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造す
るために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パ
ターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
The application of the exposure apparatus is not limited to the exposure apparatus for semiconductor manufacturing, and for example, an exposure apparatus for liquid crystal for transferring a liquid crystal display element pattern onto a rectangular glass plate, a plasma display, an organic EL, or the like. The present invention can be widely applied to the display device, the thin film magnetic head, the exposure machine for manufacturing the micromachine, the DNA chip and the like. Further, not only microdevices such as semiconductor elements, but also glass substrates or silicon wafers for manufacturing reticles or masks used in light exposure apparatuses, EUV exposure apparatuses, X-ray exposure apparatuses, electron beam exposure apparatuses, etc. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern onto a substrate.

【0154】また、上記実施形態の露光装置の光源は、
2レーザ光源、ArFエキシマレーザ光源、KrFエ
キシマレーザ光源などの紫外パルス光源に限らず、g線
(波長436nm)、i線(波長365nm)などの輝
線を発する超高圧水銀ランプを用いることも可能であ
る。さらに、露光用照明光ELは紫外光に限られるもの
ではなく、EUV光、あるいは電子線やイオンビームな
どの荷電粒子線などでも良い。
In addition, the light source of the exposure apparatus of the above embodiment is
Not only UV pulse light sources such as F 2 laser light source, ArF excimer laser light source, KrF excimer laser light source, but also ultra-high pressure mercury lamps that emit g-line (wavelength 436 nm), i-line (wavelength 365 nm) and other bright lines can be used. Is. Furthermore, the exposure illumination light EL is not limited to ultraviolet light, but may be EUV light or charged particle beams such as electron beams and ion beams.

【0155】また、DFB半導体レーザ又はファイバー
レーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レ
ーザ光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイッテ
ルビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増
幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高
調波を用いても良い。また、投影光学系は縮小系のみな
らず等倍系あるいは拡大系でも良いし、屈折系のみなら
ず反射屈折系あるいは反射系でも良い。
Further, a single-wavelength laser light in the infrared region or visible region emitted from a DFB semiconductor laser or a fiber laser is amplified by a fiber amplifier doped with erbium (or both erbium and ytterbium), and a nonlinear It is also possible to use a harmonic wave whose wavelength is converted into ultraviolet light using an optical crystal. Further, the projection optical system may be not only a reduction system but also an equal magnification system or a magnification system, and may be a catadioptric system or a reflection system as well as a refraction system.

【0156】≪デバイス製造方法≫次に上述した露光装
置をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の
実施形態について説明する。
<< Device Manufacturing Method >> Next, an embodiment of a device manufacturing method in which the above-described exposure apparatus is used in a lithography process will be described.

【0157】図10には、デバイス(ICやLSI等の
半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、
マイクロマシン等)の製造例のフローチャートが示され
ている。図10に示されるように、まず、ステップ20
1(設計ステップ)において、デバイスの機能・性能設
計(例えば、半導体デバイスの回路設計等)を行い、そ
の機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続
き、ステップ202(マスク製作ステップ)において、
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一
方、ステップ203(ウエハ製造ステップ)において、
シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
FIG. 10 shows devices (semiconductor chips such as IC and LSI, liquid crystal panel, CCD, thin film magnetic head,
A flow chart of a manufacturing example of a micromachine etc. is shown. As shown in FIG. 10, first, step 20
In 1 (design step), a device function / performance design (for example, circuit design of a semiconductor device) is performed, and a pattern design for realizing the function is performed. Then, in step 202 (mask making step),
A mask on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step 203 (wafer manufacturing step),
A wafer is manufactured using a material such as silicon.

【0158】次に、ステップ204(ウエハ処理ステッ
プ)において、ステップ201〜ステップ203で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成
する。次いで、ステップ205(デバイス組立てステッ
プ)において、ステップ204で処理されたウエハを用
いてデバイス組立てを行う。このステップ205には、
ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージン
グ工程(チップ封入)等の工程が必要に応じて含まれ
る。
Next, in step 204 (wafer processing step), the mask and wafer prepared in steps 201 to 203 are used to form an actual circuit or the like on the wafer by lithography or the like, as described later. . Next, in step 205 (device assembly step), device assembly is performed using the wafer processed in step 204. In this step 205,
Steps such as a dicing step, a bonding step, and a packaging step (chip encapsulation) are included as necessary.

【0159】最後に、ステップ206(検査ステップ)
において、ステップ205で作成されたデバイスの動作
確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程
を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
Finally, step 206 (inspection step)
In step 1, inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the device created in step 205 are performed. After these steps, the device is completed and shipped.

【0160】図11には、半導体デバイスにおける、上
記ステップ204の詳細なフロー例が示されている。図
11において、ステップ211(酸化ステップ)におい
てはウエハの表面を酸化させる。ステップ212(CV
Dステップ)においてはウエハ表面に絶縁膜を形成す
る。ステップ213(電極形成ステップ)においてはウ
エハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ214
(イオン打ち込みステップ)においてはウエハにイオン
を打ち込む。以上のステップ211〜ステップ214そ
れぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成して
おり、各段階において必要な処理に応じて選択されて実
行される。
FIG. 11 shows a detailed flow example of step 204 in the semiconductor device. In FIG. 11, in step 211 (oxidation step), the surface of the wafer is oxidized. Step 212 (CV
In step D), an insulating film is formed on the wafer surface. In step 213 (electrode forming step), electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. Step 214
In the (ion implantation step), ions are implanted in the wafer. Each of the above steps 211 to 214 constitutes a pretreatment process in each stage of wafer processing, and is selected and executed in accordance with a required process in each stage.

【0161】ウエハプロセスの各段階において、上述の
前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程
が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ2
15(レジスト形成ステップ)において、ウエハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップ216(露光ステッ
プ)において、上で説明したリソグラフィシステム(露
光装置)及び露光方法によってマスクの回路パターンを
ウエハに転写する。次に、ステップ217(現像ステッ
プ)においては露光されたウエハを現像し、ステップ2
18(エッチングステップ)において、レジストが残存
している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより
取り去る。そして、ステップ219(レジスト除去ステ
ップ)において、エッチングが済んで不要となったレジ
ストを取り除く。
At each stage of the wafer process, after the above-mentioned pretreatment process is completed, the posttreatment process is executed as follows. In this post-treatment process, first, step 2
In 15 (resist formation step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step 216 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred onto the wafer by the lithography system (exposure apparatus) and the exposure method described above. Next, in step 217 (developing step), the exposed wafer is developed, and in step 2
In 18 (etching step), the exposed member of the portion other than the portion where the resist remains is removed by etching. Then, in step 219 (resist removing step), the unnecessary resist after etching is removed.

【0162】これらの前処理工程と後処理工程とを繰り
返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。
By repeating these pre-processing step and post-processing step, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

【0163】以上説明した本実施形態のデバイス製造方
法を用いれば、露光工程(ステップ216)において上
記実施形態の露光装置及びその露光方法が用いられるの
で、精度良くマスク上のデバイスパターンをウエハ上に
転写することができる。この結果、高集積度のデバイス
の生産性(歩留まりを含む)を向上させることが可能に
なる。
When the device manufacturing method of this embodiment described above is used, the exposure apparatus and the exposure method of the above embodiment are used in the exposure step (step 216), so that the device pattern on the mask is accurately formed on the wafer. Can be transcribed. As a result, it is possible to improve the productivity (including the yield) of highly integrated devices.

【0164】[0164]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学特性
計測方法によれば、像形成時のエネルギビームの入射角
の相違に起因する計測誤差の影響を無くし、光学系の特
性を精度良く計測することができるという効果がある。
As described above, according to the optical characteristic measuring method of the present invention, the influence of the measurement error caused by the difference in the incident angle of the energy beam at the time of image formation is eliminated, and the characteristic of the optical system is accurately measured. The effect is that it can be measured.

【0165】また、本発明の光学系の調整方法によれ
ば、その光学的な特性を高精度に調整することができる
という効果がある。
Further, according to the optical system adjusting method of the present invention, there is an effect that the optical characteristics can be adjusted with high accuracy.

【0166】また、本発明の露光方法及び装置によれ
ば、物体上にマスクのパターンを精度良く転写すること
ができるという効果がある。
Further, according to the exposure method and apparatus of the present invention, there is an effect that the mask pattern can be accurately transferred onto the object.

【0167】また、本発明のデバイス製造方法によれ
ば、デバイスの生産性を向上させることができるという
効果がある。
Further, according to the device manufacturing method of the present invention, there is an effect that the productivity of the device can be improved.

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

【図1】一実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment.

【図2】計測用レチクルを示す概略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view showing a measurement reticle.

【図3】レチクルステージ上に装填した状態における計
測用レチクルの光軸近傍のXZ断面の概略図を投影光学
系の模式図とともに示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic view of an XZ section in the vicinity of the optical axis of a measurement reticle in a state of being mounted on a reticle stage together with a schematic diagram of a projection optical system.

【図4】レチクルステージ上に装填した状態における計
測用レチクルの−Y側端部近傍のXZ断面の概略図を投
影光学系の模式図とともに示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing, together with a schematic diagram of a projection optical system, a schematic diagram of an XZ cross section in the vicinity of the −Y side end portion of a measurement reticle in a state of being loaded on a reticle stage.

【図5】図5(A)は、一実施形態の計測用レチクルに
形成された計測用パターンを示す図であり、図5(B)
は、一実施形態の計測用レチクルに形成された基準パタ
ーンを示す図である。
FIG. 5A is a diagram showing a measurement pattern formed on the measurement reticle according to the embodiment, and FIG.
FIG. 4A is a diagram showing a reference pattern formed on a measurement reticle according to an embodiment.

【図6】図6(A)は、第1パターン(計測用パター
ン)67i,jの一部を断面した端面図、図6(B)は、
第1パターンとの位置合わせがなされた状態の第2パタ
ーン(基準パターン)の一部を断面した端面図である。
FIG. 6A is an end view in which a part of a first pattern (measurement pattern) 67 i, j is shown in cross section, and FIG.
FIG. 9 is an end view in which a part of a second pattern (reference pattern) in a state of being aligned with the first pattern is sectioned.

【図7】図7(A)は、ウエハ上のレジスト層に所定間
隔で形成される計測用パターンの縮小像(潜像)を示す
図であり、図7(B)は、図7(A)の計測用パターン
の潜像と基準パターンの潜像の位置関係を示す図であ
る。
7A is a diagram showing a reduced image (latent image) of a measurement pattern formed at a predetermined interval on a resist layer on a wafer, and FIG. 7B is a diagram showing FIG. FIG. 4B is a diagram showing a positional relationship between the latent image of the measurement pattern of FIG.

【図8】図8(A)は、ウエハW上に形成されたレジス
ト像の一部を断面した端面図、図8(B)は、図8
(A)のレジスト像L1、L2を形成する際の露光光の
入射角θ1、θ2を示す図である。
8A is an end view in which a part of a resist image formed on a wafer W is sectioned, and FIG. 8B is a sectional view of FIG.
It is a figure which shows the incident angles (theta) 1 , (theta) 2 of the exposure light when forming the resist images L1 and L2 of (A).

【図9】ウエハ上の複数の領域Si,jに計測用パターン
の像を形成する際に、領域毎に露光光の入射角が異な
り、かつ同一領域に対しては入射角がほぼ同一になって
いる様子を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a case where an image of a measurement pattern is formed on a plurality of regions S i, j on a wafer, the incident angle of exposure light is different for each region, and the incident angles are almost the same for the same region. It is a figure which shows how it has become.

【図10】本発明のデバイス製造方法の実施形態を示す
フローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing an embodiment of a device manufacturing method of the present invention.

【図11】図10のステップ204の具体的処理の一例
を示すフローチャートである。
11 is a flowchart showing an example of a specific process of step 204 of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…露光装置、67i,j…計測用パターン、741,7
2…基準パターン、PL…投影光学系(光学系)、E
L…露光光(エネルギビーム)、W…ウエハ(物体)、
T…計測用レチクル(光学特性計測用マスク)。
10 ... Exposure device, 67 i, j ... Measurement pattern, 74 1 , 7
4 2 ... Reference pattern, PL ... Projection optical system (optical system), E
L ... Exposure light (energy beam), W ... Wafer (object),
RT ... Reticle for measurement (mask for measuring optical characteristics).

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光学系を介したエネルギビームの入射角
を異なる状態で表面に感光層を有する物体を露光し、前
記物体上に複数のパターンの像を形成する第1工程と;
前記複数のパターンの像が形成された前記物体を現像す
る第2工程と;前記現像後に得られた前記複数のパター
ンの転写像それぞれの位置情報を計測する第3工程と;
前記感光層の膜厚と前記エネルギビームの入射角とを考
慮して、前記転写像毎に前記位置情報を補正し、その補
正された前記各転写像の位置情報を用いて前記光学系の
特性を算出する第4工程と;を含む光学特性計測方法。
1. A first step in which an object having a photosensitive layer on its surface is exposed with different incident angles of an energy beam through an optical system, and a plurality of patterns of images are formed on the object.
A second step of developing the object on which the images of the plurality of patterns are formed; a third step of measuring position information of each transfer image of the plurality of patterns obtained after the development;
In consideration of the film thickness of the photosensitive layer and the incident angle of the energy beam, the position information is corrected for each transfer image, and the characteristic of the optical system is used by using the corrected position information of each transfer image. And a fourth step of calculating.
【請求項2】 前記第4工程では、前記第1工程におけ
る像の形成条件を更に考慮して、前記位置情報の補正を
行うことを特徴とする請求項1に記載の光学特性計測方
法。
2. The optical characteristic measuring method according to claim 1, wherein in the fourth step, the positional information is corrected by further considering the image forming condition in the first step.
【請求項3】 前記変更の対象となる像の形成条件は、
前記第1工程で前記物体に照射される積算エネルギ量を
含むことを特徴とする請求項2に記載の光学特性計測方
法。
3. The image forming conditions to be changed are:
The optical characteristic measuring method according to claim 2, further comprising an integrated energy amount applied to the object in the first step.
【請求項4】 前記変更の対象となる像の形成条件は、
前記物体上の前記感光層の膜厚の前記物体上の位置に応
じた分布を含むことを特徴とする請求項2又は3に記載
の光学特性計測方法。
4. The conditions for forming the image to be changed are:
The optical characteristic measuring method according to claim 2, further comprising a distribution of a film thickness of the photosensitive layer on the object according to a position on the object.
【請求項5】 前記第1工程における像の形成は、前記
エネルギビームの前記光学系の瞳面上での通過位置を異
ならせるパターンが形成されたマスクを用いて行われる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の
光学特性計測方法。
5. The image formation in the first step is performed by using a mask on which a pattern is formed to make different passage positions of the energy beam on the pupil plane of the optical system. Item 5. The optical characteristic measuring method according to any one of Items 1 to 4.
【請求項6】 前記マスクは、前記光学系の視野内の複
数の評価点に配置される計測用パターンを有し、前記各
評価点で前記計測用パターンとピンホールとを介して前
記エネルギビームを前記光学系に入射させることを特徴
とする請求項5に記載の光学特性計測方法。
6. The mask has a measurement pattern arranged at a plurality of evaluation points within a field of view of the optical system, and the energy beam is passed through the measurement pattern and a pinhole at each evaluation point. The optical characteristic measuring method according to claim 5, wherein the light is incident on the optical system.
【請求項7】 前記マスクは、前記光学系の視野内の複
数の評価点に対応して複数の位相シフトパターンを有す
ることを特徴とする請求項5に記載の光学特性計測方
法。
7. The optical characteristic measuring method according to claim 5, wherein the mask has a plurality of phase shift patterns corresponding to a plurality of evaluation points in the visual field of the optical system.
【請求項8】 前記マスクは、互いに形成条件が異なる
複数の計測用パターンを有することを特徴とする請求項
5に記載の光学特性計測方法。
8. The optical characteristic measuring method according to claim 5, wherein the mask has a plurality of measurement patterns whose forming conditions are different from each other.
【請求項9】 前記第1工程における像の形成は、前記
光学系の瞳面上で前記エネルギビームの通過位置を異な
らせるように、前記光学系を介して前記物体上に形成す
べきパターンの照明条件と結像条件との少なくとも一方
を変化させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか
一項に記載の光学特性計測方法。
9. The image formation in the first step is a pattern to be formed on the object via the optical system so that the passing position of the energy beam is different on the pupil plane of the optical system. At least 1 side of an illumination condition and an imaging condition is changed, The optical characteristic measuring method as described in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
【請求項10】 前記位置情報は、前記各転写像と基準
パターンとの相対位置の情報であることを特徴とする請
求項1〜9のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
10. The optical characteristic measuring method according to claim 1, wherein the position information is information on a relative position between each of the transferred images and a reference pattern.
【請求項11】 前記第4工程では、前記補正された前
記各転写像の前記位置情報を用いて前記光学系の波面収
差を算出することを特徴とする請求項10に記載の光学
特性計測方法。
11. The optical characteristic measuring method according to claim 10, wherein in the fourth step, the wavefront aberration of the optical system is calculated using the position information of each of the corrected transfer images. .
【請求項12】 前記位置情報は、前記各転写像間の相
対位置情報であることを特徴とする請求項1〜11のい
ずれか一項に記載の光学特性計測方法。
12. The optical characteristic measuring method according to claim 1, wherein the position information is relative position information between the transferred images.
【請求項13】 請求項1〜12のいずれか一項に記載
の光学特性計測方法によって光学系の特性を計測する工
程と;前記計測結果に基づいて前記光学系を調整する工
程と;を含む光学系の調整方法。
13. A step of measuring a characteristic of an optical system by the optical characteristic measuring method according to claim 1, and a step of adjusting the optical system based on the measurement result. How to adjust the optical system.
【請求項14】 マスクに形成されたデバイスパターン
を投影光学系を介して表面に感光層が形成された物体上
に転写する露光方法であって、 請求項13に記載の調整方法により前記投影光学系を調
整する工程と;前記調整後の投影光学系を用いて前記デ
バイスパターンの像を前記物体上に投影する工程と;を
含む露光方法。
14. An exposure method for transferring a device pattern formed on a mask onto an object having a photosensitive layer formed on the surface thereof via a projection optical system, wherein the projection optical method comprises the adjustment method according to claim 13. An exposure method comprising: adjusting a system; and projecting an image of the device pattern on the object using the adjusted projection optical system.
【請求項15】 マスクに形成されたデバイスパターン
を投影光学系を介して表面に感光層が形成された物体上
に転写する露光方法であって、 請求項1〜12のいずれか一項に記載の計測方法により
前記投影光学系の光学特性を計測するとともに、前記計
測された光学特性に基づいて前記物体上での前記デバイ
スパターンの結像状態を調整することを特徴とする露光
方法。
15. An exposure method for transferring a device pattern formed on a mask onto an object having a photosensitive layer formed on a surface thereof via a projection optical system, the method comprising: The exposure method is characterized by measuring the optical characteristic of the projection optical system by the measuring method and adjusting the image formation state of the device pattern on the object based on the measured optical characteristic.
【請求項16】 請求項14又は15に記載の露光方法
を用いて前記物体上にデバイスパターンを転写する、リ
ソグラフィ工程を含むデバイス製造方法。
16. A device manufacturing method including a lithography step of transferring a device pattern onto the object using the exposure method according to claim 14 or 15.
【請求項17】 エネルギビームをマスクに照射し、該
マスクに形成されたデバイスパターンを表面に感光層が
形成された物体上に転写する露光装置であって、 前記マスクから射出されるエネルギビームを前記物体上
に投射する、請求項13に記載の調整方法により調整さ
れた投影光学系を、備えることを特徴とする露光装置。
17. An exposure apparatus for irradiating a mask with an energy beam, and transferring the device pattern formed on the mask onto an object having a photosensitive layer formed on the surface thereof. An exposure apparatus, comprising: a projection optical system adjusted by the adjustment method according to claim 13, which projects onto the object.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016048299A (en) * 2014-08-27 2016-04-07 キヤノン株式会社 Mask for evaluation, evaluation method, exposure device, and manufacturing method of article
CN109808325A (en) * 2019-03-26 2019-05-28 信利光电股份有限公司 A method of improving screen printing pattern edge sawtooth effect

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